הנה תוכנית לימודים מקיפה המבוססת על סימולטור PhET: Circuit Construction Kit, המחולקת ל-25 מעגלים מדורגים מרמת בסיס ועד רמה מתקדמת.

רמה 1: יסודות החשמל ומוליכות

1. מעגל בסיסי סגור

• תיאור: חיבור סוללה לנורה ליצירת אור.

• מה לומדים: סגירת מעגל חשמלי ליצירת זרם רציף.

• אתגר: הדליקו את הנורה תוך שימוש במינימום חוטים.

• רכיבים: סוללה, נורה, חוטים.

2. המפסק השולט

• תיאור: שליטה על האור בעזרת רכיב מכני.

• מה לומדים: תפקיד המפסק בניתוק וחיבור הזרם.

• אתגר: בנו מעגל שבו המפסק פתוח אך הנורה דולקת.

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, מפסק.

3. מוליך או מבודד: המטבע

• תיאור: בדיקת זרם דרך מטבע מתכת.

• מה לומדים: מתכות הן מוליכות חשמל טובות.

• אתגר: האם המטבע מעלה או מורידה את עוצמת האור?

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, מטבע.

4. מוליך או מבודד: המחק

• תיאור: ניסיון להזרים חשמל דרך גומי.

• מה לומדים: חומרים פלסטיים/גומי הם מבודדים.

• אתגר: מצאו רכיב נוסף בתפריט שלא מאפשר זרם.

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, מחק.

5. הנייר שאינו מוליך (שטר כסף)

• תיאור: בדיקת מוליכות של נייר/שטר.

• מה לומדים: נייר הוא מבודד חשמלי.

• אתגר: האם ניתן “לעקוף” את השטר כדי להדליק נורה?

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, שטר כסף.

6. מוליכות הליבה: העיפרון

• תיאור: חיבור גרפיט למעגל החשמלי.

• מה לומדים: גרפיט מוליך חשמל למרות שאינו מתכת.

• אתגר: האם אורך העיפרון משפיע על עוצמת האור?

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, עיפרון.

רמה 2: טורי ומקבילי (חוקי קירכהוף)

7. מעגל טורי פשוט

• תיאור: שתי נורות המחוברות אחת אחרי השנייה.

• מה לומדים: בחיבור טורי, הזרם שווה והמתח מתחלק.

• אתגר: מה קורה לשאר הנורות אם מוציאים אחת?

• רכיבים: סוללה, חוטים, 2 נורות.

8. מעגל מקבילי בסיסי

• תיאור: שתי נורות המחוברות במסלולים נפרדים.

• מה לומדים: מתח שווה על כל ענף, זרם מתפצל.

• אתגר: הדליקו נורה אחת מבלי שהשנייה תידלק.

• רכיבים: סוללה, חוטים, 2 נורות, 2 מפסקים.

9. עוצמת האור בטור

• תיאור: השוואת נורה בודדת למעגל של 3 נורות בטור.

• מה לומדים: הוספת התנגדות בטור מפחיתה את הזרם הכללי.

• אתגר: גרמו ל-3 נורות להאיר חזק כמו נורה אחת.

• רכיבים: 3 סוללות, חוטים, 3 נורות.

10. “קיצור” הדרך (קצר חשמלי)

• תיאור: חיבור חוט ישירות מקוטב לקוטב של הסוללה.

• מה לומדים: זרם מחפש התנגדות נמוכה; סכנת שריפה/עומס.

• אתגר: צרו קצר שגורם לסוללה “לעלות באש” בסימולטור.

• רכיבים: סוללה, חוטים.

רמה 3: מדידות והתנגדות (חוק אוהם)

11. מדידת מתח (וולטמטר)

• תיאור: שימוש במכשיר מדידה על סוללה ונורה.

• מה לומדים: מתח מודדים במקביל לרכיב.

• אתגר: מצאו את המתח של 2 סוללות מחוברות בטור.

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, וולטמטר.

12. מדידת זרם (אמפרמטר)

• תיאור: מדידת זרם הזורם בתוך החוטים.

• מה לומדים: זרם מודדים בטור (כחלק מהמסלול).

• אתגר: מדדו את הזרם לפני ואחרי הנורה. האם הוא שונה?

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, אמפרמטר.

13. נגד משנה זרם

• תיאור: הוספת נגד למעגל להגנת הנורה.

• מה לומדים: תפקיד הנגד בהגבלת זרימת האלקטרונים.

• אתגר: שנו את ערך הנגד עד שהנורה בקושי תאיר.

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, נגד.

14. חוק אוהם בפעולה

• תיאור: שינוי מתח הסוללה ובדיקת הזרם.

