מאז תחילת המחקר של החשמל כדי לפתוראוואלד יורגן פון קלייסט ופיטר ואן מושנברוק לא הצליחו לצבור ולשמור אותו ב- 1745. נוצר במכשיר ההולנדי Leiden מאפשר לך לצבור אנרגיה חשמלית ולהשתמש בו במידת הצורך.
בנק ליידן - אב טיפוס קבלים. השימוש בו בניסויים פיזיקליים דחף את חקר החשמל הרחק קדימה, ואפשר ליצור אב טיפוס של זרם חשמלי.
מהו קבל
איסוף מטען חשמלי וחשמל -המטרה העיקרית של הקבל. זוהי בדרך כלל מערכת של שני מוליכים מבודדים הממוקם קרוב ככל האפשר זה לזה. החלל בין המוליכים מתמלא בדיאלקטריה. הטעינה שנצברה על המוליכים נבחרת זה מול זה. המאפיין של חיובים הפוכה מושך הצטברות גדולה יותר שלה. התפקיד הכפול מוקצה לדיאלקטרי: ככל שקבוע הדיאלקטרי גדול יותר, כך עוצמת החשמל גדולה יותר, החיובים אינם יכולים להתגבר על המכשול ולנטרל.
קיבולת חשמלית היא הכמות הפיזית העיקרית המאפיינת את יכולתו של קבלים לצבור מטען. המוליכים נקראים צלחות, השדה החשמלי של הקבל מרוכז ביניהם.
האנרגיה של קבל טעון, ככל הנראה, צריכה להיות תלויה ביכולתו.
קיבולת חשמלית
פוטנציאל האנרגיה מאפשר להשתמש בקבלים (קיבולת חשמלית גבוהה). משתמשים באנרגיה של קבלים טעונים כאשר יש צורך להפעיל דופק זרם לטווח קצר.
באילו ערכים היכולת החשמלית תלויה?תהליך טעינת הקבל מתחיל בחיבור הלוחות שלו לעמודי המקור הנוכחי. המטען המצטבר על לוח אחד (שערכו q) נלקח כמטען הקבל. לשדה החשמלי המרוכז בין הלוחות יש הבדל פוטנציאלי U.
קיבולת חשמלית (C) תלויה בכמות החשמל המרוכזת במוליך אחד ובמתח השדה: C = q / U.
ערך זה נמדד ב- F (farads).
לא ניתן להשוות את הקיבולת של כדור הארץ כולו לקיבולת של קבל, שגודלו כגודל מחברת. ניתן להשתמש במטען העוצמתי המצטבר בטכנולוגיה.
עם זאת, צברו סכום בלתי מוגבלאין אפשרות לחשמל בצלחות. כאשר המתח עולה לערך המרבי, עלולה להתרחש התקלה בקבלים. הלוחות מנוטרלים, מה שעלול לגרום נזק למכשיר. במקרה זה, האנרגיה של קבל טעון מוציאה לחלוטין על חימום זה.
ערך אנרגיה
חימום הקבל מתרחש עקבהפיכת האנרגיה של השדה החשמלי לפנימי. יכולתו של הקבל לבצע את עבודת הזזת המטען מעידה על הימצאות אספקת חשמל מספקת. כדי לקבוע כמה האנרגיה של קבל טעון גדולה, שקול את תהליך פריקתו. תחת פעולת שדה חשמלי עם מתח U, מטען בסדר גודל q זורם מפלטה אחת לאחרת. בהגדרה, עבודת השדה שווה לתוצר ההפרש הפוטנציאלי בכמות המטען: A = qU. קשר זה תקף רק לערך מתח קבוע, אך בתהליך פריקה על לוחות הקבלים הוא יורד בהדרגה לאפס. כדי למנוע בלבול, ניקח את הערך הממוצע שלו U / 2.
מנוסחת הקיבולת החשמלית יש לנו: q = CU.
לפיכך, האנרגיה של קבל טעון יכולה להיקבע על ידי הנוסחה:
W = CU2/ 2.
אנו רואים שערכו גדול יותר, כך יכולת החשמל והמתח גבוהים יותר. כדי לענות על השאלה למה שווה האנרגיה של קבל טעון, בואו נפנה לזנים שלהם.
