facebook pixel מדריך: הספק חשמלי - www.4project.co.il
Main logo www.4project.co.il
כל הרכיבים לפרוייקט שלכם
עגלת קניות

העגלה ריקה

האם המוצר במלאי? [X]
עמוד המוצר מציג את רמת המלאי האמיתית, הזמינה במחסנינו.
פרטים נוספים
איך מזמינים ומשלמים? [X]
ההזמנה והתשלום מתבצעים רק דרך האתר.
איסוף או משלוח? כמה זה יעלה? [X]
האתר מציע 5 אפשרויות משלוח וגם אפשרות לאיסוף עצמי מהמחסן.
אחרי הוספת המוצרים לעגלת הקניות, אפשר לראות בה את האפשרויות, המחירים והערכת זמני הגעת המשלוח.
המחיר יחושב לפי גודל ומשקל המוצרים שבחרת.
פרטים נוספים
מתי ההזמנה מוכנה? [X]
אין צורך לעדכן אותנו טלפונית על ביצוע ההזמנה. אנו רואים אותה מיד ומטפלים בה במהירות.
לקוחות נכבדים,
ביום שני, ערב סוכות (20/09) המחסן יפעל בין השעות 08:00 ל-12:00.
ביום שלישי, סוכות (21/09) המחסן יהיה סגור.
ביום שני, ערב סוכות (27/09) המחסן יפעל בין השעות 08:00 ל-12:00.
ביום שלישי, סוכות (28/09) המחסן יהיה סגור.
בחול המועד סוכות המחסן יפעל שעה פחות, מ-08:00 עד 15:30.

הספק חשמלי


2021-04-13 14:36:15
מאמר מתורגם. מקור: Electric Power

עם כוח גדול...

למה כל כך אכפת לנו מההספק/כוח? כוח הוא מדד העברת אנרגיה לאורך זמן, ואנרגיה עולה כסף. הסוללות אינן בחינם, וגם לא הדבר הזה שיוצא משקע החשמל שבקיר. אז, ההספק מודד כמה מהר האגורות נעלמות מהארנק שלכם!

וגם, אנרגיה היא... אנרגיה. היא מגיעה בצורות רבות, שחלקן יכולות להזיק: חום, קרינה, קול, אנרגיה גרעינית וכו'. ויותר כוח/הספק אומר יותר אנרגיה. לכן חשוב שיהיה לכם מושג עם איזה סוג של כוח אתם עובדים כשמשחקים באלקטרוניקה. למזלינו, כשמשחקים עם כרטיסי Arduino, מדליקים נורות LED, או מסובבים מנוע קטן, איבוד הכיוון של הכוח בו משתמשים, יתורגם כנראה לעשן מרכיב כמו נגד או המסה של ג'וק. עם זאת, האמירה "עם כוח גדול באה אחריות גדולה" היא לא רק לגיבורי על.

מדריך זה מכסה את הנושאים הבאים:

  • הגדרת ההספק
  • דוגמאות להעברת אנרגיה חשמלית
  • וואט (Watt), יחידת ה-SI של כוח/הספק
  • חישוב של כוח/הספק באמצעות מתח, זרם והתנגדות
  • דירוג הספק מקסימלי

מדריכים מומלצים:

הספק הוא אחד המושגים היסודיים באלקטרוניקה. אבל לפני שתלמדו על הספק, יש כמה מדריכים נוספים שרצוי שתקראו קודם. אם אתם לא מכירים את הנושאים האלה, רצוי לבדוק תחילה את המדריכים הבאים:

מהו הספק חשמלי?



יש הרבה סוגים של כוח: כוח פיזי, כוח חברתי, כוח על, כוח האהבה... אבל במדריך זה נתמקד בכוח/הספק החשמלי. אז מהו הספק החשמלי?

במונחים פיזיקליים, הכוח/הספק מוגדר כקצב בו האנרגיה מועברת (או מומרת).

אז קודם כל, מהי אנרגיה ואיך היא מועברת? קשה להסביר בפשטוט, אבל אנרגיה היא בעצם יכולת של משהו להזיז משהו אחר. יש הרבה צורות שונות של אנרגיה: מכנית, חשמלית, כימית, אלקטרומגנטית, תרמית ועוד רבות אחרות.

