כיצד נמדד הקיבול של קבל: כיצד למצוא, מדוע המתח באלמנט זה תלוי

קבל הוא אלמנט חשמלי המאפשר לאחסן מטען. הצורה הפשוטה ביותר שלו היא שני לוחות המופרדים על ידי שכבה דיאלקטרית. אם מופעל מתח על הצלחות, הוא יישאר זמן מה לאחר הסרתו. חשוב לדעת במה נמדד הקיבול של קבל על מנת לבנות נכון מעגלים עם אלמנטים אלו.

יישום בטכנולוגיה

קבלים משמשים בציוד חשמלי ורדיו שונים. תאים אלו מסוגלים לאחסן מטען ולשמור על המתח (לדוגמה, רשת החשמל) ברמה המתאימה במהלך הפסקות חשמל קלות. קבלים בעלי קיבולת גבוהה משמשים עצמם כרכיבי כוח עבור ציוד נייד בגודל קטן. הם נקראים גם קבלי-על. החיסרון שלהם הוא הצורך בטעינה תכופה.

לאלמנטים אלה יש חשיבות רבה גם במכשירי סינון, מכשירים, שתפקידם לא להכניס הפרעות לאות השימושי, או לתפוס את האות הרצוי במתח קבוע ברמה מוגברת.

אף מחולל אותות AC אינו שלם ללא קבלים. מטרתם להגדיר את תדירות היצירה, התקופה ופרמטרי זמן אחרים. כאן נעשה שימוש באלמנטים מדויקים מאוד, עם סובלנות נומינלית של לא יותר מ-1%.

קבלים מגיעים בקיבולת קבועה ומשתנה כאחד. רכיבי קיבול משתנה משמשים בציוד הדורש כוונון לתדרים שונים. לדוגמה, הוא נמצא בשימוש נרחב בכוונון תדרי רדיו במקלטי FM.

נוסחאות לחישוב קבלים

כדי לפתור בעיות טכניות וחישובים תיאורטיים יישומיים, אתה צריך לדעת את החוקים שלפיהם כמויות חשמליות מקיימות אינטראקציה זו עם זו. חוקים אלו באים לידי ביטוי בנוסחאות. לדוגמה, המתח על פני קבל תלוי בקיבולת שלו ובמטען שהוא צבר.

קביעת יכולת

ערך זה תלוי במספר פרמטרים. כדי לחשב אותו, אתה צריך לדעת במה נמדד הקיבול של הקבל. ערך זה שווה ערך לכמות הקולומב המטען שנצבר על ידי התא כאשר מופעל עליו מתח של 1 וולט. זה נמדד בפארדים. הקיבולת של אלמנטים אלה תלויה גם בצורתם.

• קבלים שטוחים הם הסוג הפשוט ביותר של אחסון טעינה. כיצד למצוא את הקיבול של קבל בעל צורה שטוחה, אתה יכול לגלות אם אתה קובע את כל הפרמטרים המשפיעים על זה. הקיבול שלו מושפע מהמרחק בין הלוחות שלו (לוחות מוליכים) d, שטח הלוחות עצמם S, הקבוע הדיאלקטרי של החומר בין הלוחות ε והקבוע החשמלי ε0, השווה ל-8.85 ⋅ 10^-12 פארד למטר. נוסחת הקבל היא כדלקמן:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

• קבל גלילי מורכב גם משני לוחות טעונים, שניהם בצורת גלילים הממוקמים אחד בתוך השני. הגליל הפנימי הוא מקשה אחת, החיצוני חלול. המרחק בין הלוחות שווה להפרש בין הרדיוסים של צילינדרים אלה. הנוסחה לקיבול של קבל יכולה להיות מיוצגת כמו במקרה הקודם, עם ההבדל ששטח הלוחות מחושב על סמך הגובה והרדיוס שלהם:

С = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R ext / (R ext - R ext) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

כאשר h הוא גובה הצלחת,

Rvn - רדיוס פנימי, R bunk - רדיוס חיצוני,

π = 3,14.

• מטען יכול להיות לא רק על ידי גוף עם שני לוחות, אלא גם על ידי עצם כדורי מוליך. אם תפעיל עליו מתח ואז תמדוד את הפוטנציאל בינו לבין האדמה, אז הפוטנציאל יהיה לא אפס. נוסחה לחישוב אחסון מטען כדורי:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

כאשר R הוא רדיוס הכדור.