• מה לומדים: הקשר הישיר בין מתח לזרם ($V=I cdot R$).

• אתגר: הכפילו את המתח ובדקו האם הזרם הוכפל.

• רכיבים: סוללה (מתכווננת), חוטים, נגד, אמפרמטר.

15. התנגדות פנימית של סוללה

• תיאור: הגדרת התנגדות לסוללה עצמה בתפריט המתקדם.

• מה לומדים: סוללות אמיתיות אינן מושלמות ומאבדות מתח.

• אתגר: מדדו את מתח הסוללה כשהמעגל פתוח לעומת סגור.

• רכיבים: סוללה (עם התנגדות), חוטים, נגד, וולטמטר.

רמה 4: רכיבי הגנה ובקרה

16. הפיוז (נתיך) המגן

• תיאור: חיבור פיוז בטור למעגל עם הרבה סוללות.

• מה לומדים: הפיוז נשרף ומנתק מעגל בעומס יתר.

• אתגר: גרמו לפיוז להישרף על ידי הוספת סוללות.

• רכיבים: סוללות, חוטים, נורה, פיוז.

17. מפסק מחליף (מדרגות)

• תיאור: שליטה בנורה משני מפסקים שונים.

• מה לומדים: לוגיקה של מעגלים ושליטה מרחוק.

• אתגר: בנו מעגל שבו כל מפסק יכול לכבות/להדליק את האור.

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, 2 מפסקים.

18. נגד משתנה (פוטנציומטר)

• תיאור: שימוש בנגד שערכו משתנה לשליטה באור.

• מה לומדים: איך פועל “דימר” (עמעם) של תאורה.

• אתגר: צרו עמעום הדרגתי מחושך מוחלט לאור חזק.

• רכיבים: סוללה, חוטים, נורה, נגד משתנה.

19. מעגל מעורב (טורי-מקבילי)

• תיאור: שילוב של נורה בטור לשתי נורות במקביל.

• מה לומדים: ניתוח מעגלים מורכבים וחלוקת זרמים.

• אתגר: איזו נורה תאיר הכי חזק במבנה זה?

• רכיבים: סוללה, חוטים, 3 נורות.

20. סוללות במקביל

• תיאור: חיבור שתי סוללות אחת ליד השנייה.

• מה לומדים: הגדלת קיבולת הזרם מבלי להעלות את המתח.

• אתגר: בדקו האם המתח על הנורה עולה בחיבור זה.

• רכיבים: 2 סוללות, חוטים, נורה, וולטמטר.

רמה 5: אתגרים מתקדמים ומחקר

21. זיהוי רכיב מסתורי

• תיאור: חיבור “שקית הפתעה” (רכיב לא ידוע) למעגל.

• מה לומדים: שימוש במדידות לזיהוי תכונות פיזיקליות.

• אתגר: קבעו אם הרכיב הוא נגד, סוללה או מוליך.

• רכיבים: סוללה, חוטים, אמפרמטר, רכיב נעלם.

22. מעגל טעינת סוללה (הדמיה)

• תיאור: חיבור שתי סוללות עם קטבים מנוגדים.

• מה לומדים: הפרש פוטנציאלים וכיוון זרם.

• אתגר: גרמו לזרם לזרום “לתוך” הסוללה החלשה יותר.

• רכיבים: 2 סוללות (מתחים שונים), חוטים, אמפרמטר.

23. בניית מד-אור (היפותטי)

• תיאור: שימוש בעיפרון כנגד משתנה לפי אורך.

• מה לומדים: התנגדות סגולית ותלות באורך המוליך.

• אתגר: מצאו את הנקודה המדויקת בעיפרון שנותנת $1A$ זרם.

• רכיבים: סוללה, חוטים, אמפרמטר, עיפרון.

24. רשת נגדים (גשר)

• תיאור: חיבור חמישה נגדים בצורת מעוין.

• מה לומדים: איזון פוטנציאלים (גשר ויטסטון בסיסי).

• אתגר: גרמו לכך שבחוט האמצעי לא יזרום זרם בכלל.

• רכיבים: סוללה, חוטים, 5 נגדים, אמפרמטר.

25. מעגל הבית המודרני

• תיאור: תכנון מערכת חשמל לחדר עם מספר מכשירים.

• מה לומדים: יישום כל החוקים (הגנה, מפסקים, מקבילי).

• אתגר: בנו מעגל עם פיוז, מפסק ראשי, ו-3 נורות עצמאיות.

• רכיבים: סוללה, פיוז, מפסקים רבים, נורות, חוטים.

האם תרצה שאפרט על מעגל ספציפי מתוך הרשימה או שאסביר איך להשתמש בכלים המתקדמים בסימולטור?