ממיר זרם חשמלי
זרם חשמלי — מנוירונים ועד ברקים
שלטו ביחידות זרם חשמלי באלקטרוניקה, במערכות הספק ובפיזיקה. ממיקרו-אמפר למגה-אמפר, הבינו את זרימת הזרם על פני 30 סדרי גודל — ממנהור אלקטרון בודד ועד מכות ברק. חקרו את ההגדרה הקוונטית המחודשת של האמפר מ-2019 ויישומים בעולם האמיתי.
יסודות הזרם החשמלי
מהו זרם?
זרם חשמלי הוא זרימת מטען, כמו מים הזורמים בצינור. זרם גבוה יותר = יותר מטען לשנייה. נמדד באמפרים (A). כיוון: מחיובי לשלילי (קונבנציונלי), או זרימת אלקטרונים (משלילי לחיובי).
- 1 אמפר = 1 קולון לשנייה (1 A = 1 C/s)
- זרם הוא קצב זרימה, לא כמות
- זרם ישר (DC): כיוון קבוע (סוללות)
- זרם חילופין (AC): כיוון מתחלף (שקע בקיר)
זרם מול מתח מול מטען
מטען (Q) = כמות החשמל (קולונים). זרם (I) = קצב זרימת המטען (אמפרים). מתח (V) = הלחץ שדוחף את המטען. הספק (P) = V × I (וואטים). כולם קשורים אך שונים!
- מטען Q = כמות (קולונים)
- זרם I = קצב זרימה (אמפרים = C/s)
- מתח V = לחץ חשמלי (וולטים)
- זרם זורם ממתח גבוה לנמוך
זרימה קונבנציונלית מול זרימת אלקטרונים
זרם קונבנציונלי: מחיובי לשלילי (היסטורי). זרימת אלקטרונים: משלילי לחיובי (מציאותי). שניהם עובדים! האלקטרונים אכן נעים, אבל אנו משתמשים בכיוון הקונבנציונלי. זה לא משפיע על החישובים.
- קונבנציונלי: מ+ ל- (סטנדרטי בתרשימים)
- זרימת אלקטרונים: מ- ל+ (מציאות פיזיקלית)
- שניהם נותנים את אותן התשובות
- השתמש בקונבנציונלי לניתוח מעגלים
- זרם = קצב זרימת מטען (1 A = 1 C/s)
- מתח גורם לזרם לזרום (כמו לחץ)
- זרם גבוה יותר = יותר מטען לשנייה
- הספק = מתח × זרם (P = VI)
התפתחות היסטורית של מדידת זרם
תגליות חשמליות מוקדמות (1600-1830)
לפני שהבינו את הזרם כזרימת מטען, מדענים חקרו חשמל סטטי ו'נוזלים חשמליים' מסתוריים. מהפכת הסוללה אפשרה לראשונה זרם רציף.
- 1600: ויליאם גילברט מבחין בין חשמל למגנטיות, טובע את המונח 'חשמלי'
- 1745: צנצנת ליידן מומצאת — הקבל הראשון, אוגר מטען סטטי
- 1800: אלסנדרו וולטה ממציא את עמוד וולטה — הסוללה הראשונה, מקור הזרם הרציף הראשון
- 1820: הנס כריסטיאן ארסטד מגלה שזרם יוצר שדה מגנטי — מקשר בין חשמל למגנטיות
- 1826: גאורג אוהם מפרסם את V = IR — הקשר המתמטי הראשון לזרם
- 1831: מייקל פאראדיי מגלה השראה אלקטרומגנטית — שדות משתנים יוצרים זרם
התפתחות הגדרת האמפר (1881-2019)
הגדרת האמפר התפתחה מפשרות מעשיות לקבועים יסודיים, המשקפת את הבנתנו המעמיקה של אלקטרומגנטיות ופיזיקת קוונטים.
