פתרון בגרות 2023 שאלה 2
סעיף א
\(V_1\) מודד את מתח ההדקים, \(V_1=\varepsilon-Ir\), שקטן כשהזרם גדל. \(V_2\) מודד את המתח על נגד קבוע, \(V_2=IR\), שגדל עם הזרם. לכן גרף א (יורד) הוא \(V_1\), וגרף ב (עולה) הוא \(V_2\).
סעיף ב
השיפוע של גרף א הוא \(m=-r\):
$$ m=\frac{16-22}{2-0.5}=\frac{-6}{1.5}=-4\ \Omega\ \Rightarrow\ r=4\ \Omega $$
מציבים את הנקודה \((0.5,\ 22)\):
$$ 22=\varepsilon-4\cdot0.5\ \Rightarrow\ \varepsilon=24\ \text{V} $$
סעיף ג
השיפוע של גרף ב הוא R:
$$ R=\frac{16-4}{2-0.5}=\frac{12}{1.5}=8\ \Omega $$
סעיף ד
התנגדות מקסימלית מתאימה לזרם המינימלי, \(I=0.5\ \text{A}\):
$$ 0.5=\frac{24}{4+8+R_{PK}}\ \Rightarrow\ 4+8+R_{PK}=48\ \Rightarrow\ R_{PK}=36\ \Omega $$
סעיף ה
כש-P זז לכיוון M, \(R_{PK}\) גדלה והזרם קטן. המתח על הנגד המשתנה, \(V_{PK}=\varepsilon-I(r+R)=24-12I\), גדל.
סעיף ו
מד-מתח אידיאלי בטור לא מעביר זרם, \(I=0\). לכן \(V_2=0\), וכל הכא״מ נמצא על \(V_1\): \(V_1=\varepsilon=24\ \text{V}\).
בגרות 2023 · שאלה 2
גרף מתח כפונקציה של זרם
מקור מתח עם התנגדות פנימית, נגד קבוע ונגד משתנה. שני מדי מתח מודדים מתחים שונים, ומשרטטים שני גרפים של מתח כפונקציה של זרם. נזהה איזה גרף שייך לאיזה מכשיר ונמצא מהם את ε, את r ואת R.
מתח הדקים חוק אוהם שיפוע וחיתוך נגד משתנה מכשירי מדידה אידיאליים
שאלה: מקור מתח עם כא״מ ε והתנגדות פנימית r, נגד קבוע R, נגד משתנה \(R_{MK}\) עם מגע נייד P, ומכשירי מדידה אידיאליים. מה מודד כל מכשיר?
1. \(V_1\) מחובר בין הדקי מקור המתח: הוא מודד את מתח ההדקים .
2. \(V_2\) מחובר במקביל לנגד R: הוא מודד את המתח על R.
3. מד-הזרם בטור, והזרם עובר ב-R ובחלק PK של הנגד המשתנה.
שימו לב: מזיזים את P, והזרם משתנה. בכל מיקום רושמים את הזרם ואת הוריות שני מדי המתח.
A V₁ ε, r R P V₂ R MK M K 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 25 I (A) V (V) גרף א גרף ב
סעיף א
איזה גרף שייך לאיזה מכשיר?
מההתחלה הצג פתרון
שאלה: איזה מהגרפים א ו-ב התקבל ממדידות \(V_1\) , ואיזה ממדידות \(V_2\) ?
1. \(V_1\) מודד את מתח ההדקים. כשהזרם גדל, המתח על r גדל, ומתח ההדקים קטן :\(V_1=\varepsilon-Ir\)
2. \(V_2\) מודד את המתח על נגד קבוע. לפי חוק אוהם הוא גדל עם הזרם:\(V_2=IR\)
גרף א (יורד) הוא \(V_1\) , וגרף ב (עולה) הוא \(V_2\) .
0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 25 I (A) V (V) גרף א גרף ב
סעיף ב
הכא״מ וההתנגדות הפנימית
מההתחלה הצג פתרון
שאלה: חשבו את הכא״מ ε ואת ההתנגדות הפנימית r של מקור המתח.
1. גרף א הוא \(V_1=\varepsilon-rI\) : קו ישר שהשיפוע שלו \(m=-r\) . השיפוע משתי נקודות על הגרף:\(m=\frac{16-22}{2-0.5}=\frac{-6}{1.5}=-4\ \Omega\)
ההתנגדות הפנימית: \(r=4\ \Omega\)
הכא״מ: מציבים את הנקודה \((0.5,\ 22)\) :\(22=\varepsilon-4\cdot0.5\ \Rightarrow\ \varepsilon=24\ \text{V}\)
שימו לב: ε הוא החיתוך של המשך גרף א עם ציר המתח, בזרם אפס.
