2.5.3 הנגד כרכיב ליניארי
(The resistor as a linear component)
מתוצאות תרגיל דוגמה מספר 11 אפשר לראות שערך הנגד לא השתנה כתוצאה משינוי הזרם דרכו ואין זה מפליא. כפי שראינו, ההתנגדות נקבעת על פי הממדים הפיזיים ועל פי סוג החומר שממנו בנוי הנגד.
כמו כן אנו יכולים לטעון שהנגד הוא רכיב לינארי, כלומר רכיב שמתקיימים בו שני תנאים:
א. אם U = I*R אז מתקיים a*U = a*(I*R)
ב. אם: U2 = I2*R ; U1 = I1*R אז מתקיים U1 + U2 = (I1 + I2)*R
הערה: חשוב לציין שחוק אוהם תקף רק בעבור רכיבים לינאריים (כמו נגד למשל). יש רכיבים אחרים באלקטרוניקה, שחוק אוהם אינו מתקיים בהם – לא נדון בקורס זה ברכיבים אלה.
כדי לזהות אם אכן מדובר ברכיב לינארי, נבצע על הרכיב ניסוי הכולל כמה מדידות ובסיומו נבנה אופיין התנגדות/מוליכות.
תיאור מהלך הניסוי לאיתור רכיב לינארי:
נסגור את המתג S ונמדוד את עוצמת הזרם דרך הנגד בעבור ערכים שונים של מתח המקור.
נרכז את תוצאות המדידה על גבי אופיין U=f(I).
אם נחבר בין כל אותן נקודות שהתקבלו, נקבל קו ישר לינארי כמתואר באופיין שלפניכם:
מאחר שמדובר בקו ישר ליניארי, ניתן לתאר זאת מתמטית כך:
שיפוע המשוואה a קבוע לאורך כל הגרף, והוא מתאר את היחס בין המתח U לזרם I. כלומר השיפוע מתאר את ההתנגדות.
כך אפשר לראות שההתנגדות קבועה לאורך כל הגרף ואינה תלויה בעוצמת הזרם או בעוצמת המתח – רכיב לינארי!
האופיין שמתואר הנו אופיין התנגדות כי הוא מבטא את הקשר שבין המתח לזרם. כך גם אפשר לתאר אופיין מוליכות, וההבדל יבוא לידי ביטוי בכך שציר ה- y יתאר את הזרם, ואילו ציר ה- x יתאר את המתח. כך יבוטא הקשר בין הזרם למתח.
הערות:
1. בעבור כל נגד אפשר לבנות אופיין התנגדות לינארי. גודל הנגד קובע את שיפע הגרף. ככל שהנגד גדול יותר, כן שיפוע הגרף גדול יותר ולהפך.
2. נורת להט היא דוגמה לרכיב לא לינארי. בעבור רכיב זה שינויי זרם יגרמו לכך שהנורה תאיר בעוצמות שונות ובכך תפלוט חום בטמפרטורות שונות (המוליך שמצוי בתוך נורת הלהט משנה את התנגדותו עקב שינויי הטמפרטורות שבסביבתו ועל כן הוא לא יקיים את שני התנאים ללינאריות.
הערה: יש רכיבים הבנויים ממוליכים למחצה שהתנגדותם תלויה בזרם העובר דרכם. דוגמה אחת כזאת היא נורית LED המשמשת כנורית חיווי במכשירים חשמליים רבים וגם בפנסי יד ותאורה של המכוניות החדשות. רכיבים אלו בוודאי לא לינאריים.
דוגמה לאופיין התנגדות של נורת להט:
