גרף זרם מתח

גרף זרם מול מתח - זיהוי מכשירי מדידה

במעגל עם מקור מתח לא אידיאלי, נגד קבוע, ונגד משתנה (או תרמיסטור), מודדים בעזרת שני וולטמטרים (הממוקמים בנקודות שונות במעגל) את המתח, לצד מדידת הזרם באמפרמטר. משנים את מיקום המגע הנייד של הנגד המשתנה מספר פעמים, ומקבלים שני גרפים - אחד לכל וולטמטר - של מתח כפונקציה של זרם.

זיהוי איזה גרף שייך לאיזה וולטמטר

כדי לקבוע איזה מהגרפים הנתונים מתאים לאיזה וולטמטר, יש לנתח את ההיגיון הפיזיקלי של כל מדידה:

• וולטמטר המודד את המתח על מקור המתח כולו (מתח ההדקים) - יציית לקשר \( V=\varepsilon-Ir \), כלומר יורד באופן ליניארי ככל שהזרם עולה.
• וולטמטר המודד את המתח על רכיב ספציפי (כמו הנגד הקבוע) - יציית לחוק אוהם הרגיל עבור אותו רכיב, \( V=IR \), כלומר עולה ככל שהזרם עולה (עבור נגד רגיל בעל התנגדות קבועה).

ההבדל בכיוון המגמה (עולה מול יורד) הוא לרוב הדרך המהירה ביותר לזהות איזה גרף שייך לאיזו מדידה.

מציאת f ו-r ממתח ההדקים

מהגרף היורד (מתח הדקים כנגד זרם), השיפוע (בערך מוחלט) שווה להתנגדות הפנימית r, וחיתוך הגרף עם ציר המתח (בזרם אפס) שווה לכא"מ f:

$$ V = \varepsilon - Ir $$

מציאת ההתנגדות הקבועה R

מהגרף העולה (מתח על הנגד הקבוע כנגד זרם), השיפוע שווה ישירות להתנגדות R (לפי \( V=IR \)):

$$ R = \text{שיפוע הגרף העולה} $$

שיטת פתרון

1. קבעו איזה גרף עולה ואיזה יורד.
2. ייחסו את הגרף היורד למתח ההדקים (מקור המתח), ואת הגרף העולה לרכיב בעל התנגדות קבועה.
3. חשבו שיפועים וחיתוכים עם הצירים בשני הגרפים כדי לחלץ את \( \varepsilon,r,R \).