מהו קיבול בהנדסת חשמל

קיבולת חשמלית מאפיינת את התכונה של גופים מוליכים להיטען בהשפעת שדה חשמלי, וגם לצבור אנרגיה חשמלית בשדה של גופים אלו.

אנלוגיה של קיבולת חשמלית בתחום ההידרוסטטיקה יכולה להיות הקיבולת הספציפית של כלי שיט ליחידת גובה, ששווה מספרית לשטח הקטע האופקי של הכלי.

דמיינו בור מים גבוה. כמות הנוזל (כמות החשמל על הגוף) שניתן לאגור במיכל תלויה בגובה המילוי שלו (פוטנציאל הגוף) וכן בנפח הנוזל ליחידת גובה של המיכל (קיבולת הגוף). נפח זה של נוזל, בתורו, תלוי בשטח החלק האופקי של המיכל - בקוטר שלו.

ככל שהקוטר הזה גדול יותר, ולכן הנפח ליחידת גובה, כך הקיבול הספציפי לכל גובה של המיכל גדול יותר (הקיבול החשמלי בין שתי הלוחות פרופורציונלי לשטח הלוחות, ראה - מה קובע את הקיבול של קבל?).בהתאם, זה תלוי בערך נפח הנוזל ליחידת גובה ובעבודה שיש להשקיע במילוי המיכל.

נניח שיש שני כדורי נחושת באותו גודל (אדום וכחול) הממוקמים במרחק מסוים זה מזה במרחב. קח סוללת 9 וולט וחבר אותה עם קטבים מנוגדים לשני הכדורים הללו כך ש- «+» מחובר לכדור אחד (לכחול) ו- «-» לשני (לאדום). בין הכדורים יופיע הפרש פוטנציאל חשמלי השווה למתח הסוללה V = 9 וולט.

המצבים החשמליים של שני כדורי הנחושת הללו הפכו מיד לשונים מאשר לפני חיבור הסוללה, מכיוון שכעת יש מטענים חשמליים הפוכים על הכדורים המקיימים אינטראקציה, חווים את כוח המשיכה אחד כלפי השני.

אפשר לומר שהסוללה העבירה מטען חיובי + q מהכדור השמאלי לימין ולכן הפרש הפוטנציאלים בין הכדורים הפך ל-V = 9 וולט. כעת הכדור השמאלי טעון שלילי -q.

אם נוסיף עוד סוללה מאותו סוג למעגל בסדרה, הפרש הפוטנציאלים בין הכדורים יגדל פי שניים, המתח ביניהם כבר לא יהיה 9 וולט, אלא 18 וולט, והמטען יעבור מה- כדור לכדור גם יוכפל (הוא יהפוך ל-2q) כמו גם המתח. אבל מה גודל המטען הזה q שזז בכל פעם שהמתח עולה ב-9 וולט?

ברור שגודל המטען הזה הוא פרופורציונלי להפרש הפוטנציאל שנוצר בין הכדורים. אבל באיזה יחס מספרי בדיוק נמצאים הבדלים במטען והפוטנציאל? כאן נצטרך להציג מאפיין כזה של המוליך כמו הקיבולת החשמלית C.

קיבול הוא מדד ליכולת של מוליך לאגור מטען חשמלי. כמו כן, חשוב להבין שכאשר החוט הראשון נטען, עוצמת השדה החשמלי סביבו עולה. בהתאם לכך, ההשפעה של החוט הטעון הראשון על החוט הטעון השני תגבר, במיוחד אם הם יתחילו להתקרב זה לזה.

כוח האינטראקציה בין חוטים טעונים הופך גדול יותר אם המרחק ביניהם הופך קטן יותר. בנוסף, בהתאם לפרמטרים של המדיום בין החוטים, חוזק האינטראקציה שלהם יכול להיות שונה.

אז אם יש ואקום בין החוטים, אז כוח המשיכה בין המטענים שלהם יהיה אחד, אבל אם ניילון מונח בין החוטים במקום ואקום, אז כוח האינטראקציה האלקטרוסטטית ישתלב, כי הניילון עובר שדה חשמלי דרך עצמו טוב פי 3 מאוויר ולמעשה בשל השדה החשמלי, החוטים הטעונים מתקשרים זה עם זה.

אם החוטים הטעונים יתחילו להתפשט זה מזה בכיוונים שונים, אז הם יתקשרו פחות, ההבדל הפוטנציאלי יהיה גדול יותר עבור אותם מטענים, כלומר, הקיבולת של מערכת כזו תקטן עם הפרדת החוטים. העבודה מבוססת על רעיון הקיבולת החשמלית קבלים.

קבלים

התכונה של מוליכים טעונים לקיים אינטראקציה אלקטרוסטטית זה עם זה דרך השדות החשמליים של זה המופרדים על ידי דיאלקטרי משמשת בקבלים.

מבחינה מבנית, קבלים הם שני לוחות הנקראים לוחות. הלוחות מופרדים על ידי דיאלקטרי.על מנת להשיג את הקיבולת הגדולה ביותר האפשרית, יש צורך שהצלחות יהיו בעלי משטח גדול והמרחק ביניהן יהיה מינימלי.

קבלים בהנדסת חשמל משמשים כמצברים של אנרגיה חשמלית בשדה חשמלי המרוכז בנפח הדיאלקטרי המונח בין לוחות הקבל, עקב כך המטען נצבר או מוסר (בצורת זרם חשמלי).

שתי לוחות ממוקמות במרחק קצר זה מזה בתוך בית אטום. קרמיקה, פוליפרופילן, אלקטרוליטי, טנטלום וכו'. - קבלים שונים בסוג הדיאלקטרי בין הלוחות.

קבלים הם מתח גבוה ומתח נמוך, בהתאם לחוזק הדיאלקטרי.

בהתאם לשטח הלוחות ולקבוע הדיאלקטרי של הדיאלקטרי המשמש, ישנם קבלים בעלי קיבולת גדולה, המגיעים למאות פארד (קבלי-על), וקיבולת קטנה - יחידות של פיקופאראד.

השימוש בקיבולת החשמל בהנדסת חשמל

המאפיין של מערכות קיבוליות נמצא בשימוש נרחב בהנדסת חשמל בטכנולוגיות זרם חילופין, במיוחד בתחום התדרים הגבוהים והאולטרה-גבוהים.

בטכנולוגיית DC משתמשים בקיבול בהתקני מגנט קבועים, לריתוך חשמלי דופק, בדיקות פירוק דיאלקטרי פועם, החלקת עקומת זרם במיישרים וכו'.

הקיבול של כל מערכת של גופים מוליכים מבודדים, שלא ניתן לצמצם לחלוטין לאפס, יכול במקרים מסוימים להשפיע לא רצויות על המאפיינים של מכשירים חשמליים (בצורה של הפרעות, דליפה קיבולית וכו').

אתה יכול להיפטר מהשפעה כזו או על ידי פיצוי הולם על השפעתה (בדרך כלל באמצעות השראות), או על ידי יצירת תנאים כאלה שבהם לפוטנציאלים של גופים מסוימים של המערכת ביחס לאובייקטים הסובבים יש ערך מינימלי (לדוגמה, הארקה של אחד הגופים).