20
שונים רכיבים של האופייני חקירת חשמלי במעגל מורחב תרגילData Studio הניסוי קובץ שם: Characteristic_L.ds מס חוברת' 2 כרך: חשמל מאת: גלבמן משה61009 א" ת1039 ד" ת10 ישראל- מקווה' רח לימודי ציוד"שולמן" www.shulman-sci.co.il 03-5660340 : פקס03-5605536 :' טל____________________________________ כלשהו שימוש לעשות אין. בכיתותיהם ולהוראה הפיזיקה מורי של האישי לשימושם ורק אך נועד זה קובץ בו הספר בית אתרלמעט( אחר באתר פרסום; מסחרי שימוש זה ובכלל אחרת מטרה לכל זה בקובץ. ממנו חלק כל או זה קובץ של כלשהי אחרת בדרך הפצה או הציבור לרשות העמדה;) המורה מלמד

חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

  • Upload
    others

  • View
    15

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

חקירת האופייני של רכיבים שונים

תרגיל מורחב–במעגל חשמלי

Data Studio

:שם קובץ הניסוי

Characteristic_L.ds

2' חוברת מס

חשמל: כרך

משה גלבמן: מאת

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 2: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

חקירת האופייני של רכיבים שונים

גרסה מורחבת–במעגל חשמלי

Data Studio

מטרה

. רכיבים שונים במעגל חשמלי מגלים הענות שונה לשינוי הזרם בגין השינוי של המתח

.לחקור את הקשר בין המתח לבין הזרם לרכיבים שונים במעגל החשמלי : מטרת התרגיל

. טרמיסטור ופוטורזיסטור , Ledנורת , נורת להט , נגדים שוניםנחקור את התכונות של שלושה

.הפונקציה המתארת את התלות של המתח בזרם נקראת האופייני של הרכיב החשמלי

תיאוריה

Rמוגדר כהתנגדות ומסומן , )אמפרים (iוזרם של ) וולטים (uהיחס בין המתח

R( .) ביחידות אומים ui

=

.רים רבים התנגדותו של הרכיב תלויה בכיוון הזרם ובקצב השתנות המתחבמק

מתנהג לפי -נאמר כי הרכיב הנבדק הוא אומי , כאשר הקשר בין המתח לבין הזרם הוא יחס ישר

. הרכיבים האומים נקראים נגדים). הזרם ביחס ישר למתח וביחס הפוך להתנגדות(חוק אום

ההספק המרבי שמותר , התנגדות הנגד: נגד שלושה פרטיםהיצרנים של נגדים מציינים על ה

. להעמיס על הנגד והדיוק של הנגד

R .: חישוב ההתנגדות של הנגד נעשה לפי הנוסחה lA

= ⋅ρ

ρ - ההתנגדות של יחידת ממדים( התנגדות סגולית.(

l -אורך המוליך .

A -שטח חתך הרוחב .

. גולית תלויה בטמפרטורהההתנגדות הס

ההתנגדות , בפחם ובאלקטרוליט. ההתנגדות הסגולית גדלה עם עליית הטמפרטורה, במתכות

. הסגולית קטנה עם עליית הטמפרטורה

.α: בטמפרטורה נתון על ידי הנוסחהαמקדם התלות של ההתנגדות הסגולית ρ

ρ=

1 ddT

. ל יחידה בטמפרטורה נגדות הסגולית מביע את השינוי היחסי בהתαהמקדם dρρ

17 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 3: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

גדלה ההתנגדות , כאשר הנחושת מתחממת. 39 של נחושת היא αהמקדם : לדוגמה

טמפרטורת הסביבה ( - לכל מעלה ביחס להתנגדות הסגולית ב 0.39% -הסגולית ב

).המקובלת

10 13. ⋅ −

Co

20o C

i במידה . שהופך בנגד לאנרגיית חוםנמסר לנגד הספק של , i זורם זרם R נגד כאשר דרך

טמפרטורת הנגד עולה והתנגדותו לכן , i -וקצב המסירה של אנרגיית החום לסביבה קטנה מ

האנרגיה הספק: הטמפרטורה מפסיקה להעלות רק כאשר נוצר שיווי משקל תרמי. משתנה

התהליכים שבהם עוברת אנרגיית חום . י הסביבה"שווה להספק האנרגיה שנספג ע, הנמסר לנגד

