נגד

נַגָּד (באנגלית: Resistor) הוא רכיב אלקטרוני סביל (פסיבי) בעל שני קצוות (הדקים), המייצר התנגדות חשמלית לזרם החשמלי הזורם מקצה אחד למשנהו כחלק ממעגל חשמלי. במעגלים חשמליים, נגדים משמשים להפחתת זרם, להתאמת רמות אותות, לחלוקת מתחים, קביעת ממתחים (מתח או זרם קבוע במעגל), כסיומת של קווי ממסר, ועוד מגוון רב של שימושים. נגדים בעלי הספק גבוה, המסוגלים להתמודד עם החום שנוצר כתוצאה מהמרת ההספק החשמלי (ואט), יכולים לשמש כחלק ממערכות שליטה במנועים חשמליים, במערכות הפצת חשמל או כעומסי בדיקה לגנרטורים. אפשר לראות בהתנגדות חשמלית את המקבילה החשמלית לחיכוך המכני – היות שהיא יוצרת הפסד אנרגיה שאינו ניתן למיחזור (מעין כוח לא משמר). נגדים קבועים מחזיקים בהתנגדות שמשתנה רק מעט עם הטמפרטורה, הזמן או מתח העבודה. נגדים משתנים יכולים לשמש לשליטה ובקרה של אלמנטים במעגל (כמו בקרת עוצמת קול או עמעם תאורה), או כחיישני חום, אור, לחות, כוח או פעילות כימית. את ההתנגדות החשמלית מודדים ביחידות אוהם (Ω), ונהוג לסמנה באות R מלשון Resistance. כאשר עובר זרם חשמלי בנגד, נוצר על פניו מפל מתח, על פי חוק אוהם. I = V R {\displaystyle I={V \over R}} כאשר: I מסמן זרם חשמלי בין שתי נקודות בגוף. V מסמן מתח חשמלי בין שתי נקודות בגוף. R מסמן את התנגדות הגוף העשוי מחומר אוהמי. במקרה זה המתח פרופורציוני לזרם   V = I R {\displaystyle \ V=IR} כאשר ההתנגדות היא קבוע הפרופורציה. מכאן שאם ידועה רמת ההתנגדות של הנגד ועוצמת הזרם במעגל החשמלי יהיה ניתן לחשב את המתח שעל הנגד. נגדים אידיאלים הם רכיבים חשמליים תאורטיים אשר מצייתים באופן מוחלט לחוק אוהם. כלומר ההתנגדות החשמלית שלהם קבועה ללא כל תלות בתנאים חיצוניים. בקירוב (בטווח טמפרטורות, מתחים וזרמים מסוימים) ניתן לקרב את ההתנגדות של נגד להתנגדות של נגד אידיאלי. בפישוט של מעגליים חשמליים, ניתן לייצג צרכני חשמל כנגדים אידיאליים בעלי התנגדות חשמלית שקולה (אקוויוולנטית). דוגמאות ל"נגדים" כאלה: קומקום חשמלי, תנור. בתרשימים של מעגלים חשמליים הנגד מסומל על ידי מלבן ריק או קו מזוגזג. ניתן למדוד את עוצמת הזרם והמתח על הנגד במעגל חשמלי. לצורך כך נעשה שימוש בשני מכשירי מדידה שונים: אמפרמטר וולטמטר. ישנן דרכים רבות לחבר נגדים. כאשר יש יותר מנגד אחד במעגל, התפקוד שלהם מושפע באופן החיבור ביניהם. על כן, אופן החישוב של ההתנגדות הכוללת של הנגדים במעגל חשמלי מושפע מסוג החיבור ביניהם. החיבור בין נגדים יכול להיות טורי, מקבילי או משולב (עבור שלושה נגדים ויותר). בהתאם לכך, בתהליך הניתוח של המעגל החשמלי ניתן לרוב לפשט את החיבור לשילוב של חיבור בטור ובמקביל. שני רכיבים מחוברים בטור אם: הם מחוברים (על ידי מוליך) בנקודה (צומת חשמלי) אחת בלבד. לנקודה (צומת חשמלי) הזאת לא מחובר רכיב נוסף. מחוק הזרמים של קירכהוף נובע שהזרם I קבוע לאורך כל