- 1881: הקונגרס החשמלי הבינלאומי הראשון מגדיר 'אמפר מעשי' לשימוש מסחרי
- 1893: היריד העולמי בשיקגו — מתקנן את האמפר למדידות AC/DC
- 1948: ה-CGPM מגדיר את האמפר מהכוח בין מוליכים מקבילים: כוח של 2×10⁻⁷ ניוטון למטר במרחק של מטר אחד
- בעיה: נדרשו חוטים מקבילים מושלמים, שקשה לממש בפועל
- שנות ה-90: אפקט הול הקוונטי וצומתי ג'וזפסון מאפשרים מדידות מדויקות יותר
- 2018: ה-CGPM מצביע להגדיר מחדש את האמפר מהמטען היסודי
מהפכת הקוונטים של 2019 — הגדרת המטען היסודי
ב-20 במאי 2019, האמפר הוגדר מחדש על בסיס המטען היסודי (e), מה שהופך אותו לשחזור בכל מקום עם ציוד קוונטי מתאים. זה סיים 71 שנים של הגדרה מבוססת כוח.
- הגדרה חדשה: 1 אמפר = (e / 1.602176634×10⁻¹⁹) אלקטרונים לשנייה
- המטען היסודי e הוא כעת מדויק על פי הגדרה (ללא אי-ודאות)
- 1 אמפר = זרימה של 6.241509074×10¹⁸ מטענים יסודיים לשנייה
- תקני זרם קוונטיים: התקני מנהור של אלקטרון בודד סופרים אלקטרונים בודדים
- צומתי ג'וזפסון: מייצרים זרמי AC מדויקים מקבועים יסודיים
- תוצאה: כל מעבדה עם ציוד קוונטי יכולה לממש את האמפר באופן עצמאי
ההגדרה המחודשת של 2019 מייצגת 138 שנות התקדמות מפשרות מעשיות לדיוק קוונטי, המאפשרת את הדור הבא של אלקטרוניקה ומדע המדידה.
- ננוטכנולוגיה: שליטה מדויקת בזרימת אלקטרונים במחשבים קוונטיים, טרנזיסטורים של אלקטרון בודד
- מטרולוגיה: מעבדות לאומיות יכולות לממש את האמפר באופן עצמאי ללא חפצי ייחוס
- אלקטרוניקה: תקני כיול טובים יותר למוליכים למחצה, חיישנים, מערכות הספק
- רפואה: מדידות מדויקות יותר עבור שתלים, ממשקי מוח-מחשב, ציוד אבחון
- פיזיקה יסודית: כל יחידות ה-SI מוגדרות כעת מקבועי הטבע — ללא חפצים מעשה ידי אדם
עזרי זיכרון וטריקים מהירים להמרה
מתמטיקה מנטלית קלה
- כלל חזקת 1000: כל קידומת SI = ×1000 או ÷1000 (kA → A → mA → µA → nA)
- קיצור דרך מ-mA ל-A: חלקו ב-1000 → 250 mA = 0.25 A (הזז את הנקודה העשרונית 3 מקומות שמאלה)
- קיצור דרך מ-A ל-mA: הכפילו ב-1000 → 1.5 A = 1500 mA (הזז את הנקודה העשרונית 3 מקומות ימינה)
- זרם מהספק: I = P / V → נורת 60W ב-120V = 0.5 A
- טריק חוק אוהם: I = V / R → 12V ÷ 4Ω = 3 A (מתח חלקי התנגדות)
- המרות זהות: 1 A = 1 C/s = 1 W/V (כולם שווים בדיוק)
עזרי זיכרון קריטיים לבטיחות
הזרם הורג, לא המתח. ספי בטיחות אלה יכולים להציל את חייך — שנן אותם.
