זרם, מתח והתנגדות.

שלב 1 מתוך 5

מה זורם

מבט לתוך התיל עומד על בתוך התיל. יוני המתכת רוטטים במקומם, וביניהם מתרוצצים אלקטרונים חופשיים, שבכל מתכת יש מהם המון. כשהסוללה מחוברת, כל ההמון נסחף לאט סביב הלולאה. הסחיפה הזאת היא זרם חשמלי: כמות המטען שעוברת בנקודה בתיל בכל שנייה,

$I = \frac{Q}{t}$⁠

הזרם נמדד באמפר: 1 A הוא קולון אחד בשנייה. לפי מוסכמה, כיוון הזרם הוא הכיוון שבו היה נע מטען חיובי, מההדק החיובי של הסוללה, דרך המעגל, אל ההדק השלילי. האלקטרונים, שהמטען שלהם שלילי, נסחפים בכיוון ההפוך.

מה שהסוללה נותנת הוא מתח: הפרש הפוטנציאלים בין שני ההדקים שלה, האנרגיה שכל קולון מקבל כשהוא עובר דרכה. סוללה של 6 V נותנת לכל קולון 6 J, והוא מוסר אותם בנורה.

נבאו מה יקרה לאלקטרונים בתיל כשהמתח יירד לאפס.

שלב 2 מתוך 5

חוק אוהם

כל מה שהאלקטרונים צריכים להידחק דרכו מפריע לזרם, וזו ההתנגדות. ככל שהמתח גדול יותר, הזרם גדול יותר; ככל שההתנגדות גדולה יותר, הוא קטן יותר. בחוק אוהם הזרם שווה למתח חלקי ההתנגדות:

$I = \frac{V}{R}$⁠

ההתנגדות נמדדת באוהם, Ω: לנגד של 1 Ω צריך 1 V כדי להעביר 1 A. זו משוואה לינארית, ואפשר לחלץ ממנה כל אחד מהשלושה: $V = IR$⁠ ו־$R = \dfrac{V}{I}$⁠.

מתח והתנגדות קבועים עכשיו. חשבו את הזרם.

שלב 3 מתוך 5

לכוונן את הזרם

מתח קבוע על 12 V, ובהתנגדות של 6 Ω זורם זרם של 2 A. שנו את התנגדות כך שבמעגל יזרום רבע מזה.

שלב 4 מתוך 5

סוללה לא נותנת זרם קבוע

הסוללה קובעת את המתח, האנרגיה לכל קולון. היא לא קובעת כמה קולונים יעברו בכל שנייה: את זה קובע המעגל כולו, דרך ההתנגדות שלו. מתח קבוע על 6 V, וההתנגדות 6 Ω. נבאו מה יקרה לזרם כשההתנגדות תוכפל.

שלב 5 מתוך 5

הספק

הספק הוא אנרגיה ליחידת זמן, $P = \dfrac{W}{t}$⁠, ונמדד בואט, 1 W = 1 J/s. במעגל, כל קולון מוסר בנורה $V$⁠ ג׳אול, ובכל שנייה עוברים בה $I$⁠ קולונים, ולכן ההספק שהנורה לוקחת הוא

$P = V I$⁠

עם חוק אוהם אפשר לכתוב אותו גם כ־$P = I^2 R$⁠ או כ־$P = \dfrac{V^2}{R}$⁠. המתח עכשיו 12 V, כמו במצבר של רכב, וההתנגדות 6 Ω. מה ההספק של הנורה?