ה"טור". ניתן להבין זאת בצורה אינטואיטיבית כך: מכיוון שבחיבור טורי הזרם לא יכול לזרום מחוץ ל"טור" (אנו מניחים שהמעגל נמצא בתוך מבודד אידיאלי), כל המטענים המרכיבים את הזרם חייבים לזרום דרך כל הנגדים ב"טור". ניתן לדמות זאת לצינורות מבודדים שבהם יש זרם של מים, מכיוון שהמים לא דולפים דרך הצינור כל טיפה של מים הזורמת דרך חלק אחד של הצינור חייבת לזרום בסופו של דבר (אם הזרם קבוע) דרך כל הצינור. ניתן לפשט את טור הנגדים האידיאליים הזה ולהתייחס לכל הטור כאל נגד אחד (נקרא לו R t o t a l {\displaystyle R_{total}} ). נניח שיש לנו n נגדים מחוברים בטור. ידוע לנו שהזרם בכל אחד מהם שווה למספר קבוע I {\displaystyle I} (ראינו זאת בפסקה הקודמת). נסמן את ההתנגדות של הנגד ה"ראשון" ב־ R 1 {\displaystyle R_{1}} של הנגד "השני" ב־ R 2 {\displaystyle R_{2}} וכך הלאה. נניח שהמתח בין קצות הטור ידוע לנו (נקרא לו V {\displaystyle V} ). נסמן את המתח על הנגד ה"ראשון" ב־ V 1 {\displaystyle V_{1}} המתח על הנגד ה"שני" ב־ V 2 {\displaystyle V_{2}} וכן הלאה. מחוק אוהם נובע: I = V 1 R 1 = V 2 R 2 = . . . = V n R n {\displaystyle I={\frac {V_{1}}{R_{1}}}={\frac {V_{2}}{R_{2}}}=...={\frac {V_{n}}{R_{n}}}} מחוק שימור האנרגיה (או מחוק המתחים של קירכהוף) אנחנו יודעים ש: V1+V2+...Vn=V או במילים פשוטות סכום המתחים על כל הנגדים בטור שווה למתח בין שני קצוות הטור. אם קיים נגד שקול אז הוא חייב לקיים את חוק אוהם, כלומר: R t o t a l = V I {\displaystyle R_{total}={\frac {V}{I}}} קיבלנו: R t o t a l = V 1 + V 2 + . . . + V n I = V 1 I + V 2 I + . . . + V n I = R 1 + R 2 + . . . + R n {\displaystyle R_{total}={\frac {V_{1}+V_{2}+...+V_{n}}{I}}={\frac {V_{1}}{I}}+{\frac {V_{2}}{I}}+...+{\frac {Vn}{I}}=R_{1}+R_{2}+...+R_{n}} כלומר הנגד השקול לטור של נגדים אידיאליים. הוא נגד אידיאלי שההתנגדות שלו שווה לסכום ההתנגדויות בטור. ובנוסחה: R t o t a l = ∑ R i {\displaystyle R_{total}=\sum R_{i}} במעגל מקבילי מתקיים: 1 R t o t a l = ∑ 1 R i {\displaystyle {\frac {1}{R_{total}}}=\sum {\frac {1}{R_{i}}}} מכאן נובע שההתנגדות השקולה קטנה ככל שמוסיפים נגדים במקביל. לפי חוק שימור כמות המטען, הזרם הנכנס לצומת מסוים שווה לסכום הזרמים היוצאים מאותו צומת. המתח על כל אחד מהרכיבים שווה. נגדים מוגבלים מבחינת כושר הדיוק שלהם, הנמדד באחוזים, וכן מבחינת ההספק המרבי שהם יכולים לשאת, דהיינו כמות החום שהם יכולים "לספוג" לפני שישרפו או יצאו מתחום הליניאריות שלהם, בו מתקיים חוק אוהם. הנגדים הנפוצים ביותר כשירים לעמוד בהספקים של עד 1/4 וואט, ודיוקם, לרוב, 20% (כלומר, התנגדותם עשויה לחרוג בכ־20% מההתנגדות המסומנת עליהם). חוסר הדיוק הוא תוצאה של תהליך הייצור ההמוני והזול של הנגדים, ומשום כך נגדים