נגד

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-edit-clear.svg ערך זה זקוק לעריכה: ייתכן שהערך סובל מפגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים, סגנון טעון שיפור או צורך בהגהה, או שיש לעצב אותו.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
סוגים שונים של נגדים במעגל חשמלי.
גודל של נגד המיועד לשימוש במעגל חשמלי, ביחס ליד אנושית.

נגד הוא רכיב חשמלי סביל שתכונתו העיקרית היא התנגדות חשמלית.

התנגדות חשמלית נמדדת ביחידות אוהם (Ω), ונהוג לסמנה באות R.

רמת ההתנגדות של הנגד תמיד תהיה חיובית (0<R).

האנרגיה בנגד[עריכת קוד מקור | עריכה]

שימושים יישומיים להמרת האנרגיה החשמלית לחום בנגד - תנור חשמלי

אפשר לראות בהתנגדות חשמלית את המקבילה החשמלית לחיכוך המכני - היות שהיא יוצרת הפסד אנרגיה שאינו ניתן למיחזור (מעין כוח לא משמר).

בנגד ישנה המרה של אנרגיה פוטנציאלית חשמלית לאנרגיה תרמית, כלומר לחום. אחד השימושים המעשיים לתכונה זו הוא התנור החשמלי.

נורה חשמלית מתפקדת באופן הדומה לנגד, רק שבנוסף לאנרגיית החום היא מפיקה גם אנרגיית אור.

מעבר זרם חשמלי בנגד[עריכת קוד מקור | עריכה]

חוק אוהם בנגד - V מסמן מתח חשמלי בין שתי נקודות בגוף, I מסמן זרם חשמלי בין שתי נקודות בגוף ו- R מסמן את התנגדות הגוף העשוי מחומר אוהמי.

כאשר עובר זרם חשמלי בנגד, נוצר על פניו מפל מתח, על פי חוק אוהם.

I = {V \over R}

כאשר:

  • V מסמן מתח חשמלי בין שתי נקודות בגוף
  • I מסמן זרם חשמלי בין שתי נקודות בגוף
  • R מסמן את התנגדות הגוף העשוי מחומר אוהמי.

במקרה זה המתח פרופורציוני לזרם \ V = I R כאשר ההתנגדות היא קבוע הפרופורציה. מכאן שאם ידועה רמת ההתנגדות של הנגד ועוצמת הזרם במעגל החשמלי יהיה ניתן לחשב את המתח שעל הנגד.

נגדים אידאליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

נגדים אידאלים הם רכיבים חשמליים תאורטיים אשר מצייתים באופן מוחלט לחוק אוהם. כלומר ההתנגדות החשמלית שלהם קבועה ללא כל תלות בתנאים חיצוניים. בקירוב (בטווח טמפרטורות, מתחים וזרמים מסוימים) ניתן לקרב את ההתנגדות של נגד להתנגדות של נגד אידאלי. בפישוט של מעגליים חשמליים, ניתן לייצג צרכני חשמל כנגדים אידאליים בעלי התנגדות חשמלית שקולה (אקוויוולנטית). דוגמאות ל"נגדים" כאלה: קומקום חשמלי, תנור.

על נגדים אמתיים יוסבר בהמשך הערך.

נגדים במעגל חשמלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

שתי דרכים מקובלות לסימון של נגדים במעגל חשמלי.
הסמל של נגד - R מציין את ההתנגדות, I מציין את הזרם החשמלי שעובר בנגד והחץ מסמן את כיוון הזרם.

בתרשימים של מעגלים חשמליים הנגד מסומל על ידי מלבן ריק או קו מזוגזג.

מדידת הזרם והמתח על הנגד[עריכת קוד מקור | עריכה]

מדידת הזרם והמתח על הנגד. מד הזרם Ammeter מחובר בטור ואילו מד המתח Voltmeter מחובר במקביל.

ניתן למדוד את עוצמת הזרם והמתח על הנגד במעגל חשמלי. לצורך כך נעשה שימוש בשני מכשירי מדידה שונים: אמפרמטר ווולטמטר.

מדידת זרם[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – מד זרם

מד זרם או אמפרמטר - מכשיר מדידה למדידת עוצמה של זרם חשמלי. שם המכשיר נגזר מהשם של יחידת המידה של הזרם – אמפר, ומהמילה האנגלית מטר (מונה). הוא מסומן באות A.

האמפרמטר בנוי מסליל נייד ומגנט. ברגע שעובר זרם חשמלי במעגל, כלומר בסליל, נוצר כוח אלקטרומגנטי שמזיז את הסליל. לסליל מחוברת מחט הנעה לאורך סקאלה. לפי תזוזת המחט נקבעת עוצמת הזרם.

האמפרמטר מחובר למעגל החשמלי בטור, כמו רכיבים אחרים במעגל. כדי לא לפגוע בתוצאות המדידה או במתח של המעגל החשמלי, לאמפרמטר האידאלי תהיה התנגדות חשמלית זניחה.

