العوازل الكهربائية
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| dielectric/ˌdaɪɪˈlektrɪk/ | عازل كهربائي |
| polarised/ˈpəʊləraɪzd/ | استقطاب |
| dielectric constant/ˌdaɪɪˈlektrɪk ˈkɒnstənt/ | ثابت العزل الكهربائي |
أدخل عازلاً بين الألواح فتحتفظ بشحنة أكثر
- نادرًا ما يكون المكثف الحقيقي فارغًا من الهواء بين صفيحتيه.
- أدخل صفيحة عازلة — وهي مادة عازلة — في الفجوة.
- فجأة، يخزن نفس المكثف شحنة أكبر عند نفس الجهد.
- ترفع هذه الصفيحة الرخيصة السعة الكهربية وتسمح له بتحمل جهود أعلى.
استقطاب المادة العازلة
- يسحب المجال الموجود بين الصفيحتين جزيئات الصفيحة لعرضها.
- تصبح كل جزيء ثنائيًا صغيرًا $+/-$ — وتصبح الصفيحة مستقطبة.
- تولد هذه الشحنات المصطفة مجالها الخاص عكس مجال الصفيحتين.
- يصبح المحصلة للمجال بين الصفيحتين أضعف.
العازل الكهربائي يستقطب ويضعف الحقل بين الصفائح.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
شحناته المصطفة تعارض حقل الصفائح، مما يضعف الحقل الكلي.
زيادة السعة الكهربية بمعامل κ
- المجال الأضعف يعني جهدًا أقل لنفس الشحنة — لذلك ترتفع $C$.
- $C = \kappa C_0$، حيث $\kappa$ هو ثابت العزل الكهربائي ($\kappa > 1$).
- الهواء حوالي $1$؛ البلاستيك بين $2$–$5$؛ وبعض السيراميك يصل لمئات.
- إدخال صفيحة $\kappa = 3$ يجعل السعة تضاعف ثلاث مرات.
أضف عازلاً كهربائياً
شاهد كيف تخزين شحنة أكبر عند نفس الجهد يعني سعة أكبر.
إدخال عازل ثابت $\kappa$ يغير السعة إلى:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$C = \kappa C_0$، و$\kappa > 1$، فتزداد السعة.
مكثف $5\ \mu\text{F}$ يُضاف إليه عازل $\kappa = 4$. أوجد السعة الجديدة (بـ μF).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$C = \kappa C_0 = 4 \times 5 = 20\ \mu\text{F}$.
أي عازل حقيقي، ثابت $\kappa$ يكون دائمًا أكبر من ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\kappa > 1$ لجميع العوازل، لذا ترفع دائماً $C$.
ثلاثة تأثيرات مفيدة
- زيادة $C$ — تخزين شحنة أكبر لكل فولت.
- ضعف المجال داخله لنفس الشحنة — انخفاض خطر الشرر الكهربائي.
- ارتفاع جهد الانهيار — يتحمل المكثف جهودًا أكبر قبل حدوث القوس الكهربائي.
- كما تمسك الصفيحة صفيحتي المكثف ماديًا متباعدتين.
حدد كل التأثيرات الصحيحة لإضافة عازل كهربائي.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
العازل يرفع C، ويضعف الحقل، ويرفع جهد الانهيار.
حالتان: البطارية متصلة أو منفصلة
- البطارية متصلة ($V$ ثابت): يرتفع $C$، لذا تتزايد الشحنة $Q = CV$ زيادة.
- تم إزالة البطارية ($Q$ ثابت): $C$ ترتفع، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد $V = Q/C$ انخفاضاً.
- اسأل عن الكمية الثابتة قبل التنبؤ بالتغير.
- نفس الصفيحة تؤدي لتأثيرات معاكسة على $V$ و$Q$.
يُدخل عازل بينما يبقى البطارية متصلة ($V$ ثابت). الشحنة المخزنة:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
مع ثبات $V$ وارتفاع $C$، يزداد $Q = CV$.
لدي مكثف به $C_0 = 4\ \mu\text{F}$. يتم إدخال مادة عازلة ذات $\kappa = 3$.
- السعة الجديدة: $C = \kappa C_0 = 3 \times 4 = 12\ \mu\text{F}$.
- إذا بقي متصلًا بالبطارية، ستتضاعف الشحنة المخزنة ثلاث مرات أيضًا.
قبل التنبؤ بـ$V$ أو $Q$، حدد ما إذا كانت البطارية لا تزال متصلة. البطارية متصلة → $V$ ثابت، $Q$ يرتفع. البطارية منفصلة → $Q$ ثابت، $V$ ينخفض. خلط هاتين الحالتين هو الخطأ الكلاسيكي الخاص بالمواد العازلة.
الصفيحة العازلة تستقطب، مما يضعف المجال ويرفع السعة الكهربية: $C = \kappa C_0$ بـ ثابت عزل كهربائي $\kappa > 1$. وترفع أيضًا جهد الانهيار. مع توصيل البطارية متصلًا $Q$ يرتفع ($V$ ثابت)؛ منفصلًا $V$ ينخفض ($Q$ ثابت).