תהליכים (הם תהליכים איטיים יחסית ) עשרות מעלות(מהנגד אל הסביבה בטמפרטורות נמוכות

התהליך של קרינת ) מעלות500 - 400מעל (רק בטמפרטורות גבוהות ). של הולכת חום והסעת חום

.נרגיית החום נעשה דומיננטיא

2 R

R2

כמות (יש להגדיל את קיבול החום , כדי שתשמר התנגדות הנגד קבועה בטמפרטורת החדר

לשם כך עוטפים את הנגד במעטפת קרמית . שלו) האנרגיה הדרושה לחמם את הגוף במעלה אחת

. גודל העטיפה תלוי בהספק המרבי שהנגד נועד לעמוד בו. או מתכתית

כדי לקבל קרינת אנרגיה ) מעלות3000 - 2500(עונינים בטמפרטורות גבוהות מאוד בנורת להט מ

הספק האנרגיה המוקרן ליחידת שטח Stefan - Bolzmannבהתאם לחוק . בתדירות האור

σ .: פרופורציונלי לחזקה הרביעית של הטמפרטורה המוחלטת לפי הנוסחה ⋅ T4

σ = ⋅ −567 10 82 4.( )

Wattm Ko

i T⋅ = ⋅ ⋅σ 4

שיווי המשקל התרמי , ) מעלות1000הטמפרטורה של חוט הלהט מעל (הנורה דולקת בשעה ש

: מסמן את שטח המעטפת של חוט הלהטSהאות . V:מתקבל כאשר

S D .

S

= ⋅ l⋅π

l -אורך חוט הלהט .

D -הקוטר של חוט הלהט .

). וולט לשניה0.5(מתח בקצב איטי נשנה את ה, כשנחקור את תלות המתח בזרם של נורת להט

לכן תעלה . אין די זמן ליצירת שיווי משקל תרמי, למרות הקצב האיטי של הגדלת המתח

יש לצפות מהגרף המתאר את תלות המתח בזרם להתנהגות שונה . הטמפרטורה של חוט הלהט

ויה בחזקה תל-איטית (בזמן שבו העברת האנרגיה לסביבה נעשית בעיקר על ידי הולכה והסעה

לעומת הזמן שבו העברת האנרגיה לסביבה מתקיימת בעיקר על ידי ) הראשונה של הטמפרטורה

השינוי הצפוי יהיה בגידול מהיר של ). תלויה בחזקה הרביעית של הטמפרטורה-מהירה (קרינה

בחרנו , למטרת התרגיל. התנגדות חוט הלהט של הנורה בשל העליה המהירה של הטמפרטורה

בקצב שינוי כזה של המתח אשר מבליט היטב את השוני במסירת האנרגיה לסביבה במיוחד

במצבים שבהם לא מתקיים -בתהליך הקרינה לעומת מה שקורה בתהליכים של ההולכה והסעה

.שיווי משקל תרמי

18 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 4: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

כל . מתקיימים תהליכים פיזיקליים שונים לגמרי מאשר בנורת להט ) ledדיודה (Ledבנורת

. ה מצמד של שני גבישים כאשר לאחד יש עודף מטען חיובי ולשני עודף מטען שלילידיודה בנוי

במקום הצימוד של שני הגבישים נוצר מחסום פוטנציאל שלא מאפשר מעבר מטענים מגביש אחד

. גדל מחסום הפוטנציאל ולכן הדיודה לא מוליכה, במצב שהדיודה מחוברת למתח נגדי. לשני

בדיודה . קטן מחסום הפוטנציאל ולכן הדיודה מוליכה, למתח תומךכאשר מחברים את הדיודה

ledאחד הגבישים מכיל חומר הפולט אור באורך גל מסוים בזמן . מחסום הפוטנציאל גדול יחסית

