ما هي السعة في الهندسة الكهربائية

تميز السعة الكهربائية خاصية الأجسام الموصلة للشحن تحت تأثير المجال الكهربائي ، وكذلك لتجميع الطاقة الكهربائية في مجال هذه الأجسام.

يمكن أن يكون تشبيه السعة الكهربائية في مجال الهيدروستاتيك هو السعة المحددة للسفينة لكل وحدة ارتفاع ، والتي تساوي عدديًا مساحة المقطع الأفقي للوعاء.

تخيل صهريج طويل. تعتمد كمية السائل (كمية الكهرباء الموجودة على الجسم) التي يمكن تخزينها في الخزان على ارتفاع ملئه (إمكانات الجسم) وكذلك حجم السائل لكل وحدة ارتفاع للخزان (سعة الجسم). يعتمد حجم السائل هذا بدوره على مساحة الجزء الأفقي من الخزان - على قطره.

كلما زاد هذا القطر ، وبالتالي الحجم لكل وحدة ارتفاع ، زادت السعة المحددة لكل ارتفاع للخزان (تتناسب السعة الكهربائية بين الصفيحتين مع مساحة الألواح ، انظر - ما الذي يحدد سعة المكثف؟).وفقًا لذلك ، يعتمد ذلك على قيمة حجم السائل لكل وحدة ارتفاع والعمل الذي يجب أن يتم إنفاقه على ملء الخزان.

افترض أن هناك كرتين نحاسيتين من نفس الحجم (حمراء وزرقاء) تقعان على مسافة معينة من بعضهما البعض في الفضاء. خذ بطارية 9 فولت وقم بتوصيلها بأقطاب متقابلة لهاتين الكرتين بحيث يتم توصيل «+» بكرة واحدة (باللون الأزرق) و «-» بالآخر (باللون الأحمر). سيظهر فرق جهد كهربائي يساوي جهد البطارية V = 9 فولت بين الكرات.

أصبحت الحالات الكهربائية لهاتين الكرتين النحاسيتين على الفور مختلفة عما كانت عليه قبل توصيل البطارية ، لأنه توجد الآن شحنات كهربائية معاكسة على الكرات التي تتفاعل ، وتعاني من قوة الجذب تجاه بعضها البعض.

يمكننا القول أن البطارية قد نقلت شحنة موجبة + q من الكرة اليسرى إلى اليمين ، وبالتالي أصبح فرق الجهد بين الكرات V = 9 فولت. الآن الكرة اليسرى مشحونة سالبة -q.

إذا أضفنا بطارية أخرى من نفس النوع إلى الدائرة المتسلسلة ، فسيصبح فرق الجهد بين الكرات أكبر بمرتين ، ولن يكون الجهد بينهما 9 فولت ، بل 18 فولت ، وستنتقل الشحنة من الكرات. ستتضاعف الكرة إلى الكرة أيضًا (ستصبح 2q) وكذلك الجهد. ولكن ما مقدار هذه الشحنة q التي تتحرك في كل مرة يرتفع فيها الجهد بمقدار 9 فولت؟

من الواضح أن حجم هذه الشحنة يتناسب مع فرق الجهد الناتج بين الكرات. ولكن ما هي النسبة العددية الدقيقة لفرق الشحنة والجهد؟ هنا سيتعين علينا تقديم خاصية الموصل مثل السعة الكهربائية C.

السعة هي مقياس لقدرة الموصل على تخزين الشحنة الكهربائية. من المهم أيضًا أن نفهم أنه عند شحن السلك الأول ، تزداد قوة المجال الكهربي المحيط به. وفقًا لذلك ، سيزداد تأثير السلك المشحون الأول على السلك المشحون الثاني ، خاصةً إذا بدأوا في الاقتراب من بعضهم البعض.

