מושגי יסוד בחשמל: מתח, זרם, התנגדות והספק
למה מתחילים דווקא כאן?
מתח, זרם, התנגדות והספק הם השפה הבסיסית של החשמל. כאשר מבינים את הקשר ביניהם, קל יותר לפתור שאלות על עומסים, הגנות, מוליכים ומכשירים.
המדריך עוסק בעקרונות לימודיים. ביצוע עבודה במתקן חשמלי מחייב רישיון מתאים וביצוע לפי הדין.
מתח: V
מתח הוא הפרש פוטנציאלים בין שתי נקודות. אפשר לחשוב עליו כעל הכוח שדוחף את המטען החשמלי במעגל.
יחידת המתח היא וולט.
במערכת ביתית בישראל נפגוש בדרך כלל מתח של 230 וולט בין פאזה לאפס. במערכת תלת פאזית קיים גם מתח בין פאזות, שערכו הנקוב שונה. בשאלת בחינה חייבים לקרוא אם הנתון הוא מתח פאזה, מתח קו, מתח ישר או מתח חילופין.
זרם: I
זרם הוא קצב זרימת המטען החשמלי. יחידת הזרם היא אמפר.
ככל שהעומס צורך יותר זרם, כך צריך לבדוק:
- האם חתך המוליך מתאים
- האם אמצעי ההגנה מתאים
- האם החיבורים תקינים
- האם נוצר חימום
- האם יש מגבלה של המתקן או של הרישיון
התנגדות: R
התנגדות היא ההתנגדות של הרכיב למעבר זרם. יחידת ההתנגדות היא אוהם.
חוק אוהם מקשר בין שלושת הגדלים:
V = I × R
מכאן אפשר לחלץ:
- I = V / R
- R = V / I
דוגמה
אם על נגד של 23 אוהם מופעל מתח של 230 וולט:
I = 230 / 23 = 10 אמפר
החישוב פשוט, אבל במתקן אמיתי לא בוחרים הגנה או מוליך רק לפי התוצאה הזאת. צריך להתחשב גם בתנאי ההתקנה ובדרישות התקן.
הספק: P
הספק הוא קצב צריכת האנרגיה. יחידת ההספק היא ואט.
במעגל פשוט:
P = V × I
אם מכשיר פועל במתח של 230 וולט וצורך 10 אמפר:
P = 230 × 10 = 2300 ואט
2300 ואט הם 2.3 קילוואט.
בזרם חילופין, במיוחד בעומסים שאינם התנגדותיים, צריך להביא בחשבון גם מקדם הספק. במערכת תלת פאזית הנוסחה תלויה במתח הקו, בזרם ובמקדם ההספק. בשאלות בחינה יש לקרוא היטב איזה מתח ואיזה סוג עומס נתונים.
אנרגיה: קילוואט שעה
הספק הוא קצב. אנרגיה היא ההספק כפול הזמן.
מכשיר של 2 קילוואט שפועל במשך 3 שעות צרך:
2 × 3 = 6 קילוואט שעה
זו יחידת האנרגיה שמופיעה בדרך כלל בחשבון החשמל. אין לבלבל בין קילוואט, שהוא הספק, לבין קילוואט שעה, שהיא אנרגיה.
זרם ישר וזרם חילופין
- בזרם ישר, כיוון הזרם נשאר קבוע לפי מודל המעגל.
- בזרם חילופין, המתח והזרם משתנים בזמן.
- סוג הזרם משפיע על דרך החישוב, על הציוד ועל אמצעי המדידה.
לפני שמתחילים לפתור, סמנו לעצמכם איזה סוג מערכת מתוארת בשאלה.
טעויות נפוצות
- הצבה של קילוואט במקום ואט
- שכחת המרה בין יחידות
- שימוש במתח קו במקום מתח פאזה
- בחירת נוסחה לפני שמזהים את סוג המעגל
- עיגול מוקדם מדי
- התעלמות ממקדם הספק
- בחירת מפסק לפי החישוב בלבד, בלי לבדוק את המוליך ואת תנאי ההתקנה
שיטת פתרון מומלצת בבחינה
- רשמו את הנתונים ואת היחידות.
- סמנו מה מבקשים למצוא.
- המירו את כל הנתונים ליחידות תואמות.
- בחרו נוסחה.
- הציבו את המספרים.
- בדקו אם התוצאה הגיונית.
- השוו את היחידה לתשובות.
מקורות רשמיים להמשך
הנוסחאות במדריך הן כלי לימודי. תכנון וביצוע של מתקן חשמלי דורשים בעל רישיון מתאים ועבודה לפי הדרישות המחייבות.