המחוברות בכיוון ledבנורית שנחקור במהלך התרגיל מותקנות שתי דיודות . שהדיודה מוליכה

, כאשר הנורה מחוברת למקור מתח. והשני בגוון אדום, וון ירוקהולכה נגדי ופולטות אור האחד בג

החלפת כיוון הזרם מחליפה את הדיודה הפעילה . מוליכה רק אותה הדיודה שמקבלת מתח תומך

).ירוק ו לאדום(ולכן את גוון האור

NTCישנם המכונים . הוא רכיב שהתנגדותו תלויה בטמפרטורה ) Thermistor(טרמיסטור

)negative temperature coefficient ( והמכונים , אשר התנגדותם קטנה אם עליית הטמפרטורה

PTC) positive temperature coefficient (אשר התנגדותם גדלה אם עליית הטמפרטורה .

:בתרשים מעגל חשמלי נהוגים הסימונים

.השימוש בטרמיסטורים הוא במדידה ובקרה על טמפרטורה

בטמפרטורה של ohm 800 שהתנגדותו כ NTCמשתמשים בטרמיסטור מהסוג , ך התרגיל במהל

0°C 50° ובטמפרטורה שלC 130 התנגדותו כohm.

סימונו בתרשים מעגל . רכיב שהתנגדותו תלויה בעוצמת התאורה) Photoresistor(פוטורזיסטור

:חשמלי

19 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 5: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

.ה על עוצמת האורהשימוש בפוטורזיסטור הוא במדידה ובקר

בחושך , בתאורת אור יום Ω 280במלך התרגיל משתמשים בפוטורזיסטור שהתנגדותו כ

.MΩ 4.5התנגדותו כ

תהליך המדידה

:להלן תרשים סכמתי של המעגל החשמלי

תרשים המעגל: 1תמונה

. של הממשק משמשת מקור המתח למעגלoutput 5v/300mAהיציאה

2תמונה

הבחירה מתבצעת . שניות10 במשך זמן של 5v עד 0 -בוחרים במתח המשתנה בצורה ליניארית מ

).2תמונה (Signal Generatorבאמצעות החלון

.Pos Ramp Up Weve Function , 0.1 Hz , 5 V: הבחירה

20 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 6: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

.בחירה זו חוסכת שינוי ידני של המתח

. המתח והזרם נמדדים בעזרת חישן מתח וחישן זרם

. מדידות לשניה100המדידות מתבצעות בקצב של . שניות9.5משך זמן המדידות

הרכבת מערכת המדידה

חקירת : " הפעל את המחשב ובחר בקובץ, מופעלScience Workshop 750כאשר הממשק . 1

".האופייני של רכיבים שונים במעגל חשמלי

).3תמונה (Bזרם לכניסה האנלוגית ואת חישן הAחבר את חישן המתח לכניסה האנלוגית . 2

החיבורים לממשק: 3תמונה

).1תמונה (וחבר את המעגל ) RLC CIRCUIT: בלוח החיבורים (10Ωבחר בנגד של . 3

).2תמונה (הפרמטרים של מקור המתח מוגדרים . 4

קליטת הנתונים

נגדים-נושא ראשון

:הרצה ראשונה

. להפעלת המדידהלחץ על

). Linear Fit( ובחר קו הרגרסיה הליניארי לחץ על , כאשר המדידה נעצרת

).1גרף (הדפס אותו . י לחיצה על "מקד את הגרף ע

21 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 7: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

:הרצה שניה

. 33Ωהחלף את החיבורים לנגד של

. ה להפעלת המדידלחץ על

).2גרף (הדפס אותו . י לחיצה על "מקד את הגרף ע, כאשר המדידה נעצרת

1גרף

2גרף

:הרצה שלישית

.100Ωהחלף את החיבורים לנגד של

. להפעלת המדידהלחץ על

22 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 8: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

