נגישות
headline
Error processing SSI file




המעגל החשמלי


נגד משתנה


נחזור לדוגמה שהופיעה בפרק הקודם של המעגל עם נורת הלהט. בפרק הקודם הכרנו את הנגד המאפשר להגדיל את ההתנגדות החשמלית של המעגל כדי להקטין את עוצמת הזרם החשמלי הזורם בו, זאת כדי להבטיח שהנורה תפעל בתנאים המתאימים ושלא "תישרף" בשל התלהטות יתר. הוספת הנגד החשמלי למעגל מקבעת את עוצמת הזרם החשמלי לרמה מסוימת ולכן עוצמת ההארה של נורת הלהט תהיה קבועה.

אם ברצוננו לשלוט בעוצמת ההארה של הנורה, אז נצטרך למצוא דרך לשנות בהתאם את רמת ההתנגדות החשמלית שבמעגל. לשם כך נצטרך נגד בעל מבנה מיוחד המאפשר לשנות בקלות את רמת ההתנגדות החשמלית שלו.

כפי שלמדנו, ההתנגדות החשמלית של מוליך תלויה בסוג החומר, בשטח החתך שלו ובאורכו. ניתן לנצל את העובדה שההתנגדות החשמלית של מוליך תלויה באורכו כדי לבנות התקן פשוט בעל התנגדות משתנה. התקן מיוחד זה נקרא בשם נגד משתנה.

בנגד המשתנה (או בשמו הלועזי פוטנציומטר או ריאוסטט) הדק אחד מחובר בקביעות לקצה אחד של מוליך חשמלי. ההדק השני, הקרוי זחלן, חופשי לנוע על גבי המוליך וכך לשנות את אורך הקטע מתוך אורכו הכולל המשתתף בזרימת הזרם החשמלי במעגל. שינוי באורך משמעו שינוי ברמת ההתנגדות החשמלית.

למשל, אם נרצה שהנגד המשתנה ייתן את מלוא ההתנגדות החשמלית שלו נחליק את ההדק הנע לקצה השני של המוליך, זה המרוחק מההדק הקבוע. אם נרצה שהנגד המשתנה ייתן חצי מההתנגדות החשמלית המרבית שלו נחליק את המתג הבורר כך שההדק הנע יתחבר לנקודת האמצע של המוליך החשמלי.

נגד משתנה רציף


כעת, הרי שנוכל לצרף למעגל החשמלי את ההתקן של נגד משתנה, במקום נגד רגיל פשוט ובעל התנגדות קבועה. הנגד המשתנה יאפשר לשלוט ברמת ההתנגדות החשמלית של המעגל ולשנותה כך את עוצמת הזרם החשמלי הזורם בו ובנורת הלהט. הסמל של נגד משתנה הוא לרוב סמל של נגד חשמלי (משונן או מלבני) עם חץ אלכסוני עליו ולפעמים עם חץ המתחבר אליו בנקודה כלשהי בו.

סמל של נגד משתנה במעגל חשמלי


לרוב יהיו לנגד המשתנה שלושה הדקים ולא שניים. שני הדקים יחוברו לשני קצוות הנגד המלא וההדק השלישי, הזחלן, נע על פני הנגד. נגד משתנה עם שלושה הדקים יכול לשמש במעגל החשמלי כמחלק מתח. נחבר את שני ההדקים שבקצוות הנגד המשתנה אל מקור מתח, כמתואר באיור הבא,

נגד משתנה כמחלק מתח


נשים לב שבחיבור זה ההתנגדות המלאה של הנגד המשתנה מחוברת באופן קבוע במעגל החשמלי, ללא תלות במיקומו של הזחלן. מכאן שבמעגל התנגדות חשמלית קבועה ולכן גם זרם חשמלי קבוע, שאותו ניתן לחשב בעזרת חוק אוהם,

I = V / R

ההדק השלישי, הזחלן, נע על פני הנגד ובעצם מחלק אותו לשני נגדים. דרך שני הנגדים זורם עדיין כמובן אותו זרם חשמלי, ללא תלות במיקום הזחלן. בידיעת ההתנגדות של כל מקטע בנגד המשתנה והזרם החשמלי שמצאנו קודם נוכל לחשב, שוב בעזרת חוק אוהם, את הזרם החשמלי הזורם במעגל,

V1 = IR1 = (V/R) ∙ R1 = V ∙ R1/R
V2 = IR2 = (V/R) ∙ R2 = V ∙ R2/R

כאשר התנאי שחייב להתקיים הוא שסכום מפלי המתח על שני המקטעים יהיה שווה כמובן למפל המתח המתפתח על ההתנגדות כולה,

V1 + V2 = V

כלומר, בין ההדק של הזחלן ובין כל אחד מהדקי הקצה מההדקים הללו להדק של הזחלן יתפתח מתח חשמלי שונה. ניתן לשנות את מיקומו של הזחלן ולקבל בכל פעם חלוקה שונה של המתח שמספק מקור המתח. מסיבה זו נקרא חיבור נגד משתנה בצורה זו – מחלק מתח.

הנגד המשתנה שתיארנו עד כה הוא נגד משתנה רציף המאפשר בחירה רציפה של כל רמת התנגדות חשמלית בטווח שבין אפס ועד להתנגדות החשמלית המרבית של הנגד.

קיים סוג אחר של נגד משתנה – נגד משתנה בדיד. נגד משתנה בדיד מאפשר בחירה בין מספר מצומצם וקבוע מראש של רמות התנגדות חשמלית שונות. המתג מאפשר להזיז את ההדק הנע של הנגד המשתנה לנקודות שונות בחיבור בין מספר נגדים.

נגד משתנה בדיד


אך כיצד בדיוק ניתן לחשב את ההתנגדות החשמלית הכוללת של מספר נגדים המחוברים ביניהם בטור? וכיצד יש לחשב את ההתנגדות הכוללת של המעגל אם ההתנגדות החשמלית של התילים המוליכים ושל נורת הלהט אינה ניתנת יותר להזנחה? על שאלות אלו נענה מייד בפרק הבא.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - חשמל | המעגל החשמלי : מבוא | מעגל חשמלי בסיסי | הזרם החשמלי | חוק אוהם | ההתנגדות החשמלית | נגד חשמלי | נגד משתנה | חיבור נגדים | סיכום ]