מדידת מתח[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – מד מתח

מד מתח או וולטמטר - מכשיר מדידה למדידת מתח חשמלי בין שתי נקודות במעגל החשמלי. הוא מסומן באות V.

מד המתח מחובר במקביל לנגד. מדידת המתח מתאפשרת בעזרת העברת זרם דרך התנגדות המד (שצריכה להיות גבוהה ככל הניתן). למעשה מודד המכשיר את הפרש הפוטנציאלים בין שתי נקודות

חיבור נגדים במעגל חשמלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

חיבור טורי ומקבילי של נגדים: נגד 1 ו- 2 מחוברים באופן מקבילי ונגד 1 ו- 3 מחוברים בטור. לחיבור משולב דרושים לפחות שלושה נגדים.

ישנן אינספור דרכים לחבר נגדים. כאשר יש יותר מנגד אחד במעגל, התפקוד שלהם מושפע באופן החיבור בניהם. על כן, אופן החישוב של ההתנגדות הכוללת של הנגדים במעגל חשמלי מושפע מסוג החיבור בניהם, כפי שיוסבר בהמשך.

החיבור בין נגדים יכול להיות טורי, מקבילי או משולב (עבור שלושה נגדים ויותר). בהתאם לכך, בתהליך הניתוח של המעגל החשמלי ניתן לרוב לפשט את החיבור לשילוב של חיבור בטור ובמקביל.

חיבור טורי[עריכת קוד מקור | עריכה]

שני רכיבים מחוברים בטור אם:

  1. הם מחוברים (על ידי מוליך) בנקודה (צומת חשמלי) אחת בלבד.
  2. לנקודה (צומת חשמלי) הזאת לא מחובר רכיב נוסף.
Resistors in series.svg

מחוק הזרמים של קירכהוף נובע שהזרם I קבוע לאורך כל ה"טור". ניתן להבין זאת בצורה אינטואיטיבית כך: מכיוון שבחיבור טורי הזרם לא יכול לזרום מחוץ ל"טור" (אנו מניחים שהמעגל נמצא בתוך מבודד אידאלי). כל המטענים המרכיבים את הזרם חייבים לזרום דרך כל הנגדים ב"טור". ניתן לדמות זאת לצינרות מבודדים שבהם יש זרם של מים. מכיוון שהמים לא דולפים דרך הצינור כל טיפה של מים הזורמת דרך חלק אחד של הצינור חייבת לזרום בסופו של דבר (אם הזרם קבוע) דרך כל הצינור.

ניתן לפשט את טור הנגדים האידאליים הזה ולהתייחס לכל הטור כאל נגד אחד (נקרא לו R_{total}). נניח שיש לנו \ n\in \mathbb{N} (מספר טבעי [מספר שלם חיובי]) של נגדים המחוברים בטור. ידוע לנו שהזרם בכל אחד מהם שווה למספר קבוע I (ראינו זאת בפיסקה הקודמת). נסמן את ההתנגדות של הנגד ה"ראשון" ב-R_1 של הנגד "השני" ב-R_2 וכך הלאה. נניח שהמתח בין קצות הטור ידוע לנו (נקרא לו V). נסמן את המתח על הנגד ה"ראשון" ב-V_1 המתח על הנגד ה"שני" ב-V_2 וכן הלאה...

מחוק אוהם נובע:

I=\frac{V_1}{R_1}=\frac{V_2}{R_2}=...=\frac{V_n}{R_n}

מחוק שימור האנרגיה (או מחוק המתחים של קירכהוף) אנחנו יודעים ש: V1+V2+...Vn=V או במילים פשוטות סכום המתחים על כל הנגדים בטור שווה למתח בין שני קצוות הטור. אם קיים נגד שקול אז הוא חייב לקיים את חוק אוהם, כלומר:

R_{total}=\frac{V}{I}

קיבלנו: R_{total}=\frac{V_1+V_2+...+V_n}{I}=\frac{V_1}{I}+\frac{V_2}{I}+...+\frac{Vn}{I}=R_1+R_2+...+R_n

כלומר הנגד השקול לטור של נגדים אידאליים. הוא נגד אידאלי שההתנגדות שלו שווה לסכום ההתנגדויות בטור. ובנוסחה:

R_{total}=\sum R_i

חיבור מקבילי[עריכת קוד מקור | עריכה]

Resistors in parallel.svg

במעגל מקבילי מתקיים: \frac{1}{R_{total}}=\sum\frac{1}{R_i}

  1. לפי חוק שימור כמות המטען, הזרם הנכנס לצומת מסוים שווה לסכום הזרמים היוצאים מאותו צומת.
  2. המתח על כל אחד מהרכיבים שווה.

נגדים אמיתיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מארז של נגדים
נגדים המחוברים בסרט. הסרט מוסר במהלך ההרכבה והמוליכים המתכתיים שבקצוות הנגד מכופפים ונחתכים כדי להתאים למקום בלוח החשמלי שלו הם יועדו.