تصبح قوة التفاعل بين الأسلاك المشحونة أكبر إذا أصبحت المسافة بينها أصغر. بالإضافة إلى ذلك ، اعتمادًا على معلمات الوسيط بين الأسلاك ، يمكن أن تكون قوة تفاعلها مختلفة أيضًا.

لذلك إذا كان هناك فراغ بين الأسلاك ، فإن قوة التجاذب بين الشحنات ستكون واحدة ، ولكن إذا تم وضع النايلون بين الأسلاك بدلاً من الفراغ ، فإن قوة التفاعل الكهروستاتيكي سوف تتضاعف ثلاث مرات ، لأن النايلون يمر المجال الكهربائي من خلال نفسه أفضل بثلاث مرات من الهواء وفي الواقع بسبب المجال الكهربائي ، تتفاعل الأسلاك المشحونة مع بعضها البعض.

إذا بدأت الأسلاك المشحونة بالانتشار من بعضها البعض في اتجاهات مختلفة ، فسوف تتفاعل بشكل أقل ، وسيكون الفرق المحتمل أكبر لنفس الشحنات ، أي أن سعة مثل هذا النظام ستنخفض مع فصل الأسلاك. يعتمد العمل على فكرة السعة الكهربائية المكثفات.

المكثفات

يتم استخدام خاصية الموصلات المشحونة للتفاعل الكهروستاتيكي مع بعضها البعض من خلال الحقول الكهربائية لبعضها البعض المفصولة بعازل في المكثفات.

من الناحية الهيكلية ، المكثفات عبارة عن صفيحتين تسمى الصفائح. يتم فصل الألواح بواسطة عازل.من أجل الحصول على أكبر سعة ممكنة ، من الضروري أن يكون للألواح سطح كبير وأن تكون المسافة بينهما ضئيلة.

تعمل المكثفات في الهندسة الكهربائية كمراكمات للطاقة الكهربائية في مجال كهربائي يتركز في حجم العازل الكهربائي الموضوعة بين ألواح المكثف ، بسبب تراكم الشحنة أو إزالتها (في شكل تيار كهربائي).

يتم وضع لوحين على مسافة قصيرة داخل غلاف مغلق. سيراميك ، بولي بروبيلين ، كهربائيا ، تنتالوم ، إلخ. - تختلف المكثفات في نوع العازل بين الألواح.

المكثفات عالية الجهد ومنخفضة الجهد ، اعتمادًا على قوة العزل الكهربائي.

اعتمادًا على مساحة الألواح وثابت العزل الكهربائي للعزل المستخدم ، توجد مكثفات ذات سعة كبيرة تصل إلى مئات الفاراد (المكثفات الفائقة) ، وقدرة صغيرة - وحدات بيكوفاراد.

استخدام القدرة الكهربائية في الهندسة الكهربائية

تُستخدم خاصية الأنظمة السعوية على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية في تقنيات التيار المتناوب ، خاصة في مجال الترددات العالية والفائقة الارتفاع.

في تكنولوجيا التيار المستمر ، تُستخدم السعة في أجهزة المغناطيس الدائم ، واللحام الكهربائي النبضي ، واختبارات الانهيار العازل النبضي ، وتجانس منحنى التيار في المقومات ، إلخ.

يمكن أن يكون لسعة أي نظام من الأجسام الموصلة المعزولة ، والتي لا يمكن اختزالها تمامًا إلى الصفر ، تأثير غير مرغوب فيه في بعض الحالات على خصائص الأجهزة الكهربائية (في شكل تداخل ، وتسرب بالسعة ، وما إلى ذلك).

يمكنك التخلص من هذا التأثير أو عن طريق تعويض تأثيره بشكل مناسب (عادةً باستخدام المحاثة) ، أو عن طريق خلق مثل هذه الظروف التي تكون فيها إمكانات أجسام معينة من النظام فيما يتعلق بالأشياء المحيطة لها قيمة دنيا (على سبيل المثال ، تأريض أحد الجثث).