מד זרם ומד מתח: איך מחברים אמפרמטר וולטמטר במעגל

• כיתה ט’
• חשמל ומעגלים
• 6 דקות קריאה

למה את מד הזרם מחברים בטור ואת מד המתח במקביל, מה קורה כשמתבלבלים, ואיך מוצאים מהמדידות את ההתנגדות. עם שני תרגילים פתורים.

התשובה בקצרה

שני מכשירי המדידה של המעגל החשמלי מתחברים בשתי דרכים הפוכות:

1. מד זרם, שנקרא אמפרמטר: מחברים בטור, בתוך המעגל, כדי שכל הזרם יעבור דרכו. למד זרם אידאלי אין התנגדות בכלל.
2. מד מתח, שנקרא וולטמטר: מחברים במקביל, הדק אחד בכל צד של הרכיב. למד מתח אידאלי יש התנגדות אינסופית, ולא עובר דרכו זרם.
3. חיבור הפוך: מד זרם במקביל יוצר קצר. מד מתח בטור עוצר כמעט את כל הזרם.

למי זה מיועד: לתלמידי כיתה ט׳ שמכירים את הזרם והמתח ואת חיבור נגדים בטור ובמקביל.

מד זרם: מחברים בטור

מד זרם מודד את הזרם שעובר דרכו, באמפר. לכן צריך לפתוח את המעגל בנקודה שבה רוצים למדוד, ולהכניס את המד לתוך הפתח. כך המטענים חייבים לעבור דרך המד בדרך שלהם. זה בדיוק חיבור בטור.

במסלול טורי אותו זרם עובר בכל מקום, ולכן לא משנה אם מכניסים את המד לפני הנגד או אחריו. במעגל עם הסתעפות זה כבר משנה: מד זרם על החוט הראשי מודד את הזרם הכולל, ומד זרם בתוך ענף מודד רק את הזרם של אותו ענף.

מד זרם אידאלי הוא בעל התנגדות אפס. כך הוא לא משנה את המעגל, והזרם שהוא מראה הוא הזרם שהיה עובר גם בלעדיו. למד זרם אמיתי יש התנגדות קטנה מאוד.

מד מתח: מחברים במקביל

מתח הוא תמיד הפרש בין שתי נקודות. לכן את מד המתח לא מכניסים לתוך המעגל. מחברים את שני ההדקים שלו לשני הקצוות של הרכיב, בלי לנתק שום חוט. זה חיבור במקביל לרכיב, ולכן על המד יש בדיוק אותו מתח כמו על הרכיב.

מד מתח אידאלי הוא בעל התנגדות אינסופית, ולכן לא עובר דרכו זרם, והמעגל ממשיך לעבוד כאילו המד לא שם. במדי מתח אמיתיים ההתנגדות גדולה מאוד, בדרך כלל מיליוני אוהם.

כשיש לכם גם מד זרם וגם מד מתח על אותו רכיב, אפשר למצוא את ההתנגדות שלו לפי חוק אוהם:

תרגיל פתור: קריאת המדים

השאלה: במעגל שבשרטוט סוללה של 9 וולט ושני נגדים בטור. מד הזרם מראה 0.6 אמפר, ומד המתח, שמחובר לנגד הראשון, מראה 3.6 וולט. מה ההתנגדות של כל נגד, ומה היה מראה מד המתח אילו חיברו אותו לנגד השני?

שלב 1, הנגד הראשון: R₁ = 3.6 / 0.6 = 6 Ω.

שלב 2, המתח על הנגד השני: בטור המתחים מתחברים למתח הסוללה, 9 − 3.6 = 5.4 V. זה מה שמד המתח יראה על הנגד השני.

שלב 3, הנגד השני: אותו זרם עובר בו, R₂ = 5.4 / 0.6 = 9 Ω.

בדיקה: 9 / (6 + 9) = 0.6 A, בדיוק מה שמד הזרם מראה.

התשובה: 6 אוהם ו־9 אוהם. על הנגד השני מד המתח היה מראה 5.4 וולט.

מדידות במעגל מקבילי

במעגל עם הסתעפות צריך לשאול לגבי כל מד: איזה זרם עובר דרכו, ובין אילו שתי נקודות הוא מחובר.

תרגיל פתור: שני מדי זרם ומד מתח

השאלה: נגד של 10 אוהם ונגד של 15 אוהם מחוברים במקביל לסוללה של 6 וולט. מד זרם ראשון נמצא על החוט הראשי, ליד הסוללה. מד זרם שני נמצא בענף של הנגד של 10 אוהם. מד מתח מחובר לנגד של 15 אוהם. מה מראה כל מד?

שלב 1, מד המתח: במקביל לכל ענף יש את מלוא המתח, ולכן הוא מראה 6 וולט.

שלב 2, מד הזרם בענף: 6 / 10 = 0.6 A.

שלב 3, הזרם בענף השני: 6 / 15 = 0.4 A. אין עליו מד זרם, אבל צריך אותו להמשך.

שלב 4, מד הזרם הראשי: סכום הענפים, 0.6 + 0.4 = 1 A.

התשובה: מד המתח מראה 6 וולט, מד הזרם בענף 0.6 אמפר, ומד הזרם הראשי אמפר אחד.

מה קורה כשמחברים הפוך

• מד זרם במקביל: ההתנגדות שלו כמעט אפס, ולכן הזרם מעדיף לעבור דרכו ולעקוף את הנגד. זה קצר: הזרם גדל מאוד, והמד עלול להינזק. במדים רבים יש נתיך פנימי שנשרף במקרה כזה. מד זרם שמחובר ישירות לשני הקטבים של סוללה יוצר קצר בסוללה עצמה.
• מד מתח בטור: ההתנגדות שלו עצומה, ולכן כמעט לא עובר זרם במעגל, והנורה לא נדלקת. המד עצמו לא נפגע, והוא יראה בערך את המתח של הסוללה, כי כמעט כל המתח נופל עליו.

איפה רואים את זה בחיים

• בדיקת סוללה

  מד מתח שמחברים לשני הקטבים של סוללת אצבע חדשה מראה בערך 1.5 וולט. סוללה משומשת מראה פחות, וכך יודעים שהיא נחלשה.

• מד זרם צבת

  חשמלאים מודדים זרם בכבלים בלי לנתק אותם, בעזרת מד שנסגר סביב החוט כמו צבת. הוא מזהה את השדה המגנטי שהזרם יוצר סביב החוט.

• מולטימטר

  מכשיר אחד שמודד גם זרם, גם מתח וגם התנגדות. בוחרים את סוג המדידה בכפתור, ומחברים את החוטים לשקעים המתאימים.

שאלות נפוצות

למה למד זרם צריכה להיות התנגדות קטנה?

כי הוא נמצא בתוך המעגל, בטור. אם הייתה לו התנגדות גדולה, הוא היה מקטין בעצמו את הזרם שהוא אמור למדוד.

למה למד מתח צריכה להיות התנגדות גדולה?

כי הוא מחובר במקביל לרכיב. התנגדות גדולה מבטיחה שכמעט לא יעבור בו זרם, והמעגל לא ישתנה בגלל המדידה.

מה יראה מד מתח שמחובר ישירות לסוללה?

את המתח של הסוללה. מד המתח מחובר לשני הקטבים שלה, ולכן הוא מודד את ההפרש ביניהם.

רוצים לתרגל מדידות במעגל עד רמת מבחן?

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

לקורס כיתה ט׳

או מתחילים בחינם: חוברת כיתה ט׳, להורדה