).3גרף (הדפס אותו . י לחיצה על "מקד את הגרף ע, כאשר המדידה נעצרת

3גרף

ניתוח שלושת ההרצות הראשונות

.הסבר? האם שלושת הנגדים שחקרת מתנהגים לפי חוק אום: שאלה

שלושת , מסיבה זו. של שלושת הנגדים מתארים יחס ישר) המתח כנגד הזרם(האופייני : תשובה

.וק אוםמתנהגים לפי ח, הנגדים שחקרנו

.הסבר. מצא את ההתנגדות של כל נגד: שאלה

בהתחשב . ההתנגדות היא השיפוע של הגרף מתח כפונקציה של הזרם, לפיכך: תשובה

:יש להציג רק את הספרות הבטוחות, בסטיית התקן במדידת השיפוע

iuR

ΔΔ

=

10.046 Ω , 32.85 Ω , 100.0 Ω.

לפי נתוני . של כל אחד מהנגדים) השווה למה שרשום ליד כל נגד(ת חשב את הטעות היחסי: שאלה

.הסבר? האם הנגדים עמדו בתקן שהיצרן קבע . ±5% היצרן הדיוק של שלושת הנגדים הוא

.*.% ; ; : תשובה 460100100460

=%.*. 45010033150

=%.*. 00301001000030

=

.כל הנגדים עומדים בתקן

23 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 9: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

בנוי להספק של 33Ωהנגד של , 10W בנוי להספק של 10Ω נתוני היצרן הנגד של לפי: שאלה

5W 100 והנגד שלΩ 2 בנוי להספק שלW . הסבר את הקשר בין מבנה הנגד לבין ההספק המרבי

.שמותר להעמיס את הנגד

המעטפת גדולה. תלוי בהספק המרבי הנדרש) חומר קרמיק(גודל המעטפת של הנגד : תשובה

.W 2 וקטנה ביותר עבור הספק של W 10ביותר עבור ההספק של

מקד את . בטל את החישוב הסטטיסטי. הצג במערכת צירים משותפת את שלוש ההרצות: תרגיל

.הסבר. התאם לכל גרף את הנגד שהגרף מייצג). 4גרף (הגרף והדפס אותו

4גרף

.רשום בתוך הגרף: פתרון

נורת להט-ני נושא ש

:הרצה רביעית

. 0.22A - ו 7.5vהחלף את הנגד בנורת להט של

. להפעלת המדידהלחץ על

).5גרף (הדפס אותו . והגדל אותו על כל המסךי לחיצה על "מקד את הגרף ע

24 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 10: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

5גרף

הרצה רביעית: ניתוח תוצאות

.הסבר? האם נורת הלהט מתנהגת לפי חוק אום, אור תוצאות המדידהל: שאלה

נורת הלהט אינה מתנהגת לפי חוק -. אינו מתאר יחס ישר) גרף מתח כנגד הזרם(אפיין : תשובה

.אום

. יש עליה מהירה של טמפרטורת הנורה, אמפר0.095 לבין 0.085כאשר הזרם משתנה בין : שאלה

?מדוע

).4תמונה ( Experiment Calculatorהעזר בחלון

הצג את הגרף של תלות . הגדר את המשתנים כמתח וזרם. כתוב את הנוסחה לחישוב ההתנגדות

.הדפס את הגרף). 6גרף (ההתנגדות בזרם

).6גרף ( העזר גם בגרף המתאר את תלות ההתנגדות בזרם 2לצורך התשובה לשאלה

4תמונה

25 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 11: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

6גרף

זה מתרחש . מצביע על עליה מהירה של הטמפרטורה, גידול חד של התנגדות הנורה:תשובה

מה –בטמפרטורה שבה עיקר מעבר אנרגיה לסביבה מתרחש בתהליכי הולכה והסעה איטיים

. שגורם לחימום מהיר של חוט הלהט

.הסבר תופעה מוזרה זו. הגרף מראה כי קיים טווח שבו המתח גדל והזרם קטן: שאלה

.גדול מקצב גידול המתח) בגלל עליית הטמפרטורה(כי קצב גידול ההתנגדות :תשובה

תהליך מסירת האנרגיה לסביבה מתרחש בעיקר על ידי , אמפר0.09 -כאשר הזרם גדול מ : טענה

