קבל חשמלי

קיבול - יכולתו של גוף לאגור מטען חשמלי

הקיבול C מוגדר כיחס בין המטען הנאגר על גוף (או קבל) לבין המתח (הפרש הפוטנציאלים) הדרוש לטעינתו:

$$ C = \frac{Q}{V} $$

יחידת הקיבול היא פאראד (F). ככל שהקיבול גדול יותר, כך ניתן לאגור יותר מטען באותו מתח נתון.

קבל לוחות מקבילים

הקבל הנפוץ ביותר מורכב משני לוחות מוליכים מקבילים, במרחק d זה מזה, בעלי שטח A. הקיבול שלו:

$$ C = \frac{\varepsilon_0 A}{d} $$

קיבול זה גדל עם שטח הלוחות (יותר מקום לאגור מטען) וקטן עם המרחק ביניהם (שדה חזק יותר במרחק קטן, מאפשר לאגור יותר מטען באותו מתח).

אנרגיה בקבל טעון

קבל טעון אוגר אנרגיה חשמלית. ככל שהמתח שטען את הקבל גדול יותר (או ככל שכמות המטען על הקבל גדולה יותר), כך גדלה האנרגיה האגורה על הקבל. נוסחת האנרגיה לקבל טעון:

$$ U = \frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2}QV = \frac{Q^2}{2C} $$

שלוש הנוסחאות שקולות זו לזו - ניתן לקבל כל אחת מהאחרות ע"י הצבת נוסחת הקיבול (\( Q=CV \)) בנוסחת האנרגיה הכללית.

קבל טעון - מחובר לעומת מנותק ממקור מתח

בתרגילים רבים שואלים אותנו לגבי אנרגיית הקבל כאשר הוא מחובר או מנותק ממקור המתח:

• קבל מחובר למקור מתח - אנו יודעים את המתח V על הקבל (הוא קבוע, נכפה על ידי המקור). כל שינוי גיאומטרי בקבל (כמו הזזת הלוחות) ישנה את המטען Q, בעוד המתח נשאר קבוע.
• קבל מנותק ממקור מתח - אנו יודעים את המטען Q על הקבל (הוא קבוע, אין דרך למטען "לברוח"). כל שינוי גיאומטרי ישנה את המתח V, בעוד המטען נשאר קבוע.

בהתאם לידע זה (מה קבוע - V או Q), בוחרים באיזו מנוסחאות האנרגיה להשתמש כדי לעקוב אחר השינוי באנרגיה כתוצאה מהשינוי הגיאומטרי.