אופיין מתח הדקים

אופיין מתח הדקים - מקור מתח לא אידיאלי

מקור מתח אמיתי (לא אידיאלי) הוא בעל התנגדות פנימית r. מתח ההדקים - המתח הנמדד בפועל בין הדקי המקור - קטן מהכא"מ (הכוח האלקטרו-מניע) f, בגלל הנפילה על ההתנגדות הפנימית:

$$ V = \varepsilon - Ir $$

גרף אופיין - מתח ההדקים כפונקציה של הזרם

גרף אופיין המקור (V כפונקציה של I) הוא קו ישר יורד:

• חיתוך עם ציר המתח (בזרם אפס, מעגל פתוח) - שווה לכא"מ f.
• שיפוע הגרף (בערך מוחלט) - שווה להתנגדות הפנימית r.

ה"פרדוקס" לכאורה מול חוק אוהם

תלמיד עלול לטעות ולחשוב: "לפי חוק אוהם, ככל שהמתח גדל כך הזרם גדל - אך בגרף הנמדד, ככל שהמתח (ההדקים) גדל, הזרם דווקא קטן! זו סתירה לחוק אוהם." טעות זו נובעת מבלבול בין שני דברים שונים:

• חוק אוהם (\( V=IR \)) מתאר את הקשר בין המתח על נגד ספציפי לזרם דרכו - עבור נגד קבוע, אכן מתח גדול יותר אומר זרם גדול יותר.
• מתח ההדקים של המקור אינו המתח על נגד יחיד - הוא תלוי גם בהתנגדות החיצונית הכוללת של המעגל. כאשר משנים את ההתנגדות החיצונית (למשל, מגדילים אותה), הזרם הכולל קטן (לפי \( I=\frac{\varepsilon}{R_{ext}+r} \)) - אך דווקא בגלל שהזרם קטן, הנפילה על ההתנגדות הפנימית (\( Ir \)) קטנה גם היא, כך שמתח ההדקים (\( \varepsilon-Ir \)) עולה.

אין כאן סתירה כלל - חוק אוהם עדיין תקף לכל רכיב בנפרד; פשוט השינוי במשתנה החיצוני (ההתנגדות הכוללת של המעגל) הוא זה שגורם לזרם ולמתח ההדקים לנוע בכיוונים מנוגדים בו-זמנית.

מציאת f ו-r מנתוני מדידה

בהינתן טבלת מדידות (I,V) במספר מצבים, ניתן לשרטט גרף פיזור, להעביר קו מגמה (ישר מקרב), ולחלץ מתוכו את f (חיתוך) ואת r (שיפוע, בערך מוחלט).