.הסבר את השיקולים לטענה המוצגת. קרינה

קר על ידי קרינה בגין בטמפרטורות גבוהות תהליך מסירת האנרגיה לסביבה מתרחש בעי: תשובה

0.09 -כאשר הזרם גדול מ . התלות של הספק קרינת החום בחזקה הרביעית של הטמפרטורה

מכך ניתן ללמוד כי הטמפרטורה של הנורה מספיק גבוהה . מתמתנת העלייה של התנגדות, אמפר

.לשדר הספק גדול של אנרגיה בצורה של קרינת חום

הסבר את הסיבות . התנגדות הנורה כמעט ולא משתנה, פר אמ0.04 -כאשר הזרם קטן מ : שאלה

.לכך

טמפרטורת הנורה בזרמים קטנים אלה כמעט ואינה משתנה קצב החימום דומה לקצב : תשובה

.איבוד החום לסביבה

שיש לה טמפרטורת Wolfram (Tungsten)חוט הלהט של הנורה עשוי מיסוד מתכתי : שאלה

Wolframמקדם הטמפרטורה של ההתנגדות המתכת ). צלזיוס מעלות3400(היתוך גבוהה מאוד

26 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 12: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

o : תשובה

RRT 963

0045.0313

0

≈⋅

=⋅

Δ=Δ

α

oT 1636≈Δ

. אום25 עד 3 - מ מצא את שינוי הטמפרטורה המתאימה לתחום שינוי ההתנגדות: שאלה

: תשובה

Led נורת -נושא שלישי

:הרצה חמישית

אחת : Ledהנורית מכילה שתי דיודות . בטור לנורה150Ω בכן נגד של Led -חבר את נורת ה

. מאירה באור ירוק והשניה באור אדום

. הצג גרף של מתח כנגד הזרם

.רשום באיזה צבע מאירה הנורה. ת המדידה להפעללחץ על

. להפעלת החישוב של קו המגמהלחץ על , כאשר המדידה נעצרת

סמן את הקטע הליניארי של הגרף והעבר את קו רגרסיה . י לחיצה על"מקד את הגרף ע

(Linear Fit) . 7גרף (הדפס את הגרף.(

7גרף

27 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 13: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

:הרצה שישית

). החלפת קיטוב מתח המקור( החלף את החיבורים של המתח במחולל

. שים לב לצבע שבו הנוריות מאירה. להרצת המדידהלחץ על

). 8גרף (העבר קו רגרסיה על החלק הישר המסומן בגרף . י לחיצה על "מקד את הגרף ע

.הדפס את הגרף

8גרף

9גרף

. Ledהצג במערכת צירים משותפת את שתי ההרצות האחרונות בנורת

28 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 14: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

. י לחיצה על"מקד את הגרף ע

).9גרף (הדפס את הגרף

ניתוח ההרצות החמישית והשישית

האם הדיודות :שאלה Led . הסבר? מתנהגות לפי חוק אום . ה מוליכה זרם רק בכיוון אחד לכן היא אינה מתנהגת בהתאם לחוק אום הדיוד:תשובה

הסבר כיצד ניתן לגלות כי הנורה מכילה שתי דיודות בכיוון , לאור תוצאות המדידה:שאלה

?הולכה נגדי

כאשר מחליפים את הקיטוב . בקיטוב אחד של מקור המתח הדיודה מאירה בצבע ירוק: תשובה

.מאירה בצבע אדום) אחרת (הדיודה, של מקור המתח

.Led העזר בפרמטרים של קו המגמה למציאת מתח ההפעלה של הנוריות :שאלה

קצת ( מקום החיתוך של קו המגמה את ציר המתח נותן את מתח ההפעלה של הדיודה :תשובה

V2 ).מתחת ל

קח בחשבון את . Led העזר בפרמטרים של קו המגמה למציאת ההתנגדות של הנורות:שאלה

. הנגד המחובר בטור עם הדיודות

.הנגד שמחובר בטור+ השיפוע של קו המגמה נותן את ההתנגדות של הדיודה :תשובה

?ואינה מוליכה בכיוון נגדי , מדוע הדיודה מוליכה זרם רק בכיוון אחד: שאלה

, יל עודף מטען שליליבמקום הצימוד של גביש המכיל עודף מטען חיובי עם גביש המכ: תשובה

