בטיחות בחשמל: קצר חשמלי, נתיך, מפסק אוטומטי וממסר פחת

• כיתה ח’
• חשמל ומעגלים
• 7 דקות קריאה

למה קצר חשמלי מסוכן, למה המפסק קופץ כשמדליקים קומקום ותנור באותו מפצל, ומה ההבדל בין נתיך, מפסק אוטומטי וממסר פחת. עם תרגיל פתור.

התשובה בקצרה

בטיחות בחשמל נשענת על שני סוגים של הגנה:

1. הגנה על החוטים: בקצר חשמלי או בעומס יתר עובר בחוטים זרם גדול מדי, והם מתחממים. נתיך או מפסק אוטומטי מנתקים את המעגל לפני שריפה.
2. הגנה על האדם: ממסר פחת מנתק את החשמל כשחלק מהזרם בורח, למשל דרך גוף של אדם.
3. הארקה: חוט שמחבר את מעטפת המתכת של מכשיר לאדמה, כדי שזרם שבורח יזרום דרכו.

למי זה מיועד: לתלמידי כיתה ח׳ שלומדים את פרק החשמל. כדאי להכיר קודם את המעגל החשמלי, את הזרם והמתח ואת חוק אוהם.

מה זה קצר חשמלי

במעגל תקין הזרם עובר דרך צרכן, כמו נורה או תנור, וההתנגדות של הצרכן מגבילה את הזרם. קצר חשמלי נוצר כשהזרם מוצא דרך שעוקפת את הצרכן, למשל כששני חוטים עם בידוד פגום נוגעים זה בזה. ההתנגדות בדרך הזו קטנה מאוד.

לפי חוק אוהם, כשההתנגדות קטנה מאוד והמתח לא משתנה, הזרם גדל מאוד:

דוגמה לחישוב: תנור של 1,500 וואט שמחובר ל־230 וולט מתנהג כמו התנגדות של כ־35 אוהם, ועובר בו זרם של כ־6.5 אמפר. אם במקומו נוצר מסלול עם התנגדות של חצי אוהם בלבד, הזרם קופץ ל־460 אמפר, פי יותר מ־70. זרם כזה מחמם את החוטים מהר מאוד, ועלול לגרום לשריפה.

עומס יתר: הרבה מכשירים בשקע אחד

בעומס יתר אין תקלה, אבל מחברים יחד יותר מדי מכשירים. המכשירים בבית מחוברים במקביל, ולכן הזרמים שלהם מתחברים. כל מכשיר מושך זרם לפי ההספק שלו:

מכשירי חימום, כמו קומקום, תנור ומייבש שיער, הם בעלי הספק חשמלי גבוה ומושכים זרם גדול. כשכמה מהם עובדים דרך מפצל אחד, כל הזרם עובר בכבל שלו ובחוטים שבקיר, ואם הוא גדול מדי, הם מתחממים.

נתיך ומפסק אוטומטי

בקצר ובעומס יתר הסכנה היא זרם גדול מדי בחוטים. נתיך ומפסק אוטומטי פותחים את המעגל כשעובר בהם זרם גדול מהמותר. לכל אחד מהם יש ערך באמפר, שקובע מאיזה זרם הוא מנתק.

	נתיך	מפסק אוטומטי
איך הוא מנתק	חוט דק בתוכו מתחמם ונמס	מנגנון בתוכו מגיב לזרם הגדול ומנתק
מה עושים אחרי שניתק	מחליפים בנתיך חדש באותו ערך	מחזירים אותו למצב פעולה, אחרי שמטפלים בסיבה
על מה הוא מגן	על החוטים, מפני התחממות ושריפה	על החוטים, מפני התחממות ושריפה

אסור להחליף נתיך בנתיך בערך גבוה יותר או לעקוף אותו בחוט. כך זרם גדול מדי יעבור, והחוטים יתחממו בלי שדבר ינתק אותם.

ממסר פחת: מה זה ואיך הוא עובד

בכל מכשיר הזרם נכנס בחוט אחד, שנקרא פאזה, וחוזר בחוט אחר, שנקרא אפס. כשהכל תקין, הזרם שנכנס שווה בדיוק לזרם שחוזר. ממסר פחת משווה כל הזמן בין שני הזרמים האלה.

אם יש הבדל, חלק מהזרם בורח בדרך אחרת, למשל דרך גוף של אדם שנגע במכשיר תקול, אל האדמה. ממסר הפחת מזהה הבדל של זרם קטן מאוד ומנתק את החשמל מהר. נתיך או מפסק לא היו מגיבים לזרם קטן כזה.

