אנרגיה של קבל טעון, שימוש בקבלים

מתכות הן מוליכות חשמל מצוינות. הם מוליכים חשמל כי יש להם נושאי אלקטרונים חופשיים ללא מטען חשמלי. ואם נוצר הפרש פוטנציאל בקצוות, למשל, של חוט נחושת בעזרת מקור קבוע של EMF, אז ייווצר זרם חשמלי בחוט כזה - אלקטרונים יבואו קדימה מהמסוף השלילי של EMF מקור - למסוף החיובי שלו.

להיפך, דיאלקטריים אינם מוליכים של זרם חשמלי, שכן אין בהם נשאים חופשיים של מטען חשמלי. נושאי מטען חיוביים ושליליים בדיאלקטריה מחוברים ביניהם ויוצרים מה שנקרא דיפולים חשמליים, אשר בשדה חשמלי חיצוני יכולים רק להסתובב, אך אינם מסוגלים לנוע באופן תרגום בהשפעת שדה חשמלי.

עוד על זה: הבדלים בין מתכות ודיאלקטריות, ו מדוע דיאלקטריות לא מוליכות חשמל

קח, למשל, חתיכת דיאלקטרי בצורה של צינור PVC (פוליוויניל כלוריד הוא דיאלקטרי).כסו את המשטח החיצוני של הצינור בניילון נצמד ופשוט ארזו פנימה עוד נייר כסף מקומט כך שייגע בדפנות הפנימיות של הצינור מסביב.

אם ניקח עכשיו את מקור EMF, נגיד סוֹלְלָה של 24 וולט ומחברים אותו עם הקוטב השלילי לרדיד הפנימי והקוטב החיובי לחיצוני, אז שני חלקי הרדיד יקבלו מטען של סימנים שונים מהסוללה ושדה חשמלי המכוון מבחוץ מבפנים. לפעול בכל נפח דופן צינור ה-PVC.

לכן, בשדה חשמלי זה, המולקולות הדיאלקטריות (PVC) יסתובבו, יכוונו את עצמן בהתאם לשדה החשמלי החיצוני - הדיאלקטרי מקוטב כך שהמולקולות המרכיבות אותה מפנים את הצדדים השליליים שלהן כלפי חוץ - בהתאמה, אל האלקטרודה החיובית (לרדיד המחובר לסוללה פלוס), כאשר הצדדים החיוביים שלהן - פנימה, אל האלקטרודה השלילית. בוא נוציא את הסוללה.

המטען החיובי נשאר על הרדיד החיצוני, מכיוון שהוא עדיין מוחזק על ידי הצדדים הטעונים שלילי של מולקולות ה-PVC הפונות כלפי חוץ, ומטען שלילי בחלק הפנימי, שכן הוא מוחזק על ידי הצדדים החיוביים של המולקולות הדיאלקטריות, שהסתובבו. פְּנִימָה. הכל קרה בהתאם לחוק האלקטרוסטטיקה.

אם סוגרים כעת את החלקים החיצוניים והפנימיים של נייר הכסף עם צבת, אז ברגע הסגירה ניתן להבחין בניצוץ קטן: המטענים ההפוכים מהלוחות מושכים זה את זה וגורמים לזרם דרך החוט (המלקחיים) והדיאלקטרי חוזר למצבו הנייטרלי המקורי.

ניתן לומר בבטחה שבמכשיר זה, המורכב מצינור דיאלקטרי ושתי לוחות נייר כסף, כאשר סוללה מחוברת אליו, הצטברות של אנרגיה חשמלית.

התקנים בעלי תצורה דומה נקראים - דיאלקטרי סגור בין לוחות מוליכים מבודדים זה מזה קבלים חשמליים.

זה מעניין:קבלים וסוללות - מה ההבדל?

מבחינה היסטורית, אב-הטיפוס הראשון, בנק ליידן, הומצא ב-1745 בליידן על ידי הפיזיקאי הגרמני אוולד יורגן פון קלייסט ובאופן עצמאי על ידי הפיזיקאי ההולנדי פיטר ואן מושנברוק.

האנרגיה של קבל טעון תלויה במתח (הבדל פוטנציאלי בין הלוחות) שאליו הוא נטען, שכן אנו מדברים על האנרגיה הפוטנציאלית של מטענים מנוגדים על הלוחות המופרדים זה מזה.

לכן, אנרגיה זו שווה לעבודה שהשדה החשמלי של המטענים הללו יעשה כאשר הם מושכים זה את זה (או שהמקור עשה כשהם הופרדו במהלך טעינת הקבל). העבודה היסודית של העברת חלק יסודי מהמטען מלוח אחד למשנהו שווה ל:

קבלים בעלי תצורות שונות, כאשר נטענים באותה כמות מטען, יחוו הבדלי פוטנציאל שונים בין הלוחות. ניתן גם לומר שעבור קבלים שונים, מתחים שונים המופעלים על הלוחות יגרמו למטען שונה מבחינה כמותית.

בפועל, זה אומר שלכל קבל יש ערך קבוע מסוים, מאפיין המאפיין את הקבל המסוים, הקשור לתצורה שלו, צורת הלוחות, הקבוע הדיאלקטרי של הדיאלקטרי וכו'. פרמטר זה נקרא קיבולת חשמלית ג המטען על קבל q קשור להבדל הפוטנציאל בין הלוחות U שלו כדלקמן:

לכן, הביטוי עבור האנרגיה הכוללת של הקבל הטעון, לאחר שילובו, יכול להיכתב כך:

כיום, קבלים משמשים בתחומי מדע וטכנולוגיה שונים: כהתקני אחסון אנרגיה חשמלית, כמסננים להחלקת גלים בספקי כוח, במהלך מעגלי RC בקרה של מכשירים אלקטרוניים, בהתקני פיצוי הספק תגובתי, במתקני אינדוקציה ומכשירי רדיו כחלק. של מעגל מתנודד, במחוללי פולסים חזקים, במאיצים אלקטרומגנטיים, במדדי לחות אוויר וכו'.

לפרטים נוספים ראה כאן:מדוע משתמשים בקבלים במעגלים חשמליים?