- 1 mA (60 הרץ AC): תחושת עקצוץ, סף התפיסה
- 5 mA: זרם 'בטוח' מרבי, סף חוסר היכולת לשחרר מתקרב
- 10-20 mA: אובדן שליטה בשרירים, אי יכולת לשחרר (אחיזה מתמשכת)
- 50 mA: כאב חמור, דום נשימה אפשרי
- 100-200 mA: פרפור חדרים (הלב מפסיק), בדרך כלל קטלני
- 1-5 A: פרפור מתמשך, כוויות קשות, דום לב
- זכור: AC מסוכן פי 3-5 מ-DC באותה רמת זרם
נוסחאות מעשיות למעגלים
- חוק אוהם: I = V / R (מצא את הזרם מהמתח וההתנגדות)
- נוסחת הספק: I = P / V (מצא את הזרם מההספק והמתח)
- מעגלים טוריים: אותו זרם בכל מקום (I₁ = I₂ = I₃)
- מעגלים מקביליים: זרמים מתחברים בצמתים (I_total = I₁ + I₂ + I₃)
- הגבלת זרם ל-LED: R = (V_supply - V_LED) / I_LED
- כלל עובי החוט: 15A דורש מינימום 14 AWG, 20A דורש מינימום 12 AWG
- בלבול בין זרם למתח: מתח הוא לחץ, זרם הוא קצב זרימה — מושגים שונים!
- חריגה מדירוגי חוטים: חוטים דקים מתחממים יתר על המידה, ממיסים בידוד, גורמים לשריפות — בדוק טבלאות AWG
- מדידת זרם באופן שגוי: מד זרם (אמפרמטר) מחובר בטור (מנתק את המעגל), מד מתח (וולטמטר) מחובר במקביל
- התעלמות מ-AC RMS לעומת שיא: 120V AC RMS ≠ 120V שיא (למעשה 170V). השתמש ב-RMS לחישובים
- קצרים: התנגדות אפס = זרם אינסופי תיאורטית = שריפה/פיצוץ/נזק
- הנחה שמתח ה-LED קובע את הזרם: LED-ים זקוקים לנגדים מגבילי זרם או למנהלי זרם קבוע
סולם הזרם: מאלקטרונים בודדים ועד ברקים
| סולם / זרם | יחידות מייצגות | יישומים נפוצים | דוגמאות מהעולם האמיתי |
|---|---|---|---|
| 0.16 aA | אטואמפר (aA) | מנהור אלקטרון בודד, גבול קוונטי תיאורטי | אלקטרון אחד לשנייה ≈ 0.16 aA |
| 1-10 pA | פיקואמפר (pA) | תעלות יונים, מיקרוסקופיית מנהור, אלקטרוניקה מולקולרית | זרמי תעלות יונים בממברנות ביולוגיות |
| ~10 nA | ננואמפר (nA) | דחפים עצביים, חיישנים בעלי הספק נמוך במיוחד, זליגת סוללה | שיא פוטנציאל הפעולה בנוירונים |
| 10-100 µA | מיקרואמפר (µA) | סוללות שעון, מכשירי דיוק, אותות ביולוגיים | צריכת זרם טיפוסית של שעון |
| 2-20 mA | מיליאמפר (mA) | LED-ים, חיישנים, מעגלים בעלי הספק נמוך, פרויקטים של Arduino | מחוון LED סטנדרטי (20 mA) |
| 0.5-5 A | אמפר (A) | אלקטרוניקה צרכנית, טעינת USB, מכשירי חשמל ביתיים | טעינה מהירה של USB-C (3 A), הספק מחשב נייד (4 A) |
| 15-30 A | אמפר (A) | מעגלים ביתיים, מכשירי חשמל גדולים, טעינת רכב חשמלי | מפסק זרם סטנדרטי (15 A), מטען EV רמה 2 (32 A) |
| 100-400 A | אמפר (A) | ריתוך בקשת חשמלית, מתנעי רכב, מנועים תעשייתיים | ריתוך במקל (100-400 A), מנוע מתנע לרכב (200-400 A) |
| 1-100 kA | קילואמפר (kA) | ברקים, ריתוך נקודתי, מנועים גדולים, מערכות רכבת | ברק ממוצע (20-30 kA), פולסים של ריתוך נקודתי |
| 1-3 MA | מגה-אמפר (MA) | תותחי מסילה אלקטרומגנטיים, כורי היתוך, פיזיקה קיצונית | האצת קליע של תותח מסילה (1-3 MA למשך מיקרו-שניות) |
הסבר על מערכות יחידות
יחידות SI — אמפר
אמפר (A) היא יחידת הבסיס של SI לזרם. אחת משבע יחידות ה-SI היסודיות. מוגדרת מהמטען היסודי מאז 2019. קידומות מאטו ועד מגה מכסות את כל הטווחים.
