מערכות חשמל ג' שתי יחידות לימוד )השלמה לחמש יחידות לימוד( )כיתה י"א(

מדינת ישראל סוג הבחינה: בגרות לבתי ספר על יסודיים משרד החינוך מועד הבחינה: קיץ תשע"ה, 2015 סמל השאלון: 845201 א. משך הבחינה: שלוש שעות. נספח: נוסחאון במערכות חשמל מערכות חשמל ג' שתי יחידות לימוד )השלמה לחמש יחידות לימוד( )כיתה י"א( הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון שני פרקים, ובהם תשע שאלות. יש לענות על חמש שאלות בלבד: שלוש שאלות לפחות מן הפרק הראשון ושאלה אחת לפחות מן הפרק השני. לכל שאלה 20 נקודות. סך הכול 100 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: מחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. ענה על מספר השאלות הנדרש בשאלון. המעריך יקרא ויעריך את מספר התשובות הנדרש בלבד, לפי סדר כתיבתן במחברתך, ולא יתייחס לתשובות נוספות. 2. התחל כל תשובה לשאלה חדשה בעמוד חדש. 3. רשום את כל תשובותיך אך ורק בעט. 4. הקפד לנסח את תשובותיך כהלכה ולסרטט את תרשימיך בבהירות. 5. כתוב את תשובותיך בכתב יד ברור, כדי לאפשר הערכה נאותה שלהן. 6. אם לדעתך חסרים נתונים הדרושים לפתרון שאלה, אתה רשאי להוסיף אותם, בתנאי שתנמק מדוע הוספת אותם. 7. בכתיבת פתרונות חישוביים, קבלת מ רב הנקודות מותנית בהשלמת כל המהלכים שלהלן, בסדר שבו הם רשומים: * רישום הנוסחה המתאימה. * הצבה של כל הערכים ביחידות המתאימות. * חישוב )אפשר באמצעות מחשבון(. * רישום התוצאה המתקבלת, וציון יחידות המידה המתאימות. * ליווי הפתרון החישובי בהסבר קצר. בשאלון זה 8 עמודים ו 10 עמודי נוסחאון. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות הן לנבחנות והן לנבחנים. בהצלחה! המשך מעבר לדף

- 2 - השאלות בשאלון זה שני פרקים ובהם תשע שאלות. יש לענות על חמש שאלות בלבד: שלוש שאלות לפחות מן הפרק הראשון ושאלה אחת לפחות מן הפרק השני. פרק ראשון: תורת החשמל ענה על שלוש שאלות לפחות מבין השאלות 1 7 )לכל שאלה 20 נקודות(. שאלה 1 א. באיור לשאלה 1 נתון מעגל חשמלי. המפסק S פתוח. R 1 4 Ω A S E 1 10 V R 2 3 Ω R 3 12 Ω E 2 12 V B איור לשאלה 1 חשב את הפרש הפוטנציאלים בין הנקודות A ו B במעגל. ב. סוגרים את המפסק. S חשב את הזרם בנגד R 3 ואת הפרש הפוטנציאלים בין הנקודות A ו B במעגל. המשך בעמוד 3

- 3 - שאלה 2 באיור לשאלה 2 נתון מעגל חשמלי. הקבל C 1 מורכב משני לוחות מקבילים, ששטח כל אחד מהם הוא, 0.01 m 2 והמרחק ביניהם הוא. 1.5 mm בין הלוחות נמצא חומר מבודד, שהקבוע הדיאלקטרי היחסי שלו הוא = 2 r. ε להלן נתוני הקבלים האחרים במעגל החשמלי: C 2 = 0.3 C 1 ; C 3 = 0.2 C 1 ; C 4 = 0.1 C 1 ; C 5 = 1.2 C 1 C 1 C 2 C 3 C 5 C 4 E 100 V איור לשאלה 2 א. חשב את הקיבול של הקבל. C 1 ב. בטא את הקיבול השקול במעגל באמצעות. C 1 ג. חשב את המטען על הקבל. C 5 המשך בעמוד 4

- 4 - שאלה 3 באיור לשאלה 3 נתון מעגל חשמלי. R 4 6 Ω R 3 R 5 9 Ω 15 Ω R 2 12.5 Ω E 24V R 1 20 Ω איור לשאלה 3 א. חשב את ההתנגדות השקולה של המעגל. ב. חשב את הזרם. ג. חשב את ההספק על הנגד. R 1 שאלה 4 באיור לשאלה 4 נתון מעגל לזרם חילופין. Z 1 U 480 0º V Z 2 25 45º Ω איור לשאלה 4 הזרם במעגל הוא:. = 12 40 A המשך בעמוד 5