הארקה

למכשירים רבים יש מעטפת מתכת, ובתקע שלהם יש פין שלישי שמחבר את המעטפת לחוט ההארקה, ומשם לאדמה. אם חוט פגום בתוך המכשיר נוגע במעטפת, הזרם בורח דרך חוט ההארקה, והמעטפת לא נשארת במתח מסוכן. הזרם שבורח יוצר הבדל בין הזרם שנכנס לזרם שחוזר, וממסר הפחת מנתק. כך ההארקה וממסר הפחת עובדים יחד.

תרגיל פתור

הנתונים: קומקום של 2,000 וואט ותנור של 1,500 וואט מחוברים לאותו מפצל ועובדים יחד. מתח הרשת 230 וולט. המעגל בלוח החשמל מוגן, למשל, במפסק של 16 אמפר.
השאלה: מה הזרם הכולל שעובר בכבל של המפצל? והאם המפסק ינתק אם נוסיף למפצל מייבש שיער של 1,000 וואט?

1. ההספק הכולל של שני המכשירים: P = 2000 + 1500 = 3500 W
2. הזרם הכולל, לפי I = P/V: I = 3500 / 230 ≈ 15.2 A
3. אפשר לבדוק גם כל מכשיר לבד, ולחבר: 8.7 A + 6.5 A ≈ 15.2 A
4. 15.2 אמפר קטן מ־16 אמפר, ולכן המפסק לא אמור לנתק. אבל זה קרוב מאוד לגבול.
5. עם מייבש השיער ההספק הכולל הוא 4,500 וואט: I = 4500 / 230 ≈ 19.6 A

התשובה: שני המכשירים יחד מושכים כ־15.2 אמפר, קרוב מאוד לגבול של 16 אמפר. עם מייבש השיער הזרם מגיע לכ־19.6 אמפר, יותר ממה שהמפסק מיועד לו. החוטים מתחממים, והמפסק ינתק את המעגל אחרי זמן מה. I₁ ≈ 15.2 A · I₂ ≈ 19.6 A > 16 A

כללי בטיחות בחשמל בבית

• לא מעמיסים מפצל

  לא מחברים כמה מכשירי חימום לאותו מפצל. על מפצלים רבים כתוב העומס המרבי שמותר לחבר אליהם.

• מים וחשמל לא נפגשים

  לא נוגעים במכשיר חשמלי בידיים רטובות, ולא מניחים מכשיר מחובר ליד אמבטיה או כיור. עור רטוב מוליך חשמל טוב יותר מעור יבש.

• כבל פגום יוצא משימוש

  כבל קרוע או עם בידוד סדוק עלול לגרום לקצר. מפסיקים להשתמש בו ולא מתקנים אותו בעצמנו.

• מוציאים תקע מהשקע נכון

  אוחזים בתקע, ולא מושכים בכבל. משיכה בכבל עלולה לפגוע בחוטים ובבידוד שבתוכו.

• לא מכניסים חפצים לשקע

  חפץ מתכת בתוך שקע עלול לגעת בחוט הפאזה, והזרם יעבור דרך מי שמחזיק בו.

• לוח החשמל הוא של החשמלאי

  אחרי שמפסק קפץ, מנתקים קודם את המכשירים שגרמו לבעיה, ורק אז מחזירים אותו, רצוי בעזרת מבוגר. אם הוא קופץ שוב, פונים לחשמלאי מוסמך.

שאלות נפוצות

מה זה קצר חשמלי?

קצר חשמלי הוא מסלול עם התנגדות קטנה מאוד, שעוקף את הצרכן. לפי חוק אוהם, I = V/R, כשההתנגדות קטנה מאוד הזרם גדל מאוד, והחוטים מתחממים עד כדי סכנת שריפה.

ממסר פחת מה זה?

מכשיר בלוח החשמל שמשווה בין הזרם שנכנס בחוט הפאזה לזרם שחוזר בחוט האפס. אם ההבדל ביניהם עובר סף קטן, בבית בדרך כלל 30 מיליאמפר, הוא מנתק את החשמל.

מה ההבדל בין נתיך למפסק אוטומטי?

שניהם מנתקים את המעגל כשהזרם גדול מדי. בנתיך חוט דק נמס, ומחליפים אותו. מפסק אוטומטי לא נהרס, ואפשר להחזיר אותו למצב פעולה.

מה המתח של רשת החשמל בישראל?

230 וולט, בזרם חילופין בתדירות של 50 הרץ. כלומר הזרם משלים 50 מחזורים של הלוך וחזור בכל שנייה.

רוצים להבין את החשמל עד הסוף?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח׳ כל נושא מוסבר בסרטון, ולכל תרגיל בחוברת יש פתרון וידאו. משלמים פעם אחת, והגישה ללא הגבלת זמן.

לקורס כיתה ח׳

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ח׳, להורדה