אם תחליף את הרדיוס של כדור הארץ ואת הקבוע הדיאלקטרי של האוויר בנוסחה, תוכל לקבל את ערך הקיבול של כדור הארץ בפאראדות. לאחר חישובים:

C (כדור הארץ) = 700 מיקרופארד

קבלים אלקטרוליטיים מודרניים יכולים להיות בעלי קיבולת כזו.

אם תניח כדור אחד בתוך כדור אחר ותפעיל מתח ביניהם, אז המבנה שיתקבל יצבור גם מטען בין משטחי הכדורים. קביעת הקיבולת של עיצוב כזה יכולה להתבצע על פי הנוסחה:

C =ε ⋅ ε0⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 - R1)

כאשר R2 ו-R1 הם הרדיוסים של המשטחים הכדוריים המתאימים.

הקיבול של קבל תלוי גם בסוג הדיאלקטרי המשמש. חומרי המילוי הנפוצים ביותר הם חומרי מילוי קרמיים, אלקטרוליטיים, נייר, אוויר ונציץ.

חישוב אנרגיה

להתקני אחסון טעינה יש גם פרמטרים אחרים. אחד מהם הוא אנרגיה. כאשר קבל נטען, אנרגיה פוטנציאלית מצטברת על הלוחות שלו.

זה יוצר כוח שמושך לוחות טעונים הפוך, כמו גם זרם שמזין מכשירים חשמליים אם אתה משתמש בקבל-על כמקור כוח. אנרגיה יכולה להתבטא כתלות במתח של הלוחות ובקיבול:

W = C ⋅ U ² /2

זרם דליפה דיאלקטרי

זרם דליפה מופיע באלמנט אם יש נתיבים לזרימת זרם חשמלי מלוח אחד לאחר. ככל שלדיאלקטרי יש פחות בידוד, כך זרם הזליגה יהיה גדול יותר. זה נכון במיוחד עבור קבלים עם דיאלקטרי נייר משומן. פרמטר זה תלוי הן בעיצוב האלמנט והן בזיהום גופו. אם התא דולף, זרם הדליפה יכול לגדול אם לחות חודרת לתוך הדיור. ניתן לחשב זרם זה לפי חוק אוהם:

I ut = U / R d

היכן I ut הוא זרם הדליפה,

U הוא המתח על הלוחות,

R d היא התנגדות הבידוד של הדיאלקטרי.

אלמנטים מחברים

בעת יצירת מעגלים, נעשה שימוש בחיבור שונה של אלמנטים. ניתן לחבר אלמנטים סכמטיים:

• מַקְבִּיל;
• באופן עקבי;
• מקביל - ברצף (מעורב).

כיצד למצוא את הקיבולת של אלמנטים מחוברים במקביל? אתה צריך להבין מה משותף לסוג זה של חיבור. מכיוון שהמתח מופעל בו זמנית על כל הלוחות, הוא נפוץ. התשלום יהיה שונה עבור כל אחד. לפי הנוסחה:

q = C ⋅ U, כאן q הוא המטען הכולל, כלומר

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

C סך הכל יהיה שווה לסכום כל ה-C.

כאשר היסודות מחוברים בסדרה, המטען יהיה משותף לכולם. יחד עם זאת, הלחץ יהיה שונה עבור כל אחד מהם, והסך הכל יתווסף מכולם בנפרד.

U = q / C, כאן U הוא סכום המתחים על כל האלמנטים

סך הכל U = q ⋅ Σ (1 / C i)

1 / C סך הכל = 1 / C 1 + 1 / C 2 +... + 1 / C i

עם חיבור זה, ערך הקיבול הכולל יהיה קטן מהערך הקטן ביותר של ערך זה בקבוצה.

במקרה של שימוש בחיבור מעורב, יש צורך לחשב בנפרד את הקיבולת הכוללת של החיבור המקביל ובנפרד לחיבור הטורי. לאחר מכן, לפי הנוסחה של החיבור הטורי, מצא את הערך המשותף לשני הערכים המתקבלים.