ตัวเก็บประจุ (Capacitors)
แนะนำใหม่| English | ความหมาย |
|---|---|
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | ตัวเก็บประจุ |
| farad/ˈfæræd/ | ฟาราเด |
ไฟแฟลชกล้อง: เก็บประจุช้าๆ แล้วปล่อยทั้งหมดพร้อมกัน
- กล้องชาร์จเสียงเงียบๆ แล้วปล่อยแสงเป็นพัลส์ในเสี้ยววินาที
- ด้านหลังมี ตัวเก็บประจุ — อุปกรณ์ที่เก็บประจุไฟฟ้าและปล่อยออกมาอย่างรวดเร็ว
- มันประกอบด้วยตัวนำสองอันที่ถือประจุตรงข้ามกัน โดยมีสนามไฟฟ้าติดอยู่ระหว่างกลาง
- ตัวเก็บประจุใช้ทำไฟแฟลช ทำให้กำลังไฟเรียบขึ้น และตั้งเวลาในวงจร
ตัวเก็บประจุคืออะไร
- ตัวเก็บประจุ คือแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่นที่ห่างกันด้วยช่องว่างเล็กน้อย
- เมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งแรงดัน หนึ่งแผ่นจะได้รับประจุ + อีกแผ่นได้รับประจุ −
- ความจุไฟฟ้า $C = \dfrac{Q}{V}$ บ่งบอกถึงปริมาณประจุที่เก็บได้ต่อหนึ่งโวลต์
- ความจุไฟฟ้าวัดเป็น ฟาราด ($1\ \text{F} = 1\ \tfrac{\text{C}}{\text{V}}$)
ชาร์จตัวเก็บประจุ
ดูการสะสมของประจุบนแผ่นขั้วเมื่อตัวเก็บประจุชาร์จ แล้วจึงคายประจุออก
ตัวเก็บประจุ $2\ \text{F}$ ถูกชาร์จที่ $3\ \text{V}$. จะเก็บประจุได้กี่หน่วยใน $\text{C}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q = CV = 2 \times 3 = 6\ \text{C}$.
ความจุไฟฟ้านิยามว่า:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$C = Q/V$ — ประจุที่เก็บไว้ต่อหนึ่งโวลต์.
วัดความจุไฟฟ้าได้ใน ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$1\ \text{F} = 1\ \tfrac{\text{C}}{\text{V}}$.
การเก็บพลังงาน
- ตัวเก็บประจุที่ชาร์จแล้วเก็บพลังงาน $U = \tfrac12 C V^2$ ไว้ในสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นทั้งสอง
- ความจุไฟฟ้ายิ่งมากหรือแรงดันยิ่งสูง พลังงานที่เก็บไว้ก็ยิ่งมากขึ้น
- ต่างจากแบตเตอรี่ มันสามารถปล่อยพลังงานเกือบ ทันที — นั่นคือเหตุผลที่ใช้ในไฟแฟลช
- การชาร์จและการดีดประจุใช้เวลา ซึ่งกำหนดโดยวงจร (เนื้อหาถัดไปใน RC circuits)
ตัวเก็บประจุ $2\ \text{F}$ เดียวกันที่ $3\ \text{V}$ จะเก็บพลังงานเท่าไหร่ใน $\text{J}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(9) = 9\ \text{J}$.
สิ่งที่กำหนดความจุไฟฟ้า
- แผ่นขนาดใหญ่ขึ้นเก็บประจุได้มากกว่า ดังนั้น พื้นที่ใหญ่ขึ้น ⇒ ความจุไฟฟ้ามากขึ้น
- ช่องว่างเล็กลง ระหว่างแผ่น ⇒ ความจุไฟฟ้ามากขึ้น (เนื่องจากประจุดึงดูดกันแรงขึ้น)
- ไดอิเล็กทริก (ฉนวน) ระหว่างแผ่นช่วยเพิ่มค่าความจุไฟฟ้าเพิ่มเติม
- ดังนั้นรูปทรงเรขาคณิต ไม่ใช่แรงดัน จึงเป็นตัวกำหนดความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ
ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนเมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า across它.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ความจุไฟฟ้าถูกกำหนดโดยรูปทรง; การเพิ่ม $V$ จะเก็บ $Q$ มากขึ้นแต่คง $C = Q/V$ ไว้เท่าเดิม.
เลือก ทุก การเปลี่ยนแปลงที่เพิ่มความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
พื้นที่ใหญ่ขึ้น ช่องว่างเล็กลง และมีไดอิเล็กทริก ทั้งหมดจะเพิ่ม $C$. แรงดันไฟฟ้าไม่ทำให้ $C$ เปลี่ยนแปลง.
ความจุ $C = Q/V$ เป็นคุณสมบัติคงตัวของ ตัวเก็บประจุเอง (แผ่นและช่องว่างของมัน) — มัน ไม่ เปลี่ยนเมื่อคุณเปลี่ยนแรงดันไฟ การเพิ่ม $V$ เก็บประจุ $Q$ มากขึ้น โดยรักษาสัดส่วน $C$ เหมือนเดิม
ตัวเก็บประจุขนาด $C = 2\ \text{F}$ ถูกชาร์จด้วยแรงดัน $V = 3\ \text{V}$
- ประจุที่เก็บไว้: $Q = CV = 2 \times 3 = 6\ \text{C}$
- พลังงานที่เก็บไว้: $U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(3^2) = 9\ \text{J}$
ตัวเก็บประจุ เก็บประจุไว้บนแผ่นสองแผ่น; ความจุ $C = \dfrac{Q}{V}$ ของมัน (ใน ฟาราด) ถูกกำหนดโดยรูปทรงเรขาคณิต ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้า มันเก็บพลังงาน $U = \tfrac12 CV^2$ และสามารถปลดปล่อยได้เร็วมาก — ซึ่งเป็นพื้นฐานของไฟแฟลชกล้องและวงจรปรับกระแส