מדויקים יותר נוטים להיות גם יקרים יותר. נגדים מופיעים לרוב בשתי תצורות: נגדים שהתנגדותם קבועה ונגדים משתנים, הנקראים גם פוטנציומטרים, טרימרים או נגדים ריאוסטטיים. לנגדים שהתנגדותם קבועה צורה גלילית, לעיתים עם היצרות מסוימת במרכז. הנגדים עשויים לרוב מחומר קרמי שמקצותיו יוצאים שני מוליכים מתכתיים. הנגדים המשתנים נראים כיחידה בת שלוש רגליים ובראשה בורג קטן, הוא בורר ההתנגדות. ההתנגדות בין שתי הרגליים הקיצוניות היא התנגדותו המרבית של הנגד המשתנה, בעוד שההתנגדות בין הרגל האמצעית לכל אחת מן הקיצוניות משתנה בהתאם לסיבוב הבורג. ההתנגדות בין הרגל האמצעית לבין הקיצונית האחת, ועוד ההתנגדות בין האמצעית לקיצונית השנייה תהיה שווה להתנגדות המרבית של הנגד. בתהליך הייצור מקובל לסמן על נגדים את ערך ההתנגדות של הנגד ואת אחוז הדיוק שלו על ידי פסי צבע. סימון זה מכונה גם "קוד נגדים". במעגלים פשוטים אחוז הדיוק הוא לרוב 20%, אך במערכות שבהן הדיוק חשוב ישולבו נגדים עם אחוז דיוק הקטן מ־1% של סטייה מערך ההתנגדות המצוין על הנגד. שני פסי הצבע הראשונים מסמנים את שתי הספרות הראשונות של מידת ההתנגדות. הצבע השלישי מסמן את מספר האפסים שיש להוסיף לשתי הספרות הראשונות והצבע הרביעי את אחוז הדיוק. סדרת הצבעים מתחילה מהמרווח הקטן יותר של תחילת הנגד. ישנם גם נגדים בעלי חמישה פסים, בהם שלושת הפסים הראשונים מסמנים את הספרות הראשונות, ואף נגדים בעלי שישה פסים בעלי פס חום סגולי (temperature coefficient), מידע החיוני במערכות מדויקות מסוימות מכיוון שההתנגדות של נגדים איננה יציבה, אלא משתנה עם הטמפרטורה. סדר הצבעים נקבע על פי ספקטרום הקשת בענן כדי שטעות בזיהוי צבע (למשל כתוצאה מעיוורון צבעים) תגרור שגיאה מינימלית בחישוב ערך ההתנגדות. נגדים קבועים כאלה מופיעים בצורת מלבן נמוך, כאשר הממדים השכיחים ביותר קרובים למידת 2 × 1 מ"מ. מידות אמיתיות של נגדים אלה נקבעות בעשרות "מילים" ("מיל" הוא אלפית האינץ', כ־0.025 של מ"מ). מידות תקניות: 0805 – 80 × 50 מיל 0603 – 63 × 31 מיל 0402 – 40 × 20 מיל 0201 – 24 × 12 מיל 01005 – 16 × 08 מיל בחלק מנגדים אלה הסימון מופיע בהדפסת 3 או 4 ספרות על גבי הנגד. אריזת הנגדים מתבצעת בדרך כלל בגלילים, כאשר כל גליל מכיל 5,000 נגדים. הגלילים משמשים להרכבה במכונות הרכבה אוטומטיות. רכיבים אלה הם הרכיבים האלקטרוניים הזולים ביותר ומחיר גליל כזה יכול להגיע לכ־20 ש"ח. פוטנציומטר – רכיב שהתנגדותו ניתנת לשינוי באופן ידני תרמיסטור – רכיב שהתנגדותו משתנה כתלות בטמפרטורה פוטורזיסטור – רכיב שהתנגדותו משתנה כתלות בעוצמת האור ממריסטור – רכיב שהתנגדותו משתנה כתלות בזרם החשמלי ואריסטור – רכיב שהתנגדותו משתנה כתלות במתח החשמלי מגנטורזיסטור – רכיב שהתנגדותו משתנה כתלות בשדה המגנטי מחשבון לבדיקת ערך הנגד נגד, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)