קבלים.

שלב 1 מתוך 5

שני לוחות וסוללה

קבל הוא שני מוליכים שמבודד מפריד ביניהם. כאן אלה שני לוחות אלומיניום ריבועיים, ואוויר ביניהם, מחוברים לסוללה של 9 V. דרך המרווח עצמו לא עובר זרם. ברגע החיבור, הסוללה מושכת אלקטרונים מהלוח האחד ודוחפת אותו מספר של אלקטרונים אל הלוח השני, עד שהמתח בין הלוחות שווה למתח שלה. אז הזרם נעצר.

הצגת המטען והשדה חתכה את הלוחות והראתה את המטען שעל הצדדים הפונים זה אל זה. ענו על השאלה לפי מה שאתם רואים.

שלב 2 מתוך 5

הקיבול

כמה מטען הלוחות מקבלים בכל וולט נקבע לפי הקיבול של הקבל:

$C = \frac{Q}{V}$⁠

$Q$⁠ הוא המטען על כל לוח. הקיבול נמדד בפאראד, 1 F = 1 C/V, ופאראד הוא הרבה מאוד, ולכן בקבלים קטנים מודדים בפיקופאראד, $1\ \mathrm{pF} = 10^{-12}\ \mathrm{F}$$1\ \mathrm{pF} =$$10^{-12}\ \mathrm{F}$⁠. בקבל של לוחות מקבילים, הקיבול תלוי רק בצורה ובחומר:

$C = \kappa \varepsilon_0 \frac{A}{d}, \qquad \varepsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12}\ \mathrm{F/m}$$C =$$\kappa \varepsilon_0 \frac{A}{d}, \qquad \varepsilon_0 =$$8.85 \times 10^{-12}\ \mathrm{F/m}$⁠

$A$⁠ הוא השטח של כל לוח במטרים רבועים, $d$⁠ המרווח במטרים, ו־$\kappa$⁠ המקדם הדיאלקטרי של מה שבין הלוחות: כמעט בדיוק $1$⁠ לאוויר. לוחות גדולים יותר מחזיקים יותר מטען, ולוחות רחוקים יותר מחזיקים פחות.

הקריאות שליד הסצנה מוסתרות עכשיו. חשבו את הקיבול.

שלב 3 מתוך 5

לאגור מטען

הקריאות חזרו. שנו את שטח הלוח ואת המרווח בין הלוחות עד שעל כל לוח יהיה מטען של 100 pC, ולחצו על בדיקה. הסוללה עדיין 9 V, ולכן $Q = CV$⁠.

שלב 4 מתוך 5

בין הלוחות

עכשיו נכניס חומר מבודד בין הלוחות, כשהסוללה נשארת מחוברת. החומר לא מוליך, אבל המטענים במולקולות שלו זזים מעט בשדה: הוא מתקטב, כמו פיסות הנייר מתחת לבלון. נבאו מה יקרה למטען על הלוחות, ואז הסתכלו: הסצנה תכניס זכוכית ותחזיר את הקריאות.

שלב 5 מתוך 5

האנרגיה שבקבל

כדי להעביר מטען מלוח ללוח, הסוללה עושה עבודה, והאנרגיה הזאת אגורה בשדה שבין הלוחות. בהתחלה הלוחות ריקים, והמתח ביניהם עולה בקו ישר עם המטען, מ־$0$⁠ עד $V$⁠. לכן המתח הממוצע שהמטען עובר הוא $\dfrac{V}{2}$⁠, והאנרגיה האגורה היא השטח של המשולש שמתחת לגרף של המתח לפי המטען:

$U = \frac12 Q V = \frac12 C V^2$$U =$$\frac12 Q V =$$\frac12 C V^2$⁠

הקיבול של הלוחות האלה, 400 cm² במרחק 1.5 cm באוויר, הוא כ־23.6 pF. כמה אנרגיה הם אוגרים על סוללה של 9 V?