- 1 A = 1 C/s (הגדרה מדויקת)
- kA להספק גבוה (ריתוך, ברקים)
- mA, µA לאלקטרוניקה, חיישנים
- fA, aA למכשירים קוונטיים, התקני אלקטרון בודד
יחידות הגדרה
C/s ו-W/V שקולים לאמפר על פי הגדרה. C/s מראה את זרימת המטען. W/V מראה את הזרם מהספק/מתח. שלושתם זהים.
- 1 A = 1 C/s (הגדרה)
- 1 A = 1 W/V (מתוך P = VI)
- שלושתם זהים
- פרספקטיבות שונות על זרם
יחידות CGS ישנות
אבאמפר (EMU) וסטטאמפר (ESU) ממערכת CGS הישנה. ביוט = אבאמפר. נדירות כיום אך מופיעות בטקסטים ישנים בפיזיקה. 1 abA = 10 A; 1 statA ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A.
- 1 אבאמפר = 10 A (EMU)
- 1 ביוט = 10 A (זהה לאבאמפר)
- 1 סטטאמפר ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A (ESU)
- מיושנות; אמפר SI הוא התקן
הפיזיקה של הזרם
חוק אוהם
I = V / R (זרם = מתח ÷ התנגדות). דע את המתח וההתנגדות, מצא את הזרם. הבסיס לכל ניתוח מעגלים. לינארי עבור נגדים.
- I = V / R (זרם ממתח)
- V = I × R (מתח מזרם)
- R = V / I (התנגדות ממדידות)
- פיזור הספק: P = I²R
חוק הזרמים של קירכהוף
בכל צומת, זרם נכנס = זרם יוצא. Σ I = 0 (סכום הזרמים = אפס). המטען נשמר. חיוני לניתוח מעגלים מקביליים.
- ΣI = 0 בכל צומת
- זרם נכנס = זרם יוצא
- שימור מטען
- משמש לפתרון מעגלים מורכבים
תמונה מיקרוסקופית
זרם = מהירות הסחיפה של נושאי המטען. במתכות: אלקטרונים נעים לאט (~מ"מ/שנייה) אך האות מתפשט במהירות האור. מספר נושאי המטען × מהירות = זרם.
- I = n × q × v × A (מיקרוסקופי)
- n = צפיפות נושאי מטען, v = מהירות סחיפה
- אלקטרונים נעים לאט, האות מהיר
- במוליכים למחצה: אלקטרונים + חורים
אמות מידה לזרם
| הקשר | זרם | הערות |
|---|---|---|
| אלקטרון בודד | ~0.16 aA | אלקטרון אחד לשנייה |
| תעלת יונים | ~1-10 pA | ממברנה ביולוגית |
| דחף עצבי | ~10 nA | שיא פוטנציאל הפעולה |
| מחוון LED | 2-20 mA | LED בהספק נמוך |
| USB 2.0 | 0.5 A | הספק USB סטנדרטי |
| טעינת טלפון | 1-3 A | טעינה מהירה טיפוסית |
| מעגל ביתי | 15 A | מפסק זרם סטנדרטי (ארה"ב) |
| טעינת רכב חשמלי | 32-80 A | מטען ביתי רמה 2 |
| ריתוך בקשת חשמלית | 100-400 A | ריתוך במקל טיפוסי |
| מנוע מתנע לרכב | 100-400 A | זרם שיא בהתנעה |
| מכת ברק | 20-30 kA | ברק ממוצע |
| ריתוך נקודתי | 1-100 kA | פולס קצר |
| מקסימום תיאורטי | >1 MA | תותחי מסילה, פיזיקה קיצונית |
רמות זרם נפוצות
| מכשיר / הקשר | זרם טיפוסי | מתח | הספק |
|---|---|---|---|
| סוללת שעון | 10-50 µA | 3V | ~0.1 mW |
| מחוון LED | 10-20 mA | 2V | 20-40 mW |
| Arduino/MCU | 20-100 mA | 5V | 0.1-0.5 W |
| עכבר/מקלדת USB | 50-100 mA | 5V | 0.25-0.5 W |
| טעינת טלפון (איטית) | 1 A | 5V | 5 W |
| טעינת טלפון (מהירה) | 3 A | 9V | 27 W |
| מחשב נייד | 3-5 A | 19V | 60-100 W |
| מחשב שולחני | 5-10 A | 12V | 60-120 W |
| מיקרוגל | 10-15 A | 120V | 1200-1800 W |
| טעינת רכב חשמלי | 32 A | 240V | 7.7 kW |
יישומים בעולם האמיתי
אלקטרוניקה צרכנית
USB: 0.5-3 A (מטעינה רגילה למהירה). טעינת טלפון: 1-3 A טיפוסי. מחשב נייד: 3-5 A. LED: 20 mA טיפוסי. רוב המכשירים משתמשים בטווח של mA עד A.