מתח . נוצר מחסום פוטנציאל המונע מעבר מטענים חופשיים מהגביש האחד לשני באחד הכוונים

מגדיל את מחסום , מתח נגדי. ואז הדיודה מוליכה, מקטין את מחסום הפוטנציאלי, תומך

.ואז הדיודה אינה מוליכה, הפוטנציאל

טרמיסטור-נושא רביעי

:הרצה שביעית

הצג גרף ). במקביל לחיבורים של חישן המתח(ת הטרמיסטור בעזרת לוח חיבורים מיוחד חבר א

. של מתח כנגד הזרם

.רשום את הטמפרטורה. להפעלת המדידהלחץ על

. י לחיצה על"מקד את הגרף ע

).10גרף (הדפס את הגרף . (Linear Fit) והעבר את קו רגרסיה לחץ על

29 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 15: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

טרמיסטור בטמפרטורה נמוכה: 10גרף

:הרצה שמינית

הצג גרף של מתח . לתוך כוס עם מים מזוקקים חמים הכנס את הטרמומטר ואת הטרמיסטור

. כנגד הזרם

.רשום את הטמפרטורה. להפעלת המדידהלחץ על

. עלי לחיצה "מקד את הגרף ע

).11גרף (הדפס את הגרף . (Linear Fit) והעבר את קו רגרסיה לחץ על

טרמיסטור בטמפרטורה גבוהה: 11גרף

30 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 16: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

ניתוח ההרצות השביעית והשמינית

?האם הטרמיסטור מתנהג לפי חוק אום: שאלה

תלות הזרם , לכן. יד יחס ישר-ל הטרמיסור מתואר עלבטמפרטורה קבועה האופייני ש: תשובה

. במתח מתנהג לפי חוק אום

?האם ניתן למדוד טמפרטורה בעזרת טרמיסטור: שאלה

אם הקשר בין שינוי ההתנגדות לעליית הטמפרטורה הוא קשר . משמעית-התשובה לא חד: תשובה

גרף המתאר את –רך בגרף כיול יש צו, במידה וקשר זה אינו ליניארי. ליניארי התשובה חיובית

. תלות ההתנגדות בטמפרטורה

.השימוש בטרמיסטור למדידת טמפרטורה מחייב גרף כיול: הערה

.חשב את השינוי היחסי של ההתנגדות לכל מעלה צלסיוס: מטלה

0RtR . ואת ההתנגדות אחרי החימום ב נסמן את ההתנגדות לפני החימום ב : תשובה

:חישוב השינוי היחסי בהתנגדות

805.05.706

5.7061.138

0

0 −=−

=−

RRR

RR t

o

Cttt o2.417.159.5612 =−=−=Δ

:חישוב השינוי בטמפרטורה

:חישוב השינוי היחסי של ההתנגדות לכל מעלה

%95.10195.02.41

805.0

0

0 −=−=−

Δ=

Δ

Δ

tRR

tRR

.תה לפני החימוםלכל מעלה ביחס להתנגדות שהי 1.95%ההתנגדות קטנה ב : משמעות התשובה

פוטורזיסטור-נושא חמישי

:הרצה תשיעית

במקום הטרמיסטור את , )במקביל לחיבורים של חישן המתח(חבר בלוח החיבורים המיוחד

הצג גרף של מתח . עבירות אור100%כסה את הפוטורזיסטור במסנן עבירות של . הפוטורזיסטור

. כנגד הזרם

.רשום את עבירות המסנן. לת המדידה להפעלחץ על

. י לחיצה על"מקד את הגרף ע

31 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 17: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