אף פעם אי אפשר לייצר או להשמיד אנרגיה, אפשר רק להעביר אותה לצורה אחרת. הרוב ממה שאנו עושים באלקטרוניקה הוא המרת צורות שונות של אנרגיה לאנרגיה חשמלית וממנה. הדלקת נורת LED ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה אלקטרומגנטית. הפעלת מנוע ממיר אנרגיה חשמלית למכנית. הפעלת זמזם ממיר לאנרגיה קולית. הפעלת מעגל מסוללת 9V הופכת אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית. כל אלה הן צורות של העברת/המרת אנרגיה.

דוגמאות של רכיבים שממירים אנרגיה חשמלית לצורות שונות:
  • מנוע חשמלי - אנרגיה מכנית
  • נורת LED - אנרגיה אלקטרומגנטית
  • נגד - חום
  • סוללה - אנרגיה כימית

גם אנרגיה חשמלית מתחילה כאנרגיה פוטנציאלית חשמלית, מה שאנחנו מכנים כ-מתח (Voltage). כשהאלקטרונים זורמים דרך האנרגיה הפוטנציאלית, היא הופכת לאנרגיה חשמלית. במעגלים שימושיים האנרגיה החשמלית הופכת לצורה אחרת של אנרגיה. הספק החשמלי נמדד ע"י שילוב של כמות האנרגיה החשמלית המועברת וכמה מהר זה קורה.

יצרנים וצרכנים

כל רכיב במעגל או צורך או מייצר אנרגיה חשמלית. צרכן ממיר אנרגיה חשמלית לצורה אחרת. לדוגמה, כשנורת LED נדלקת, האנרגיה החשמלית מומרת לאלקרומגנטית. במקרה זה הנורה צורכת חשמל. חשמל מופק כאשר אנרגיה מומרת לחשמלית מצורה אחרת. סוללה שמספקת חשמל למעגל היא דוגמה ליצרן חשמל.

הספק (Wattage)

אנרגיה נמדדת ביחידות של ג'אול (J). מכיוון הספק הוא מדד של אנרגיה לאורך פרק זמן מוגדר, אפשר למדוד אותו בג'אול לשניה. יחידת ה-SI של ג'אול לשניה הוא וואט (Watt) שמיוצגת ע"י האות W.

"נוסחא של וואט"

מקובל מאד לראות לפני ה-W אחת הקידומות הסטנדרטיות של SI: מיקרו-וואט (µW), מילי-וואט (mW), קילוואט (kW), מגה-וואט (MW) וגיגה-וואט (GW), בהתאם לצורך.

  • 10-9 - Nanowatt - nW
  • 10-6 - Microwatt - µW
  • 10-3 - Milliwatt - mW
  • 100 - Watt - W
  • 103 - Kilowatt - kW
  • 106 - Megawatt - MW
  • 109 - Gigawatt - GW

מיקרובקרים, כמו ה-Arduino בדרך כלל פועלים בתחום בין ה-µW ל-mW. מחשבים ניידים פועלים בתחום ה-Watts. צריכת אנרגיה של בית היא בתחום ה-kilowatt. אצטדיונים גדולים יכולים להגיע לצריכה בתחום של megawatt. ותחום של gigawatts שייך לתחנות כוח גדולות ומכונות זמן.

חישוב הספק

הספק חשמלי הוא קצב העברת אנרגיה. הוא נמדד ביחידות של ג'אול לשניה (J/s) או ב-וואט (Watt). בהתחשב במונחי החשמל הבסיסיים שאנחנו כבר מכירים, איך נוכל למדוד הספק במעגל? יש לנו מדד מאוד סטנדרטי לאנרגיה פוטנציאלית: וולט (Volt) שמוגדר כג'אול ליחידת מטען קולומב (coulomb) - J/C. זרם (Current), עוד אחד המונחים המוכרים לנו, מודד את זרימת המטען לאורך זמן ביחידות של אמפר (A) - קולומב לשניה (C/s). מה נקבל אם נשלב את שניהם? הספק!

"נוסחא של כח"

כדי לחשב הספק של רכיב מסויים במעגל, תכפילו את המתח על הרכיב בזרם שעובר דרכו.

"P=VI"

לדוגמה

זהו מעגל פשוט (ולא ממש שימושי), סוללת 9V מחוברת עם נגד 10Ω.