- USB 2.0: 0.5 A מקסימום
- USB 3.0: 0.9 A מקסימום
- USB-C PD: עד 5 A (100W @ 20V)
- טעינת טלפון מהירה: 2-3 A טיפוסי
בית והספק
מעגלים ביתיים: מפסיקי זרם של 15-20 A (ארה"ב). נורה: 0.5-1 A. מיקרוגל: 10-15 A. מזגן: 15-30 A. טעינת רכב חשמלי: 30-80 A (רמה 2).
- שקע סטנדרטי: מעגל 15 A
- מכשירי חשמל גדולים: 20-50 A
- רכב חשמלי: 30-80 A (רמה 2)
- כל הבית: שירות 100-200 A
תעשייתי וקיצוני
ריתוך: 100-400 A (במקל), 1000+ A (בנקודה). ברק: 20-30 kA ממוצע, 200 kA שיא. תותחי מסילה: מגה-אמפרים. מגנטים מוליכי-על: 10+ kA קבוע.
- ריתוך בקשת חשמלית: 100-400 A
- ריתוך נקודתי: פולסים של 1-100 kA
- ברק: 20-30 kA טיפוסי
- ניסויי: טווח MA (תותחי מסילה)
מתמטיקה מהירה להמרה
המרות מהירות של קידומות SI
כל צעד קידומת = ×1000 או ÷1000. kA → A: ×1000. A → mA: ×1000. mA → µA: ×1000.
- kA → A: הכפל ב-1,000
- A → mA: הכפל ב-1,000
- mA → µA: הכפל ב-1,000
- בכיוון ההפוך: חלק ב-1,000
זרם מהספק
I = P / V (זרם = הספק ÷ מתח). נורת 60W ב-120V = 0.5 A. מיקרוגל 1200W ב-120V = 10 A.
- I = P / V (אמפר = וואט ÷ וולט)
- 60W ÷ 120V = 0.5 A
- P = V × I (הספק מזרם)
- V = P / I (מתח מהספק)
בדיקות מהירות של חוק אוהם
I = V / R. דע את המתח וההתנגדות, מצא את הזרם. 12V על פני 4Ω = 3 A. 5V על פני 1kΩ = 5 mA.
