קורס בתורת החשמל מאת יוסי יאשי

(Transitional phenomena in circuits containing capacitors)

כדי להטעין קבל יש לחברו למקור אנרגיה. טעינת קבל היישר למקור מתח ישר היא טעינה לא מומלצת לקבל ולמקור האנרגיה. הסיבה לכך היא שברגע  +t=0 הקבל אינו טעון, כלומר המתח עליו שווה לאפס (קצר) ועל כן הזרם שעובר במעגל הוא זרם גבוה מאוד שעלול לפגוע במקור האנרגיה וברכיב עצמו.

הערה: באופן מעשי התנגדות המעגל לא תהייה אפסית, כי קיימת התנגדות המוליכים וכן קיימת גם ההתנגדות הפנימית של מקור המתח המופיעה בטור אליו. לכן מקור המתח והקבל מסוגלים לעמוד בקפיצת הזרם המידית שנמשכת זמן קצר מאוד.

במעגל שמתואר באיור 7.52, כשהמתג פתוח הקבל אינו טעון, אך עם סגירת המפסק הקבל נטען כמעט באופן מידי למתח המקור.

במקרים רבים אנו מעוניינים שטעינת הקבל לא תהיה מידית.במקרים כאלו, כשרוצים לטעון קבל דרך מקור אנרגיה, לא מסתפקים בהתנגדות המקור והמוליכים אלא מחברים אליו בטור נגד שישכך את זרם הטעינה. כך תתאפשר השפעה מבוקרת על משך זמן טעינת הקבל. חיבור נגד בטור לקבל גורם לכך שהקבל לא מגיע מיד לערכו הרצוי ובכך נוצרת תופעה שנקראת תופעת מעבר. בתקופת המעבר המתח על הקבל משתנה עד שהוא מגיע לערכו היציב, במצב זה אפשר לומר שהקבל מצוי במצב המתמיד שלו.

 טעינת קבל

לאור האמור קודם לכן, לצורך טעינת הקבל נחבר בטור אליו נגד כדי שישכך את זרם הטעינה ההתחלתי (הגבוה מאוד)

נתבונן במעגל לטעינת קבל כמתואר באיור 7.53:

חשוב לציין שטעינת הקבל אינה לינארית, כלומר בתחילה קצב הטעינה מהיר ועם הזמן הקצב הולך וקטן עד לטעינה מלאה של הקבל. הוכחה לכך תבוא בהמשך.

הערה: הקבל יטען למלוא המתח אחרי זמן אינסופי. אך באופן מעשי נסתפק בזמן הרבה יותר קצר, שבעבורו טעינת הקבל תהיה די קרובה למתח הסופי.

לצורך הבנת התהליך נתבונן בהדמיה הזאת:

http://ngsir.netfirms.com/englishhtm/RC_dc.htm

מן הניסוי אפשר להגיע למסקנות האלה:

1. ברגע +t=0, עם סגירת המתג המתח על הקבל שווה לאפס, כל מתח המקור נופל על הנגד לכן יש קפיצה של זרם (קודם לכן טרם סגירת המפסק המתח בנגד היה אפס).

2. במהלך הטעינה המתח על הקבל עולה, וכתוצאה מכך המתח על הנגד יורד וכך גם הזרם במעגל.

3. קצב טעינת הקבל מהיר בתחילת הטעינה והולך ויורד בצורה מעריכית ככל שהזמן עובר.

4. בסיום הטעינה המתח על הקבל שווה למתח המקור, וכתוצאה מכך המתח על הנגד שווה לאפס ולכן גם אין זרם במעגל.

5. כשנעביר את המפסק בחזרה למצב מופסק (על ידי לחיצה על on), המטען בקבל יישמר (כך גם האנרגיה) וסגירת המפסק שוב תמשיך את טעינתו מן הנקודה שבה הוא הפסיק.

6. קבל טעון למלוא מתח המקור, במעגל שבו מתח המקור הוא מתח ישר, מהווה נתק (כי אין הוא מאפשר מעבר זרם דרכו).

עם הידע הקיים בידנו בשלב זה, יש שני זמנים  שבהם אפשר לחשב זרמים, מתחים, הספק בנגד, אנרגיה/מטען בקבל: בתחילת הטעינה  (t=0)  ובסיום הטעינה ("כעבור זמן רב").

•   הקודם                                                                                                                            
•  המשך