קבלים
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | קבל |
| farad/ˈfæræd/ | פרד |
הבהוק מצלמה: טעינה איטית, שחרור מיידי
- המצלמה נטענת בשקט, ואז משחררת אור בעוצמה ברגע אחד.
- מאחור נמצא קבל — מכשיר שמאחסן מטען חשמלי ומשחרר אותו במהירות.
- הוא מורכב משני מוליכים עם מטענים מנוגדים, עם שדה חשמלי הכלוא ביניהם.
- קבלים מספקים את ההבהוקים, מחליקים מקורות מתח, ומשמשים בתזמון מעגלים.
מהו קבל
- קבל הוא שני צלעות מוליכות המופרדות על ידי רווח קטן.
- כאשר מחברים אותו למתח, צלע אחת רוכשת מטען +, והשנייה −.
- הקיבוליות $C = \dfrac{Q}{V}$ מדדת כמה מטען הוא מאחסן לכל וולט.
- הקיבוליות נמדדת בפראדים ($1\ \text{F} = 1\ \tfrac{\text{C}}{\text{V}}$).
טעינת קבל
צפו על צבירת המטען על הפלטות בעת טעינת הקבל, ולאחר מכן פריקה.
קבל $2\ \text{F}$ נטען ל$3\ \text{V}$. כמה מטען הוא מאחסן, ב$\text{C}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q = CV = 2 \times 3 = 6\ \text{C}$.
קיבול מוגדר כך:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$C = Q/V$ — מטען מאוחסן לכל וולט.
קיבול נמדד ב____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$1\ \text{F} = 1\ \tfrac{\text{C}}{\text{V}}$.
אחסון אנרגיה
- קבל טעון מאחסן אנרגיה $U = \tfrac12 C V^2$ בשדה החשמלי שבין צלעותיו.
- קיבוליות גדולה יותר או מתח גבוה יותר משמיעים יותר אנרגיה מאוחסנת.
- בניגוד לסוללה, היא משחררת את אנרגייתה כמעט מיד — ולכן נמשמשים בה באורחי מצלמה.
- טעינה ופריקה לוקחות זמן, הנקבע על ידי המעגל (באופן נוסף במעגלי RC).
אותו קבל $2\ \text{F}$ במתח של $3\ \text{V}$ מאחסן כמה אנרגיה, ב$\text{J}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(9) = 9\ \text{J}$.
מה קובע את הקיבוליות
- פלטות גדולות יותר מאחסנות מטען רב יותר, לכן שטח גדול יותר ⇒ קיבול גבוה יותר.
- רווח קטן יותר בין הפלטות ⇒ קיבול גבוה יותר (המטענים נמשכים זה לזה חזק יותר).
- בידוד דיאלקטרי בין הפלטות מגביר את הקיבול עוד יותר.
- לכן הגיאומטריה, ולא המתח, קובעים את הקיבול של הקבל.
קיבול של קבל משתנה כאשר מעלים את המתח עליו.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
קיבול נקבע על ידי הגיאומטריה; העלאת $V$ מאחסנת יותר $Q$ אך משאירה את $C = Q/V$ ללא שינוי.
בחרו את כל השינויים המגדילים את הקיבול של קבל.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
שטח גדול יותר, מרווח קטן יותר ודיאלקטרिक כולם מעלה $C$. מתח אינו משתנה $C$.
קיבול $C = Q/V$ הוא תכונה קבועה של הקבל עצמו (הפלטות והרווח ביניהם) — הוא אינו משתנה כאשר משנים את המתח. העלאת $V$ מאחסנת מטען רב יותר $Q$, תוך שמירה על היחס $C$ לאותו ערך.
קבל בעל קיבול $C = 2\ \text{F}$ טעון למתח $V = 3\ \text{V}$.
- המטען הארוס: $Q = CV = 2 \times 3 = 6\ \text{C}$.
- האנרגיה הארוסה: $U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(3^2) = 9\ \text{J}$.
קבל מאחסן מטען על שתי פלטות; הקיבול שלו $C = \dfrac{Q}{V}$ (ביחידות פרד) קבוע בגלל הגיאומטריה שלו, ולא בגלל המתח. הוא מאחסן אנרגיה $U = \tfrac12 CV^2$ ומסוגל לשחרר אותה במהירות רבה — הבסיס לפלאשי מצלמות ולמעגלי החלקה.