- I = V / R (אמפר = וולט ÷ אוהם)
- 12V ÷ 4Ω = 3 A
- 5V ÷ 1000Ω = 5 mA (= 0.005 A)
- זכור: חלק כדי לקבל זרם
כיצד פועלות ההמרות
- שלב 1: המר מקור → אמפרים באמצעות מקדם toBase
- שלב 2: המר אמפרים → יעד באמצעות מקדם toBase של היעד
- חלופה: השתמש במקדם ישיר (kA → A: הכפל ב-1000)
- בדיקת שפיות: 1 kA = 1000 A, 1 mA = 0.001 A
- זכור: C/s ו-W/V זהים ל-A
הפניה להמרות נפוצות
| מ | ל | הכפל ב | דוגמה |
|---|---|---|---|
| A | kA | 0.001 | 1000 A = 1 kA |
| kA | A | 1000 | 1 kA = 1000 A |
| A | mA | 1000 | 1 A = 1000 mA |
| mA | A | 0.001 | 1000 mA = 1 A |
| mA | µA | 1000 | 1 mA = 1000 µA |
| µA | mA | 0.001 | 1000 µA = 1 mA |
| A | C/s | 1 | 5 A = 5 C/s (זהות) |
| A | W/V | 1 | 10 A = 10 W/V (זהות) |
| kA | MA | 0.001 | 1000 kA = 1 MA |
| abampere | A | 10 | 1 abA = 10 A |
דוגמאות מהירות
בעיות פתורות
חישוב הספק USB
יציאת USB מספקת 5V. המכשיר צורך 500 mA. מה ההספק?
P = V × I = 5V × 0.5A = 2.5W (USB 2.0 סטנדרטי)
הגבלת זרם ל-LED
ספק 5V, LED זקוק ל-20 mA ו-2V. איזה נגד?
מפל מתח = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. השתמש ב-150Ω או 180Ω.
קביעת גודל מפסק זרם
שלושה מכשירים: 5A, 8A, 3A על אותו מעגל. איזה מפסק?
סה"כ = 5 + 8 + 3 = 16A. השתמש במפסק 20A (הגודל הסטנדרטי הבא למעלה לשולי בטיחות).
טעויות נפוצות שיש להימנע מהן
- **הזרם הורג, לא המתח**: 100 mA דרך הלב יכול להיות קטלני. מתח גבוה מסוכן מכיוון שהוא יכול לכפות זרם, אך הזרם הוא זה שגורם לנזק.
- **זרם AC מול DC**: 60 הרץ AC מסוכן פי 3-5 מ-DC באותה רמה. AC גורם לנעילת שרירים. זרם RMS משמש לחישובי AC.
- **עובי החוט חשוב**: חוטים דקים אינם יכולים להתמודד עם זרם גבוה (חום, סכנת שריפה). השתמש בטבלאות עובי חוטים. 15A דורש מינימום 14 AWG.
- **אל תחרוג מהדירוגים**: לרכיבים יש דירוגי זרם מרביים. LED-ים נשרפים, חוטים נמסים, נתיכים נשרפים, טרנזיסטורים נכשלים. בדוק תמיד את גיליון הנתונים.
- **זרם טורי זהה**: במעגל טורי, הזרם זהה בכל מקום. במקביל, הזרמים מתחברים בצמתים (קירכהוף).
- **קצרים**: התנגדות אפס = זרם אינסופי (תיאורטית). במציאות: מוגבל על ידי המקור, גורם נזק/שריפה. הגן תמיד על המעגלים.
עובדות מרתקות על זרם
גופך מוליך כ-100 µA
כשאתה עומד על הקרקע, לגופך יש זרם זליגה קבוע של כ-100 µA לאדמה. משדות אלקטרומגנטיים, מטענים סטטיים, גלי רדיו. בטוח ונורמלי לחלוטין. אנחנו יצורים חשמליים!
ברק הוא 20,000-200,000 אמפר
מכת ברק ממוצעת: 20-30 kA (20,000 A). השיא יכול להגיע ל-200 kA. אך משך הזמן הוא <1 מילי-שנייה. סך המטען: רק כ-15 קולונים. זרם גבוה, זמן קצר = ניתן לשרוד (לפעמים).
סף הכאב האנושי: 1 mA
1 mA 60 הרץ AC: תחושת עקצוץ. 10 mA: אובדן שליטה בשרירים. 100 mA: פרפור חדרים (קטלני). 1 A: כוויות קשות, דום לב. מסלול הזרם חשוב — דרך הלב הוא הגרוע ביותר.
מוליכי-על: זרם אינסופי?
התנגדות אפס = זרם אינסופי? לא בדיוק. למוליכי-על יש 'זרם קריטי' — אם תעבור אותו, המוליכות העל מתפרקת. כור ההיתוך ITER: 68 kA בסלילים מוליכי-על. אין חום, אין אובדן!