).12גרף (הדפס את הגרף . (Linear Fit) והעבר את קו רגרסיה לחץ על

תאורה מלאה-פוטורזיסטור : 12גרף

:הרצה עשירית

. הצג גרף של מתח כנגד הזרם. עבירות אור75%ל כסה את הפוטורזיסטור במסנן עבירות ש

.רשום את עבירות המסנן. להפעלת המדידהלחץ על

. י לחיצה על"מקד את הגרף ע

).13גרף (הדפס את הגרף . (Linear Fit) והעבר את קו רגרסיה לחץ על

עבירות אור75%פוטורזיסטור ב : 13גרף

32 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 18: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

:הרצה אחד עשר

. הצג גרף של מתח כנגד הזרם. עבירות אור50%כסה את הפוטורזיסטור במסנן עבירות של

.רשום את עבירות המסנן. להפעלת המדידהלחץ על

. י לחיצה על"מקד את הגרף ע

).14גרף (הדפס את הגרף . (Linear Fit)והעבר את קו רגרסיה לחץ על

עבירות אור 50% פוטורזיסטור ב : 14גרף

:הרצה שנים עשר

. הצג גרף של מתח כנגד הזרם. עבירות אור25%כסה את הפוטורזיסטור במסנן עבירות של

.עבירות המסנןרשום את . להפעלת המדידהלחץ על

. י לחיצה על"מקד את הגרף ע

).15גרף (הדפס את הגרף . (Linear Fit) והעבר את קו רגרסיה לחץ על

33 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 19: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

עבירות אור 25%פוטורזיסטור ב : 15גרף

ניתוח ההרצות תשע עד שנים עשר

?הג לפי חוק אוםהאם הפוטורזיסטור מתנ: שאלה

. ידי יחס ישר -האופינים מתוארים בקירוב טוב על, בתאורה קבוע, לפי תוצאות המדידה: תשובה

.בתאורה קבועה הפוטורזיסטור מתנהג לפי חוק אום, לפי כך

.תאר את התכונה של הפוטורזיסטור: שאלה

.כאשר מקטינים את התאורה של הפוטורזיסטור גדלה התנגדותו: תשובה

?האם היחס בין עוצמת האור שווה ליחס בין ההתנגדויות המתאימות : השאל

.25% , 50% , 75%: היחס בין עצמת האור במדידות שערכנו היה : תשובה

: היחס בין ההתנגדויות המתאימות

%3310034841141

%5510020841141

%7610015021141

=⋅

=⋅

=⋅

עוצמת לפי תוצאות המדידה היחס בין ההתנגדויות המתאימות שווה רק בקירוב ליחס בין

. התאורה

34 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

Page 20: חקירת האופייני של רכיבים שוניםptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1665ofian1.pdfתודגנתהה הלדג ,תממחתמ תשוחנה רשאכ .39

35 2' חוברת מס– Characteristic_L/ חשמל

?האם אפשר בעזרת פוטורזיסטור למדוד עוצמת אור: שאלה

גרף המתאם לעוצמת –מדידה כזאת אפשרית רק אם קיים גרף כיול של הפוטורזיסטור : תשובה

למסקנה זו הגענו לאור תוצאות המדידה שמראות כי לא קיים . האור את התנגדות הפוטירזיסטור

.התנגדות הפוטורזיסטורממש יחס ישר בין עצמת האור ל

רשימת הציוד הדרוש לביצוע התרגיל

1. Science Workshop 750 Interface CI-7565A (Pasco)

2. RLC Circuit CI-6512 (Pasco) 3. Voltage Sensor CI-6503 (Pasco) 4. Current Sensor CI-6556 (Pasco)

5. Patch Cords 75cm long 6. Thermistor 011.116 (Unilab)

7. Photoresistor 13072.12 (Phywe) 8. Temperature Sensor CI – 6505A (Pasco)

"שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א 61009www.shulman-sci.co.il 03-5660340 :טל': 03-5605536 פקס ____________________________________

קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר )למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה(; העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.