נורה
הגדרה: רכיב חשמלי הממיר אנרגיה חשמלית לאור.
סימון - L
נורות מתנהגות בדומה לנגדים בכל הקשור לחיבור טורימקבילי.
חיבור טורי:
Rʟᴛ = Rʟ₁ + Rʟ₂ + ... + Rʟn
חיבור מקבילי:
Vʟ = IʟRʟ
מאפייני הנורה
על הנורה יהיו נקובים ערכי מתח והספק (V, P).
דוגמה: על הנורה רשום 60W, 120v
התנהגות הנורה:
ב-V נקוב: הנורה מאירה בעוצמה מלאה והספק הנורה הוא P.
ב-V גבוה מהנקוב: הנורה עלולה להישרף.
ב-V נמוך מהנקוב: הנורה מאירה בעוצמה חלשה.
ההסבר המלא של נורה בשיעור וידאו, עם דוגמאות פתורות צעד צעד
לצפייה בחינםנכנסים בקליק אחד עם גוגל, בלי כרטיס אשראיבמעגל חשמלי מחוברת נורה לסוללה, על הנורה רשום 60W, 120v.
א. חשב את התנגדות הנורה Rʟ.
Rʟ = Vʟ²/Pʟ
Rʟ = 120²/60
Rʟ = 14400/60 = 240
Rʟ = 240Ω
ב. הנורה מאירה בעוצמה מלאה, מה הזרם שעובר בה.
P = VI
60 = 120·I/:120
I = 0.5A
כלל: התנגדות הנורה Rʟ קבועה וניתנת לחישוב ישיר מהערכים הנקובים (V, P). לעומת זאת, הזרם I תלוי במתח בפועל על הנורה במעגל.
דוגמה 2 לחצו לפתיחה ‹
במעגל החשמלי מחוברים לסוללה בעלת כא"מ ε = 150v והתנגדות פנימית r = 2Ω, נורה שעליה רשום (100v, 500W) ונגד בעל התנגדות R = 8Ω.
האם הנורה מאירה בעוצמה מלאה/חלקית/נשרפת? נמק דעתך.
Vʟ = ?
Vʟ = IᴛRʟ
Rʟ = ?
Rʟ = Vʟ²/Pʟ
Rʟ = 100²/500 = 20
Rʟ = 20Ω
Iᴛ = ?
ε = Iᴛ(Rᴛ + r)
150 = Iᴛ(20 + 8 + 2)
30Iᴛ = 150/:30
Iᴛ = 5A
Vʟ = IᴛRʟ
Vʟ = 5·20 = 100
Vʟ = 100v - האם הנורה מאירה בעוצמה מלאה
דוגמה 3 לחצו לפתיחה ‹
מעגל חשמלי מורכב מסוללה עם כא"מ ε = 60v שהתנגדותה הפנימית r = 1Ω, נגד R = 2Ω ו-2 נורות, על נורה L₁ רשום 225W והמתח לא נמצא.
ידוע כי, נורה L₁ זוהרת באור מלא והזרם הכולל במעגל הוא 10 אמפר.
א. מצא את המתח הנקוב של נורה L₁.
Vʟ₁ = V₁ = ?
Vʟ₁ = ε - Iᴛ(R + r)
Vʟ₁ = 60 - 10(2 + 1) = 30
V₁ = 30v
ב. חשב את התנגדות הנורה Rʟ₁.
Rʟ₁ = Vʟ₁²/Pʟ₁
Rʟ₁ = 30²/225 = 4
Rʟ₁ = 4Ω
ג. מצא את הזרם בנורה 2.
Iᴛ = Iʟ₁ + Iʟ₂
Iʟ₂ = Iᴛ - Iʟ₁
Iʟ₂ = 10 - Iʟ₁
Iʟ₁ = ?
Iʟ₁ = Vʟ₁/Rʟ₁
Iʟ₁ = 30/4 = 7.5
Iʟ₂ = 10 - 7.5 = 2.5
Iʟ₂ = 2.5A
על נורה L₂ רשום 60v.
ד. מצא את ההספק הנקוב של נורה L₂.
P₂ = ?
Pʟ₂ = V₂²/Rʟ₂
Pʟ₂ = 60²/Rʟ₂
Rʟ₂ = ?
Rʟ₂ = Vʟ₂/Iʟ₂
Vʟ₂ = Vʟ₁ = 30v
Rʟ₂ = 30/2.5 = 12
Pʟ₂ = 60²/12 = 300
Pʟ₂ = 300W
דוגמה 4 לחצו לפתיחה ‹
תלמידים ערכו שני ניסויים עם סוללה אידיאלית, שתי נורות זהות, נגד משתנה R ואמפרמטרים A₁, A₂.
בניסוי 1 חיברו את הנורות בטור ובניסוי ה-2 במקביל, בכל ניסוי מזיזים את הגררה כך שהתנגדות הנגד המשתנה שווה לחצי מהתנגדות הנורות.
א. קבע באיזה ניסוי הנורות זוהרות באור מלא ובאיזה הם בעוצמה חלקית ? נמק דעתך.
המתח של הנורות גדול יותר באיזה ניסוי 12 ?
V = IʟRʟ
Iʟ = ?
ניסוי 1 - טורי:
Iᴛ = ε/Rᴛ
Rᴛ = 2Rʟ + R
Rᴛ = 2Rʟ + 0.5Rʟ = 2.5Rʟ
Iᴛ = ε/2.5Rʟ
ניסוי 2 - מקבילי:
Iᴛ = ε/Rᴛ
Rᴛ = Rʟ/2 + 0.5Rʟ
Rᴛ = Rʟ
Iʟ = (ε/Rʟ)/2 = ε/2Rʟ
השוואה:
בטורי: Vʟ = 0.4ε
במקבילי: Vʟ = 0.5ε
ניסוי 2 (מקבילי) - אור מלא,
ניסוי 1 (טורי) - עוצמה חלקית.
נתון: על כל אחת מהנורות רשום 360W, 60v.
ב. מצא את ערך R.
Rʟ = Vʟ²/Pʟ
Rʟ = 60²/360 = 10
Rʟ = 10Ω
R = 0.5Rʟ
R = 0.5·10 = 5
R = 5Ω
ג. מתח הסוללה ε = 120v, חשב את הזרם באמפרמטר עבור כל ניסוי.
Iᴛ = ε/Rᴛ
Rᴛ = 2Rʟ + R
Rᴛ = 2·10 + 5 = 25
Rᴛ = 25Ω
I₁ = 120/25 = 4.8
I₁ = 4.8A
I₂ = ?
Iᴛ = ε/Rᴛ
Rᴛ = Rʟ
Rᴛ = 10Ω
I₂ = 120/10
I₂ = 12A
ד. האם קיים ערך של הנגד המשתנה במעגל הטורי (ניסוי 1) עבורו הנורות יזהרו באור מלא? אם כן, מהו?
ε = IᴛRᴛ
ε = Iʟ(2Rʟ + R)
120 = Iʟ(2·10 + R)
Iʟ = ?
Pʟ = VʟIʟ
360 = 60Iʟ/:60
Iʟ = 6A
120 = Iʟ(20 + R)
120 = 6·(20 + R)/:6
20 = 20 + R
R = 0