זרם ה-LED הוא קריטי
LED-ים מונעים על ידי זרם, לא מתח. אותו מתח, זרם שונה = בהירות שונה. יותר מדי זרם? ה-LED מת מיד. השתמש תמיד בנגד מגביל זרם או במנהל זרם קבוע.
תותחי מסילה זקוקים למגה-אמפרים
תותחי מסילה אלקטרומגנטיים: 1-3 MA (מיליוני אמפרים) למשך מיקרו-שניות. כוח לורנץ מאיץ את הקליע למאך 7+. דורש בנקי קבלים מסיביים. נשק ימי עתידי.
התפתחות היסטורית
1800
וולטה ממציא את הסוללה. המקור הראשון לזרם חשמלי רציף. מאפשר ניסויים חשמליים מוקדמים.
1820
ארסטד מגלה שזרם יוצר שדה מגנטי. מקשר בין חשמל למגנטיות. הבסיס לאלקטרומגנטיות.
1826
אוהם מפרסם את V = IR. חוק אוהם מתאר את הקשר בין מתח, זרם והתנגדות. נדחה בתחילה, כיום יסודי.
1831
פאראדיי מגלה השראה אלקטרומגנטית. שדה מגנטי משתנה יוצר זרם. מאפשר גנרטורים ושנאים.
1881
הקונגרס החשמלי הבינלאומי הראשון מגדיר את האמפר כ'יחידה מעשית' של זרם.
1893
מערכת ה-AC של טסלה מנצחת ב'מלחמת הזרמים' ביריד העולמי. ניתן להמיר זרם AC, זרם DC לא (באותה תקופה).
1948
ה-CGPM מגדיר את האמפר: 'זרם קבוע המייצר כוח של 2×10⁻⁷ ניוטון למטר בין מוליכים מקבילים.'
2019
הגדרה מחודשת של ה-SI: האמפר מוגדר כעת מהמטען היסודי (e). 1 A = (e/1.602×10⁻¹⁹) אלקטרונים לשנייה. מדויק על פי הגדרה.
טיפים למקצוענים
- **מהיר מ-mA ל-A**: חלק ב-1000. 250 mA = 0.25 A.
- **זרם מתחבר במקביל**: שני ענפים של 5A = סך הכל 10A. בטור: אותו זרם בכל מקום.
- **בדוק את עובי החוט**: 15A דורש מינימום 14 AWG. 20A דורש 12 AWG. אל תסתכן בשריפה.
- **מדוד זרם בטור**: אמפרמטר מחובר בתוך נתיב הזרם (מנתק את המעגל). וולטמטר מחובר במקביל.
- **AC RMS מול שיא**: 120V AC RMS → 170V שיא. הזרם זהה: RMS לחישובים.
- **הגנה באמצעות נתיך**: דירוג הנתיך צריך להיות 125% מהזרם הרגיל. מגן מפני קצרים.
- **סימון מדעי אוטומטי**: ערכים < 1 µA או > 1 GA מוצגים בסימון מדעי לקריאות טובה יותר.
