קיבול ושראות במעגלים חשמליים

מבחינת מעגלים חשמליים, הקיבול וההשראות חשובים מאוד, לא פחות חשובים כמו ההתנגדות. אבל אם אנחנו מדברים על התנגדות אקטיבית, אנחנו מתכוונים פשוט להמרה בלתי הפיכה של אנרגיה חשמלית לחום, אז השראות והקיבול קשורים לתהליכי הצטברות והמרה של אנרגיה חשמלית, ולכן הם פותחים הזדמנויות מעשיות רבות ושימושיות להנדסת חשמל.

כאשר זרם זורם במעגל, חלקיקים טעונים נעים ממקום בעל פוטנציאל חשמלי גבוה יותר למקום בעל פוטנציאל נמוך יותר.

נניח שהזרם זורם דרך התנגדות אקטיבית, כגון חוט טונגסטן של מנורה. כאשר החלקיקים הטעונים נעים ישירות דרך טונגסטן, האנרגיה של זרם זה מתפזרת ברציפות עקב התנגשויות תכופות של נושאי זרם עם הצמתים של סריג הגביש של המתכת.

ניתן לשרטט כאן אנלוגיה.הסלע היה מונח על ראש הר מיוער (בנקודה של פוטנציאל גבוה), אבל אז הוא נדחק מהפסגה והתגלגל אל השפלה (לרמה של פוטנציאל נמוך יותר) דרך היער, דרך שיחים (התנגדות), וכו '

בהתנגשות בצמחים, אבן מאבדת באופן שיטתי את האנרגיה שלה, מעבירה אותה לשיחים ועצים ברגעי ההתנגשות איתם (באופן דומה מתפזר החום בהתנגדות אקטיבית), לכן מהירותה (הערך הנוכחי) מוגבלת, ויש פשוט אין זמן להאיץ כמו שצריך.

באנלוגיה שלנו, האבן היא זרם חשמלי, הנעים חלקיקים טעונים, והצמחים בדרכה הם ההתנגדות הפעילה של מוליך; הפרש גובה - ההבדל בפוטנציאלים חשמליים.

קיבולת

קיבול, בניגוד להתנגדות אקטיבית, מאפיין את יכולת המעגל לצבור אנרגיה חשמלית בצורה של שדה חשמלי סטטי.

זרם ישר לא יכול להמשיך לזרום כמו קודם דרך מעגל עם קיבול עד שהקיבול הזה יתמלא לחלוטין. רק כאשר הקיבולת מלאה, נושאי המטען יוכלו לנוע הלאה במהירות הקודמת שלהם שנקבעה על פי הפרש הפוטנציאלים וההתנגדות הפעילה של המעגל.

אנלוגיה הידראולית חזותית עדיפה להבנה כאן. ברז המים מחובר לאספקת המים (מקור הכוח), הברז נפתח והמים זורמים החוצה בלחץ מסוים ונופלים על הקרקע. כאן אין קיבולת נוספת, זרימת המים (ערך הנוכחי) קבועה ואין סיבה להאט את המים, כלומר להפחית את מהירות זרימתם.

אבל מה אם אתה שם חבית רחבה ממש מתחת לברז (באנלוגיה שלנו, הוסף קבל, קבל למעגל), הרוחב שלה גדול בהרבה מקוטר סילון המים.

כעת החבית מתמלאת (המכל נטען, המטען מצטבר על לוחות הקבל, השדה החשמלי מתחזק בין הלוחות), אך המים אינם נופלים לאדמה. כאשר הקנה מתמלא עד גדותיו במים (הקבל נטען), רק אז יתחילו המים לזרום באותו קצב זרימה דרך קצוות החבית אל הקרקע. זהו תפקידו של קבל או מעבה.

ניתן להפוך את החבית אם תרצה בכך, תוך יצירת לחץ רב פי כמה מאשר מהברז בלבד (נקז במהירות את הקבל), אך כמות המים הנלקחת מהברז לא תגדל.

על ידי הרמה ולאחר מכן היפוך החבית (טעינה ופריקה מהירה של הקבל לאורך זמן), נוכל לשנות את אופן צריכת המים (טעינה חשמלית, אנרגיה חשמלית). מכיוון שהחבית מתמלאת אט אט במים והקצה שלה יגיע לאחר זמן מה, אומרים שכאשר מילוי המיכל, הזרם מוביל את המתח (באנלוגיה שלנו, המתח הוא הגובה בו קצה הברז הזרבובית ממוקמת).

הַשׁרָאוּת

השראות, בניגוד לקיבול, אוגרת אנרגיה חשמלית לא בצורה סטטית אלא בצורה קינטית.

כאשר הזרם זורם דרך סליל המשרן, המטען בו אינו מצטבר כמו בקבל, הוא ממשיך לנוע לאורך המעגל, אך סביב הסליל מתחזק השדה המגנטי הקשור לזרם, שהאינדוקציה שלו היא פרופורציונלי לגודל הזרם.

כאשר מתח חשמלי מופעל על הסליל, הזרם בסליל מצטבר באיטיות, השדה המגנטי אוגר אנרגיה לא מיד, אלא בהדרגה, ותהליך זה מונע את האצה של נושאי המטען. לכן, בהשראות, אומרים שהזרם מפגר את המתח. אולם בסופו של דבר, הזרם מגיע לערך כזה שהוא מוגבל רק על ידי ההתנגדות הפעילה של המעגל שבו מחובר סליל זה.

אם סליל DC מנותק לפתע מהמעגל בשלב מסוים, הזרם לא יוכל להפסיק מיד, אלא יתחיל להאט במהירות ויופיע הפרש פוטנציאלים על פני מסופי הסליל, ככל מהר יותר כך הוא מפסיק את הזרם מהר יותר, כלומר, השדה המגנטי של הזרם הזה נעלם מהר יותר...

אנלוגיה הידראולית מתאימה כאן. דמיינו ברז מים עם כדור גומי אלסטי ורך במיוחד על הפיה.

בתחתית הכדור נמצא צינור המגביל את לחץ המים מהכדור לקרקע. אם ברז המים פתוח, הכדור יתנפח די חזק והמים יזרזו דרך הצינור בזרם דק, אך במהירות גבוהה הם יתנגשו באדמה בנתזים.

צריכת המים ללא שינוי. הזרם זורם דרך השראות גדולה, בעוד שמאגר האנרגיה בשדה המגנטי גדול (הבלון מנופח במים). כאשר המים רק מתחילים לזרום מהברז, הכדור מתנפח, באופן דומה, השראות אוגרת אנרגיה בשדה המגנטי כאשר הזרם מתחיל לעלות.

אם עכשיו נסגור את הכדור מהברז, נפעיל אותו מהצד שבו הוא היה מחובר לברז, ונהפוך אותו, אז המים מהצינור יכולים להגיע לגובה הרבה יותר גבוה מגובה הברז, כי המים בכדור המנופח נמצאים בלחץ.משתמשים במשרנים באותו אופן בממירי דופק בוסט.