נגדים מוגבלים מבחינת כושר הדיוק שלהם, הנמדד באחוזים, וכן מבחינת ההספק המרבי שהם יכולים לשאת, דהיינו כמות החום שהם יכולים "לספוג" לפני שישרפו או יצאו מתחום הלינאריות שלהם, בו מתקיים חוק אוהם. הנגדים הנפוצים ביותר כשירים לעמוד בהספקים של עד 4/1 וואט, ודיוקם, לרוב, 20% (כלומר, התנגדותם עשויה לחרוג בכ-20% מההתנגדות המסומנת עליהם). חוסר הדיוק הוא תוצא של תהליך הייצור ההמוני והזול של הנגדים, ומשום כך נגדים מדויקים יותר נוטים להיות גם יקרים יותר.

נגדים "להלחמה בחורים" (through-hole)[עריכת קוד מקור | עריכה]

נגדים מופיעים לרוב בשתי תצורות: נגדים שהתנגדותם קבועה ונגדים משתנים, הנקראים גם פוטנציומטרים, טרימרים או נגדים ריאוסטטיים.

לנגדים שהתנגדותם קבועה צורה גלילית, לעתים עם היצרות מסוימת במרכז. הנגדים עשויים לרוב מחומר קרמי שמקצותיו יוצאים שני מוליכים מתכתיים. הנגדים המשתנים נראים כיחידה בת שלוש רגליים ובראשה בורג קטן, הוא בורר ההתנגדות. ההתנגדות בין שתי הרגליים הקיצוניות היא התנגדותו המרבית של הנגד המשתנה, בעוד שההתנגדות בין הרגל האמצעית לכל אחת מן הקיצוניות משתנה בהתאם לסיבוב הבורג. ההתנגדות בין הרגל האמצעית לבין הקיצונית האחת, ועוד ההתנגדות בין האמצעית לקיצונית השנייה תהיה שווה להתנגדות המרבית של הנגד.

סימון על נגדים קבועים[עריכת קוד מקור | עריכה]

שלושה נגדים עם סימונים שונים

בתהליך הייצור מקובל לסמן על נגדים את ערך ההתנגדות של הנגד ואת אחוז הדיוק שלו על ידי פסי צבע. סימון זה מכונה גם "קוד נגדים". במעגלים פשוטים אחוז הדיוק הוא לרוב 20%, אך במערכות שבהן הדיוק חשוב ישולבו נגדים עם אחוז דיוק הקטן מ-1% של סטייה מערך ההתנגדות המצוין על הנגד. שני פסי הצבע הראשונים מסמנים את שתי הספרות הראשונות של מידת ההתנגדות. הצבע השלישי מסמן את מספר האפסים שיש להוסיף לשתי הספרות הראשונות והצבע הרביעי את אחוז הדיוק. סדרת הצבעים מתחילה מהמרווח הקטן יותר של תחילת הנגד. ישנם גם נגדים בעלי חמישה פסים, בהם שלושת הפסים הראשונים מסמנים את הספרות הראשונות, ואף נגדים בעלי שישה פסים בעלי פס חום סגולי (temperature coefficient), מידע החיוני במערכות מדויקות מסוימות מכיוון שההתנגדות של נגדים איננה יציבה, אלא משתנה עם הטמפרטורה. סדר הצבעים נקבע על פי ספקטרום הקשת בענן, כך שטעות בזיהוי צבע (למשל כתוצאה מעיוורון צבעים) תגרור שגיאה מינימלית בחישוב ערך ההתנגדות.

נגד של 75 אוהם
נגד של 100K אוהם
צבע מספר מכפיל דיוק
שחור 0 1
חום 1 10 ±1%
אדום 2 100 ±2%
כתום 3 1K
צהוב 4 10K
ירוק 5 100K ±0.5%
כחול 6 1M ±0.25%
סגול 7 10M ±0.1%
אפור 8 100M
לבן 9 1G
זהב 0.1 ±5%
כסף 0.01 ±10%
ללא צבע ±20%

נגדים להשמה משטחית (SMT)[עריכת קוד מקור | עריכה]

נגדים להשמה משטחית בערכים של 27 אוהם ו-0 אוהם (קצר)

נגדים קבועים כאלה מופיעים בצורת מלבן נמוך, כאשר הממדים השכיחים ביותר קרובים למידת 1X2מ"מ. מידות אמיתיות של נגדים אלה נקבעות בעשרות "מילים" ("מיל" הוא אלפית האינץ', כ - 0.025 של מ"מ). מידות תקניות:

  • 0805 - 80X50 מיל
  • 0603 - 63X31 מיל
  • 0402 - 40X20 מיל
  • 0201 - 24X12 מיל
  • 0101 - 16X08 מיל

בחלק מנגדים אלה הסימון מופיע בהדפסת 3 או 4 ספרות על גבי הנגד. אריזת הנגדים מתבצעת בדרך כלל בגלילים, כאשר כל גליל מכיל 5,000 נגדים. הגלילים משמשים להרכבה במכונות הרכבה אוטומטיות. רכיבים אלה הם הרכיבים האלקטרוניים הזולים ביותר ומחיר גליל כזה יכול להגיע לכ-20 ש"ח.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא נגד בוויקישיתוף

מחשבון לבדיקת ערך הנגד