"מעגל פשוט של סוללת 9V ונגד"

איך נחשב את ההספק על הנגד? קודם צריך למצוא את הזרם שעובר דרכו. די פשוט... חוק אוהם!

"חישוב זרם דרך הנגד"

טוב, אז 900mA (0.9A) עוברים דרך הנגד, ונופל עליו 9V. אם כך, איזה הספק מופעל על הנגד?

"חישוב הספק הנגד"

נגד ממיר אנרגיה חשמלית לחום, כך שמעגל זה ממיר כל שניה 8.1 ג'אול של אנרגיה חשמלית לחום.

חישוב הספק במעגלים התנגדותיים

כשמדובר בחישוב הספק במעגל שכולו התנגדותי, כל מה שצריך שלדעת זה שניים מתוך שלושה ערכים (מתח, זרם ו/או התנגדות).

"חישוב הספק הנגד"

הכנסת חוק אוהם (V=IR or I=V/R) לחישוב ההספק מייצר לנו שתי נוסחאות חדשות. הראשונה משתמשת רק במתח והתנגדות:

"P=V^2/R"

כך שלפי דוגמה הקודמת, 9V2/10Ω (V2/R), מקבלים 8.1W, ולא צריך לחשב את הזרם שעובר דרך הנגד.

נוסחת הספק נוספת נוצרת רק מזרם והתנגדות:

"P=I^2*R"

למה צריך להיות אכפת לנו מההספק שנופל על הנגד? או לצורך העניין על כל רכיב אחר? זכרו שהספק הוא מעבר של אנרגיה מסוג אחד לאחר. כאשר האנרגיה החשמלית שמגיעה ממקור כוח מופעלת על הנגד, האנרגיה מומרת לחום. יכול להיות שיותר חום ממה שהנגד יוכל להתמודד איתו. מה שמוביל אותנו ל... דירוג הספק.

דירוג הספק

כל רכיב אלקטרוני ממיר אנרגיה מסוג אחד לאחר. יש העברות אנרגיה רצויות, כמו שהמנורה פולטת אור, מנועים מסתובבים, סוללות מטענות. יש גם העברות אנרגיה אחרות ולא רצויות, אבל גם בלתי נמנעות. העברות אנרגיה הלא רצויות הן הפסדי הספק, המופיעים בדרך כלל בצורה של חום. אובדן הרבה הספק וייצור הרבה חום יכול להיות מאוד לא רצוי.

גם כשהאנרגיה עוברת בצורה הרצויה למטרה העיקרית של הרכיב, עדיין יהיו הפסדים לצורות אנרגיה אחרות. נורות LED ומנועים עדיין יפיקו חום כתוצר לוואי של העברות אנרגיה האחרת.

לרוב הרכיבים יש דירוג של הספק מירבי שהם יכולים להפיץ, וחשוב להפעיל אותם תחת הערך הזה. זה ימנע מכם את העשן הקסום שיכול לצאת מהרכיבים.

דירוג הספק של נגדים

נגדים הם האשמים היותר ידועים לשמצה לאובדן אנרגיה. כשאתם מפילים מתח על הנגד, יזרום דרכו זרם. יותר מתח אומר יותר זרם, מה שאומר יותר הספק.

אם נחזור לדוגמה הקודמת לחישוב ההספק, איפה שראינו שאם 9V נופלים על נגד של 10 אוהם, הנגד הזה יפזר 8.1W. ההספק של 8.1W זה המון לרוב הנגדים. רוב הנגדים מדורגים בין 1/8W (0.125W) לבין 1/2W (0.5W). אם תפילו 8W על נגד של 0.5W, תכינו את מטף הכיבוי שלכם.

"נגדים קטנים"

אם ראיתם נגדים לפני כן, כנראה שראיתם גם נגדים כאלה. העליון הוא נגד של 1/2W והתחתון הוא 1/4W. אלה לא בנויים לפזר הרבה הספק.

מנגד, נגדים הבאים נבנו כדי לפזר הספקים הרבה יותר גדולים. הם גם נקראים במיוחד כ-נגדי הספק.

