הקשר בין אופן חיבור נורה במעגל חשמלי ובין עוצמת האור של הנורה

כתבו: סמדר לוי, המרכז הארצי למורי הפיזיקה, וזהורית קאפח, צוות אל"פ
ייעוץ מדעי: ד"ר אסתר בגנו

תחילה שאלנו אתכם:

התשובה הנכונה היא: עוצמת האור של הנורה קטנה.

עוצמת האור של הנורה תלויה בסוללה, אך תלויה גם באופן חיבור הרכיבים במעגל החשמלי.

תרשים מייצג למעגלים המופיעים בשאלה זו הוא התרשים הבא:

מדד לעוצמת האור של נורה הוא ההספק החשמלי המתפתח בנורה. ההספק החשמלי מוגדר ע"י מכפלת המתח על הנורה בזרם הזורם דרכה: ובפרט עבור מוליך המקיים את חוק אום ניתן לרשום קשר זה גם באחד משני האופנים הבאים:  או  כאשר  היא ההתנגדות של הנורה.

במעגל א' אל הסוללה מחוברת רק הנורה 1. כאשר מוסיפים את נורה 2 כמתואר במעגל ב' החיבור בין הנורות נקרא "חיבור בטור". במצב זה ההתנגדות הכוללת במעגל גדלה, ולכן יקטן הזרם הכולל במעגל, שזהו גם הזרם הזורם דרך הנורה 1. במקרה זה נוח להשות את ההספק המתפתח בכל מעגל בעזרת הקשר . כאמור, במעגל ב הזרם דרך הנורה קטן יותר מהזרם הזורם דרכה במעגל א' לכן, במעבר ממעגל א למעגל ב ההספק המתפתח בנורה 1 יקטן, ובהתאם תקטן עוצמת האור שלה.

 

בשאלה השניה חזרנו על השאלה עם שינוי באופן שבו חוברה הנורה 2 למעגל.

הפעם התשובה הנכונה היא: עוצמת האור של הנורה 1 אינה משתנה.

גם כאן, כמו בשאלה הקודמת, צריך לבחון את אופן חיבור הרכיבים במעגל החשמלי ולא רק את מספרם. תרשים מייצג למעגלים המופיעים בשאלה זו הוא התרשים הבא:

בשאלה זו, במעגל ב' חוברה נורה זהה לראשונה בחיבור הנקרא "חיבור במקביל", חיבור בו המתח על הנורות זהה. מהתבוננות בשני המעגלים ניתן לראות שבכל אחד מהם כל נורה מחוברת במקביל לסוללה, ולכן בכל אחד מהמעגלים המתח על כל נורה שווה למתח הדקי הסוללה.
נתון שההתנגדות הפנימית של הסוללה זניחה, לכן המתח בין הדקי הסוללה, V, זהה בשני המעגלים. מאחר והמתח על נורה 1 לא השתנה כתוצאה מהוספת נורה 2, הפעם נוח יותר להשתמש בקשר כדי לבטא את ההספק המתפתח בנורה 1. בשני המעגלים התנגדות הנורה 1 זהה והמתח בין הדקי הנורה זהה, מכאן שנורה 1 תאיר באותה עוצמת אור בשני המעגלים.

 ההספק  החשמלי המתפתח בנורה מהווה מדד לעוצמת האור שלה.

נורה 2 חוברה אל נורה 1 בשתי צורות חיבור: פעם בטור ופעם במקביל.

ההתנגדות של נורה 1, שאינה תלויה באופן חיבורה למעגל החשמלי, אינה משתנה במעבר ממעגל א למעגל ב. לכן, נעדיף להשתמש בביטוי המתאר את הספק הנורה כתלות בהתנגדותה.

 כעת יש לבחון כיצד צורת החיבור של נורה 2 לנורה 1 משפיע על המתח ו/או הזרם דרך נורה 1. בשני המקרים מדובר בסוללה אידיאלית, שהתנגדותה הפנימית זניחה. כאשר נורה 2 חוברה בטור לנורה 1 הזרם דרך נורה 1 קטן, ולכן עצמת האור שלה קטנה. כאשר נורה 2 חוברה במקביל לנורה 1, המתח על נורה 1 והזרם דרכה לא השתנו, ולכן אין שינוי בעוצמת האור שלה.