קיבולת חשמלית: הגדרה, נוסחאות, יחידות

בהנדסת חשמל, מושג הקיבולת נמצא לעתים קרובות. במקרה זה, אנחנו לא מדברים על דלי או כלי אחר, אלא על הקיבולת החשמלית של המוליך, הסוללה והקבל. אי אפשר לבלבל בין המושגים הללו. במאמר זה נבין מהי הקיבולת החשמלית, במה היא תלויה ובאילו יחידות היא נמדדת.

הַגדָרָה

עבור מוליכים, קיבולת חשמלית היא כמות המאפיינת את יכולת הגוף לצבור מטען חשמלי. זו המשמעות הפיזית שלו. זה מסומן באות הלטינית C. זה שווה ליחס של מטען לפוטנציאל, אם אתה כותב את זה בצורה של נוסחה, אתה מקבל את הדברים הבאים:

C = q / F

הקיבולת החשמלית של כל עצם תלויה בצורתו ובמידותיו הגיאומטריות. אם ניקח בחשבון מנצח בצורת כדור, כדוגמה, הנוסחה לחישוב ערכו תיראה כך:

נוסחה זו תקפה עבור מנצח בודד. אם אתה מציב שני מוליכים זה לצד זה ומפריד אותם עם דיאלקטרי, אז אתה מקבל קבל. עוד על זה קצת מאוחר יותר, עכשיו בואו נבין במה נמדדת הקיבולת החשמלית.

יחידת המידה לקיבולת החשמל היא פארד. אם נפרק אותו למרכיביו לפי הנוסחה, אז:

1 פארד = 1 C / 1 V

מבחינה היסטורית, המימד של יחידה זו לא נבחר כהלכה. העובדה היא שבפועל צריך לעבוד עם ערכי הקיבולת החשמלית: מיל-, מיקרו-, ננו- ופיקופראד. מה ששווה לשברים של פארד, כלומר:

1 mF = 10 ^ (- 3) F

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10 ^ (- 9) F

1 pF = 10 ^ (- 12) F

קבלים

קבל הוא שני לוחות מחומר מוליך, הממוקמים זה מול זה, וביניהם ישנה שכבה דיאלקטרית. במצב הטעון, ללוחות יש פוטנציאלים שונים: אחד מהם יהיה חיובי, והשני שלילי. הקיבולת החשמלית של קבל תלויה בכמות המטען על הלוחות שלו ובהפרש הפוטנציאלים, המתח ביניהם. בין הלוחות נוצר שדה אלקטרוסטטי, השומר על המטענים על הלוחות. הנוסחה לקיבול של קבל במקרה הכללי:

C = q / U

במילים פשוטות, הקיבול של קבל תלוי בשטח הלוחות ובמרחק ביניהם, כמו גם בקבוע הדיאלקטרי היחסי של החומר שנמצא ביניהם. הם נבדלים על ידי הדיאלקטרי המשמש:

• קֵרָמִי;
• סרט צילום;
• נָצִיץ;
• מתכת-נייר;
• אלקטרוליטי;
• טנטלום וכו'.

לפי צורת הכריכות:

• שָׁטוּחַ;
• גְלִילִי;
• כדורי וכו'.

מכיוון שהנוסחה לשטח של דמות תלויה בצורתה, הנוסחה לקיבולת תהיה שונה בכל מקרה.

עבור קבל שטוח:

עבור שני כדורים קונצנטריים עם מרכז משותף:

עבור מעבה גלילי:

כמו עם אלמנטים אחרים של מעגל חשמלי, במקרה זה, ישנן שתי דרכים עיקריות לחיבור קבלים: מקבילי וסדרה.

הקיבול החשמלי הסופי של המעגל המתקבל תלוי בכך. חישובי הקיבול של מספר קבלים דומים לחישובי ההתנגדות של נגדים בחיבורים שונים, רק הנוסחאות לשיטות החיבור הפוכות, כלומר:

1. בחיבור במקביל, הקיבולת החשמלית הכוללת של המעגל היא סכום היכולות של כל אחד מהאלמנטים. כל חיבור נוסף מגדיל את הקיבולת הכוללת

Ctot = C1 + C2 + C3

1. בחיבור סדרתי, הקיבולת החשמלית של המעגל יורדת, בדומה לירידה בהתנגדות במעגל נגדים המחוברים במקביל. זה:

Ctot = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)

חָשׁוּב! בתכנית חיבור מקבילית, המתחים על הלוחות של כל אלמנט זהים. זה משמש כדי להשיג ערכים גדולים של קיבולת חשמלית. בחיבור סדרתי של שני אלמנטים, המתחים על הלוחות של כל אחד מהקבלים הם מחצית מהמתח הכולל. לשלושה - שליש וכן הלאה.

סוללות וקיבולת

המאפיינים העיקריים של סוללות נטענות הם:

• מתח מדורג.
• קיבולת.
• זרם פריקה מקסימלי.

במקרה זה, כדי לקבוע את המאפיינים הכמותיים של זמן הפעולה, או, במונחים פשוטים יותר שפה, כדי לחשב כמה זמן הסוללה מחזיקה במכשיר, השתמש בערך קיבולת.

בסוללות נטענות, הממדים הבאים משמשים לתיאור הקיבולת החשמלית:

• A * h - אמפר-שעה עבור סוללות גדולות, כגון מצברים לרכב.
• mAh - מיליאמפר-שעות, לסוללות למכשירים לבישים, כגון סמארטפונים, quadcopters וסיגריות אלקטרוניות.
• W * שעות - ואט שעות.

מאפיינים אלה מאפשרים לך לקבוע כמה זמן הסוללה תעמוד בעומס נתון. כדי לקבוע את הקיבולת החשמלית של הסוללה נמדדת בקולומים (C). בתורו, הקולומב שווה לכמות החשמל המועברת לסוללה בעוצמת זרם של 1A תוך 1 שניות. לאחר מכן, אם מתורגמים לשעות, אז בזרם של 1A, 3600 C מועברים תוך שעה.

אחת הדרכים למדוד את הקיבולת של סוללה היא לפרוק אותה בזרם ידוע, ועליכם למדוד את זמן הפריקה. לדוגמה, אם הסוללה פרוקה לרמת המתח המינימלית תוך 10 שעות עם זרם של 5A, הקיבולת שלה היא 50 A * h

קיבולת חשמלית היא כמות חשובה בהנדסת אלקטרוניקה וחשמל. בפועל, קבלים משמשים כמעט בכל מעגל במכשיר אלקטרוני. לדוגמה, בספקי כוח - כדי להחליק אדוות, להפחית את ההשפעה של עליות מתח גבוה על מתגי חשמל. במהלך מעגלים הנעה של מעגלים שונים, כמו גם בבקרי PWM על מנת להגדיר את תדר הפעולה. גם סוללות נמצאות בכל מקום. באופן כללי, המשימות של אגירת אנרגיה ותזוזת פאזה נפוצות מאוד.

הסרטון המצורף יעזור לך ללמוד את הנושא ביתר פירוט:

הסבר קצר מסופק בסרטון הדרכה זה:

עכשיו אתה יודע מה זה קיבול חשמלי, באילו יחידות הוא נמדד ובמה תלוי הערך הזה. אנו מקווים שהמידע שסופק היה שימושי ומובן עבורך!

חומרים קשורים:

• כיצד לקבוע את הקיבול של קבל
• מהו מטען חשמלי
• חוק קולומב במילים פשוטות