סוגי קבלים
מאז האנרגיה של השדה החשמלי,מרוכז בתוך קבלים, קשור ישירות לקיבולת שלו, ותפעול הקבלים תלוי בתכונות העיצוב שלהם, סוגים שונים של אחסון משמשים.
- לפי צורת הלוחות: שטוחים, גליליים, כדוריים וכו '.
- על ידי שינוי קיבולת:קבועים (הקיבולת אינה משתנה), משתנים (שינוי התכונות הפיזיקליות, אנו משנים את הקיבולת), כוונון. השינוי בקיבול יכול להתבצע על ידי שינוי הטמפרטורה, הלחץ המכני או החשמלי. הקיבולת החשמלית של קבלים הגוזם משתנה על ידי שינוי שטח הלוחות.
- לפי סוג דיאלקטרי: גז, נוזל, עם דיאלקטרי מוצק.
- לפי סוג הדיאלקטרי: זכוכית, נייר, נציץ, נייר מתכת, קרמיקה, סרטי שכבה דקה של קומפוזיציות שונות.
סוגים אחרים נבדלים בהתאם לסוג.קבלים. האנרגיה של קבל טעון תלויה בתכונות הדיאלקטרי. הכמות העיקרית נקראת קבוע דיאלקטרי. הקיבולת החשמלית עומדת ביחס ישר אליו.
קבלים שטוחים
שקול את המכשיר הפשוט ביותר לאיסוף מטען חשמלי - קבל שטוח. זוהי מערכת פיזית של שתי לוחות מקבילים, שביניהן ישנה שכבה דיאלקטרית.
צורת הלוחות יכולה להיות מלבנית אועָגוֹל. אם יש צורך בקיבולת משתנה, נהוג לקחת את הלוחות בצורה של חצי דיסקים. סיבוב של לוחית אחת ביחס לשנייה מוביל לשינוי באזור הלוחות.
נניח שהשטח של צלחת אחת שווה ל-S, ההנחה היא שהמרחק בין הלוחות הוא d, הקבוע הדיאלקטרי של המילוי הוא ε. הקיבולת החשמלית של מערכת כזו תלויה רק בגיאומטריה של הקבל.
С = εε0S / d.
אנרגיה של קבלים שטוחים
אנו רואים כי הקיבול של הקבל הוא פרופורציונלי ישירות לשטח הכולל של לוח אחד ויחס הפוך למרחק ביניהם. מקדם מידתיות - קבוע חשמלי ε0... עלייה בקבוע הדיאלקטרידיאלקטרי יגדיל את הקיבולת החשמלית. צמצום שטח הלוחות מאפשר לך לקבל קבלים לגוזם. האנרגיה של השדה החשמלי של קבל טעון תלויה בפרמטרים הגיאומטריים שלו.
אנו משתמשים בנוסחת החישוב: W = CU2/ 2.
קביעת האנרגיה של קבל שטוח טעון מתבצעת על פי הנוסחה:
W = εε0S U2/ (2 ד).
שימוש בקבלים
היכולת של קבלים לאסוף בצורה חלקה מטען חשמלי ולהעביר אותו במהירות מספקת משמשת בתחומי טכנולוגיה שונים.
החיבור עם המשרנים מאפשר ליצור מעגלי תנודה, מסננים שוטפים, מעגלי משוב.
הבזקי צילום, אקדחי הלם, בהם ישפריקה מיידית כמעט, השתמש ביכולתו של הקבל ליצור דופק זרם חזק. הקבל נטען ממקור זרם ישר. הקבל עצמו משמש כאלמנט השובר את המעגל. הפריקה בכיוון ההפוך מתרחשת כמעט באופן מיידי דרך מנורה עם עמידות אוהמית נמוכה. באקדח הלם, אלמנט זה הוא גוף האדם.
קבל או סוללה
היכולת לשמור מצטבר לאורך זמןתשלום נותן הזדמנות נפלאה להשתמש בו כאחסון מידע או אחסון אנרגיה. נכס זה נמצא בשימוש נרחב בהנדסת רדיו.
החלף את הסוללה, למרבה הצער, הקבל לאמסוגל, מכיוון שיש לו את המוזרות להיות משוחרר. האנרגיה שנצברת על ידיה אינה עולה על כמה מאות ג'אול. הסוללה יכולה לאגור אספקת חשמל גדולה לאורך זמן ולמעשה ללא הפסדים.