הפניה מלאה ליחידות
יחידות SI
| שם היחידה | סמל | שווה ערך באמפרים | הערות שימוש |
|---|---|---|---|
| אמפר | A | 1 A (base) | יחידת בסיס של SI; 1 A = 1 C/s = 1 W/V (מדויק). |
| מגה-אמפר | MA | 1.0 MA | ברקים (~20-30 kA), תותחי מסילה, מערכות תעשייתיות קיצוניות. |
| קילו-אמפר | kA | 1.0 kA | ריתוך (100-400 A), מנועים גדולים, מערכות הספק תעשייתיות. |
| מיליאמפר | mA | 1.0000 mA | LED-ים (20 mA), מעגלים בעלי הספק נמוך, זרמי חיישנים. |
| מיקרואמפר | µA | 1.0000 µA | אותות ביולוגיים, מכשירי דיוק, זליגת סוללה. |
| ננואמפר | nA | 1.000e-9 A | דחפים עצביים, תעלות יונים, מכשירים בעלי הספק נמוך במיוחד. |
| פיקואמפר | pA | 1.000e-12 A | מדידות של מולקולה בודדת, מיקרוסקופיית מנהור. |
| פמטואמפר | fA | 1.000e-15 A | מחקרים על תעלות יונים, אלקטרוניקה מולקולרית, מכשירים קוונטיים. |
| אטואמפר | aA | 1.000e-18 A | מנהור אלקטרון בודד, גבול קוונטי תיאורטי. |
יחידות נפוצות
| שם היחידה | סמל | שווה ערך באמפרים | הערות שימוש |
|---|---|---|---|
| קולון לשנייה | C/s | 1 A (base) | שווה ערך לאמפר: 1 A = 1 C/s. מראה את הגדרת זרימת המטען. |
| ואט לוולט | W/V | 1 A (base) | שווה ערך לאמפר: 1 A = 1 W/V מ- P = VI. קשר הספק. |
יחידות ישנות ומדעיות
| שם היחידה | סמל | שווה ערך באמפרים | הערות שימוש |
|---|---|---|---|
| אבאמפר (EMU) | abA | 10.0 A | יחידת CGS-EMU = 10 A. יחידה אלקטרומגנטית מיושנת. |
| סטאטאמפר (ESU) | statA | 3.336e-10 A | יחידת CGS-ESU ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A. יחידה אלקטרוסטטית מיושנת. |
| ביוט | Bi | 10.0 A | שם חלופי לאבאמפר = 10 A. יחידה אלקטרומגנטית של CGS. |
שאלות נפוצות
מה ההבדל בין זרם למתח?
מתח הוא לחץ חשמלי (כמו לחץ מים). זרם הוא קצב זרימה (כמו זרימת מים). מתח גבוה אינו אומר זרם גבוה. יכול להיות לך 10,000V עם 1 mA (הלם סטטי), או 12V עם 100 A (מתנע רכב). מתח דוחף, זרם זורם.
מה יותר מסוכן: מתח או זרם?
הזרם הורג, לא המתח. 100 mA דרך הלב שלך יכול להיות קטלני. אך מתח גבוה יכול לכפות זרם דרך גופך (V = IR). זו הסיבה שמתח גבוה מסוכן — הוא מתגבר על התנגדות גופך. הזרם הוא הרוצח, המתח הוא המאפשר.
מדוע זרם חילופין (AC) מרגיש שונה מזרם ישר (DC)?
60 הרץ AC גורם להתכווצויות שרירים בתדירות רשת החשמל. אינך יכול לשחרר (נעילת שרירים). DC גורם לזעזוע יחיד. AC מסוכן פי 3-5 באותה רמת זרם. כמו כן: ערך ה-RMS של AC = המקביל האפקטיבי של DC (120V AC RMS ≈ 170V שיא).
כמה זרם צורך בית ממוצע?
כל הבית: לוח שירות של 100-200 A. שקע בודד: מעגל 15 A. נורה: 0.5 A. מיקרוגל: 10-15 A. מזגן: 15-30 A. מטען לרכב חשמלי: 30-80 A. הסך הכל משתנה, אך הלוח מגביל את המקסימום.
האם יכול להיות זרם ללא מתח?
במוליכי-על, כן! התנגדות אפס פירושה שזרם זורם עם מתח אפס (V = IR = 0). זרם מתמיד יכול לזרום לנצח. במוליכים רגילים, לא — אתה זקוק למתח כדי לדחוף את הזרם. מפל מתח = זרם × התנגדות.
מדוע USB מוגבל ל-0.5-5 A?
כבל ה-USB דק (התנגדות גבוהה). יותר מדי זרם = התחממות יתר. USB 2.0: 0.5 A (2.5W). USB 3.0: 0.9 A. USB-C PD: עד 5 A (100W). חוטים עבים יותר, קירור טוב יותר ומשא ומתן פעיל מאפשרים זרמים גבוהים יותר בבטחה.
מדריך כלים מלא
כל 71 הכלים הזמינים ב-UNITS