- 5 - א. חשב את העכבה השקולה של המעגל ואת העכבה. Z 1 ב. 1. חשב את ההספק הממשי, את ההספק העיוור ואת ההספק המדומה במעגל. 2. סרטט את משולש ההספקים של המעגל. ג. סרטט דיאגרמה פאזורית של המתחים במעגל, והראה באמצעות חישוב שמתקיים במעגל חוק המתחים של קירכהוף. שאלה 5 באיור לשאלה 5 נתון מעגל חשמלי לזרם חילופין. S C R U 100 V L איור לשאלה 5 כאשר המפסק S סגור, ערך הזרם במעגל הוא, =1A וההספק הממשי הנצרך על ידי הרכיבים במעגל הוא. P = 80 W כאשר המפסק S פתוח ערך הזרם במעגל נשאר. =1A א. חשב את היגב הסליל,, X L ואת היגב הקבל,. X C ב. 1. חשב את מקדם ההספק של המעגל כאשר המפסק S פתוח. 2. חשב את המתח על כל אחד מן הרכיבים במעגל כאשר המפסק S פתוח. המשך בעמוד 6

- 6 - שאלה 6 באיור לשאלה 6 מתואר עומס תלת מופעי סימטרי, המחובר בחיבור משולש לרשת תלת מופעית. תדר הרשת הוא. f = 50 Hz A A R U AC = 100 120º V X L C U AB = 100 0º V C X L R X L U CB = 100 120º V R B B איור לשאלה 6 נתון:. R = 30 Ω ; X L = 25 Ω חשב את העכבה בכל מופע של העומס, וקבע את אופייה )קיבולי או השראותי(. א. חשב את הזרם בכל מופע של העומס: AC, AB ו. CB ב. חשב את הזרמים הקוויים: B, A ו. C ג. חשב את ההספק הפעיל הנמסר לעומס. ד. המשך בעמוד 7

- 7 - שאלה 7 באיור א לשאלה 7 מתואר מעגל מגנטי: סליל L מלופף על טבעת פלדה בעלת חתך מעגלי. באיור ב לשאלה מתואר אותו מעגל, לאחר שיצרו בטבעת הפלדה חריץ אוויר. קוטרי הטבעת נתונים באיור א'. היקף מעגל שרדיוסו R הוא, 2π R ושטחו הוא. π R 2 L L d 1 = 16 cm d 2 = 24 cm איור א' לשאלה 7 איור ב' לשאלה 7 להלן נתוני המעגלים המגנטיים: החדירות המגנטית היחסית של הפלדה: = 2500 r. µ מספר הכריכות של הסליל: = 2500 N. השדה המגנטי הנוצר בליבת הפלדה:. B = 1.25 T התייחס למעגל המגנטי שבאיור א', וחשב את: א. המיאון של המעגל המגנטי. 1. הזרם בסליל,, הנדרש ליצירת השדה המגנטי הנתון. 2. עוצמת השדה המגנטי במעגל המגנטי. 3. ב. בהנחה שעוצמת השדה המגנטי בשני המעגלים זהה קבע האם הזרם בסליל,, יגדל, יקטן או לא ישתנה כתוצאה מיצירת חריץ האוויר בטבעת הפלדה. נמק את קביעתך. המשך בעמוד 8

- 8 - פרק שני: מבוא למערכות בקרה ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות 8 9 )לכל שאלה 20 נקודות(. שאלה 8 א. סרטט תרשים מלבנים של מערכת לבקרת טמפרטורה בחוג סגור בתא אפייה בתנור. כלול בתרשימך את מרכיבי המערכת, את אות המבוא ואת אות המוצא. ב. סרטט אופיין המתאר את הטמפרטורה בתא האפייה כפונקציה של הזמן. שאלה 9 א. באיור לשאלה 9 נתון תרשים מלבנים של מערכת בקרה בחוג סגור. r + b 30 40 60 20 c איור לשאלה 9 1. חשב את התמסורת הכוללת של המערכת. 2. חשב את הערך של אות המוצא c ואת הערך של אות המשוב, b כאשר הערך של אות המבוא הוא = 2.5 r. ב. הסבר את הקשר בין מקדם הריסון של מערכת בקרה בחוג סגור ובין יציבותה. לווה את הסברך בתרשים מתאים. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.