"נגדי הספק"

הנגדים הגדולים האלה בנויים לפזר הרבה הספק. משמאל לימין: שני נגדים של 220 אוהם 3W, שני נגדים 0.1 אוהם 5W, ונגדים של 2 ו-3 אוהם 25W.

אם אי-פעם תצטרכו לבחור ערך של נגד, תזכרו גם את דירוג ההספק שלהם. ואם המטרה שלהם היא לא לחמם משהו (גופי חימום הם למעשה נגדים להספקים ממש גדולים), תנסו לצמצם את איבוד ההספק בנגדים.

לדוגמה

דירוג ההספק של נגד יכול להיכנס לחישוב כשאתם מנסים לבחור את ערך הנגד להגבלת הזרם עבור לד. נניח לדוגמה שאתם רוצים להפעיל לד 10 מ"מ בהיר מאוד בעוצמה מקסימלית עם סוללת 9V.

"לד אדום"

הזרם המקסימלי של לד זה הוא 80mA והמתח שאמור ליפול עליו הוא כ-2.2V. אז כדי לספק 80mA ללד זה נצטרך נגד של 85Ω.

"מעגל עם לד"

6.8V נופלים על הנגד ו-80mA עוברים דרכו, מה שאומר ש-0.544W (6.8V*0.08A) מתבזבז עליו. נגד של 0.5W לא יאהב את זה במיוחד. הוא כנראה לא יומס, אבל הוא יהיה חם מאד. תלכו על בטוח ותשתמשו בנגד של 1W (או תחסכו חשמל ותשתמשו בדרייבר מיוחד ללדים).

נגדים הם בהחלט לא הרכיבים היחידים שצריך להתחשב בדירוג ההספק המקסימלי שלהם. כל רכיב בעל תכונה התנגדותית יוצר הפסדי הספק תרמיים. בעבודה עם רכיבים שבדרך כלל פועלים בהספקים גבוהים, לדוגמה מייצבי מתח, דיודות, מגברים, ומנועים, רצוי להקדיש תשומת לב מיוחדת לאובדן הספק ועומס תרמי.

לאן ממשיכים?

עכשיו כשאתם מכירים את הרעיונות של הספק חשמלי, מומלץ לעבור על המדריכים הבאים:
  • TODO: How to Power a Project
  • TODO:Light
  • TODO:Diodes
  • נגדים


מדריכים נוספות:

  • תמונה של הודעה מתח, זרם, התנגדות וחוק אוהם

    מתח, זרם, התנגדות וחוק אוהם

    2021-03-07 13:53:12

    כשמתחילים לחקור את עולם החשמל והאלקטרוניקה, חשוב קודם כל להכיר את היסודות: מתח, זרם והתנגדות. אלה שלושת אבני הבניין הבסיסיות הדרושות כדי להפעיל ולהשתמש בחשמל.

  • תמונה של הודעה מהו חשמל?

    מהו חשמל?

    2021-02-06 20:59:47

    מאמר מתורגם. מקור: What is Electricity?
    זו שאלה מאד מסובכת, וככל שמתעמקים יותר ושואלים שאלות נוספות, מגלים שאין באמת תשובה מוחלטת, רק הסברים מופשטים על איך החשמל מתקשר עם הסביבה שלנו.

  • תמונה של הודעה קידומות מטריות ויחידות SI

    קידומות מטריות ויחידות SI

    2021-01-25 14:29:11

    מאמר מתורגם. מקור: Metric Prefixes and SI Units
    הקידומות המטריות מאד שימושיות כדי לתאר בצורה תמציתית את יחידות ה-SI הבינלאומיות.

  • תמונה של הודעה סרטון המראה הבדלים בין מנוע עם תיבת Spur Gear ל-Planetary Gear

    סרטון המראה הבדלים בין מנוע עם תיבת Spur Gear ל-Planetary Gear

    2019-09-06 08:51:00

    חברינו ב-ServoCity הוציאו סרטון מעולה המראה את ההבדלים בין מנועים עם תיבת העברה מסוג Spur Gear לתיבה מסוג Planetary Gear.

  • תמונה של הודעה סרטון המסביר מאפיינים של מודולי GPS

    סרטון המסביר מאפיינים של מודולי GPS

    2019-08-08 12:20:00

    חברינו ב-SparkFun הוציאו סרטון מעולה המסביר את המאפיינים השונים של מודולי GPS.