0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 25 I (A) V (V) ε = 24 V ΔI = 1.5 ΔV = −6 גרף א גרף ב
שאלה: חשבו את ההתנגדות של הנגד R.
1. גרף ב הוא \(V_2=RI\) : קו ישר דרך הראשית, והשיפוע שלו הוא R:\(R=\frac{\Delta V}{\Delta I}=\frac{16-4}{2-0.5}=\frac{12}{1.5}\)
ההתנגדות: \(R=8\ \Omega\)
שימו לב: בדיקה בנקודה אחת: \(\frac{8\ \text{V}}{1\ \text{A}}=8\ \Omega\) .
0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 25 I (A) V (V) ΔI = 1.5 ΔV = 12 גרף א גרף ב
סעיף ד
ההתנגדות המקסימלית של הנגד המשתנה
מההתחלה הצג פתרון
שאלה: אחד מערכי הזרם בגרף נמדד כשהתנגדות הנגד המשתנה הייתה מקסימלית. חשבו את ההתנגדות שלו במצב הזה.
1. התנגדות מקסימלית פירושה זרם מינימלי: \(I=0.5\ \text{A}\) .
2. הזרם עובר דרך r, R ו-\(R_{PK}\) בטור:\(I=\frac{\varepsilon}{r+R+R_{PK}}\ \Rightarrow\ 0.5=\frac{24}{4+8+R_{PK}}\)
3. מבודדים:\(4+8+R_{PK}=\frac{24}{0.5}=48\)
ההתנגדות המקסימלית: \(R_{PK}=48-12=36\ \Omega\)
שימו לב: דרך אחרת: מתח ההדקים 22 V , על R יש 4 V , ולכן על הנגד המשתנה 18 V : \(\frac{18}{0.5}=36\ \Omega\) .
סעיף ה
מזיזים את P לכיוון M
מההתחלה הצג פתרון
שאלה: מזיזים את המגע הנייד P לכיוון הנקודה M. האם המתח על הנגד המשתנה גדל, קטן או לא השתנה?
1. החלק PK מתארך, ולכן \(R_{PK}\) גדלה וההתנגדות הכוללת גדלה. הזרם קטן.
2. המתח על הנגד המשתנה הוא מה שנשאר מהכא״מ אחרי r ו-R:\(V_{PK}=\varepsilon-I(r+R)=24-12I\)
המתח על הנגד המשתנה גדל: הזרם קטן, ולכן \(12I\) קטן.
שימו לב: בבדיקה עם המספרים: ב-\(I=2\ \text{A}\) המתח 0, וב-\(I=0.5\ \text{A}\) המתח 18 V .
סעיף ו
מד-מתח במקום מד-זרם
מההתחלה הצג פתרון
שאלה: תלמידה חיברה את \(V_1\) במקום מד-הזרם A. מה תהיה הוריית \(V_1\) , ומה תהיה הוריית \(V_2\) ?
1. למד-מתח אידיאלי התנגדות אינסופית. הוא מחובר בטור, ולכן אין זרם במעגל: \(I=0\) .
2. אין זרם דרך R:\(V_2=IR=0\)
3. אין זרם, ולכן אין מתח על r, על R ועל הנגד המשתנה. כל הכא״מ נמצא על \(V_1\) :\(V_1=\varepsilon=24\ \text{V}\)
1. גררו את העיגול על ציר הזרם. הנקודה הכתומה היא \(V_1\) והכחולה היא \(V_2\) .
2. ההפרש \(V_1-V_2\) הוא המתח על הנגד המשתנה. ככל שהזרם גדל, ההפרש קטן.
שימו לב: ב-\(I=2\ \text{A}\) שני הגרפים נפגשים: ההתנגדות של הנגד המשתנה אפס.
0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 25 I (A) V (V) גרף א גרף ב I = 1.00 A R_PK = 12.0 Ω V₁ = 20.0 V V₂ = 8.0 V
גררו את העיגול
סיכום
מה למדנו
א. גרף א / גרף ב V₁ / V₂
ב. התנגדות פנימית 4 Ω
ב. כא״מ 24 V
ג. ההתנגדות R 8 Ω
ד. התנגדות מקסימלית 36 Ω
ה. המתח על הנגד המשתנה גדל
ו. ההוריות V₁ = 24 V , V₂ = 0
טעויות נפוצות
לבלבל בין הגרפים. מתח ההדקים יורד עם הזרם, והמתח על נגד קבוע עולה.
לשכוח את r בחישוב הזרם. הזרם עובר גם בהתנגדות הפנימית.
לחשוב שמד-מתח בטור מראה 0. כשאין זרם, כל הכא״מ נופל עליו.
→ הקודם 1 / 7 מסך מלא הבא ←