קבל

קַבָּל הוא רכיב אלקטרוני סביל שאוגר אנרגיה חשמלית בשדה חשמלי. הוא בנוי משני מוליכים שמופרדים בחומר מבודד שנקרא דיאלקטרי. הקיבול (capacitance) הוא היכולת שלו לאגור מטען, ונמדד ביחידות פאראד (Farad). באופן פשוט, קיבול אומר כמה מטען הקבל יכול לאחסן עבור מתח נתון (q = C·V).

בעת חיבור הקבל למקור מתח, המטענים מופרדים: מקור המתח דוחף אלקטרונים לצד אחד ומשליך אותם מהצד השני. בין המוליכים נוצר שדה חשמלי והאנרגיה נאגרת בדיאלקטרי. בחיבור לזרם ישר (DC) קבל טעון מתנהג כנתק לאחר טעינה. במעגלי זרם חילופין (AC) המתח משתנה כל הזמן, והקבל נטען ומתפרק שוב ושוב. התנועה המחזורית הזו יוצרת אפקט של זרם במעגל.

קבלים משמשים במגוון שימושים: חסימת זרם ישר אך מעבר של AC, סינון רעשים וייצוב מתחים בספקי כוח, כוונון מקלטי רדיו למקצב (תדר) מסוים, וייצוב זרימת ההספק ברשת. תכונת האגירה שלהם משמשת גם בזיכרון דיגיטלי: קבל זעיר טעון מייצג "1" וקבל פרוק מייצג "0" בזכרונות מסוג DRAM.

הצורות הראשונות של הקבל היו צנצנות ליידן במאה ה-18. אוואלד פון קלייסט וגילו פיטר ואן מוסנברק גילו שניתן לאגור מטען בצנצנת זכוכית. בנג'מין פרנקלין חקר את ההמצאה וקרא לחיבור יחידות "סוללה". מאוחר יותר נדרשו קבלים מדויקים לכוונון במערכת הרדיו, וזה הוביל לפיתוח מבנים קומPACTיים יותר.

ישנם סוגים שונים לפי הדיאלקטרי והבנייה: קבלי נייר (נייר מושח בחומר מבודד), קבלים קרמיים ונציציים (mica) ליישומי רדיו, קבלי אלקטרוליטיים שבהם נוזל מוליך משמש כאחד המוליכים, קבלי טנטלום שפותחו בשנות ה-50, וקבלי-על (supercapacitors) עם שטח פנים גדול לאגירה גבוהה. מבני MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) משמשים בקבלים זעירים בשבבי זיכרון.

קבל בנוי משני דקים מוליכים ומבדד בינם. קיבול קבל לוחות תלוי בשטח הלוחות, במרחק ביניהם ובמקדם הדיאלקטרי של החומר שביניהם; ככל שהשטח גדול יותר והמרחק קטן יותר, הקיבול גבוה יותר.

האנרגיה שאוגר הקבל תלויה בקיבול ובמתח עליו. בקבלים מעשיים יש גם זרם זליגה והתנגדות וסליל פנימי. פרמטר חשוב נוסף הוא גורם ה־Q (Q-factor), המדד ליעילות הקבל ולכמה אנרגיה אובדת כהפסד. קבלים בעלי Q גבוה נחוצים במעגלי RF ומקלטים רגישים.

קבלים נמצאים במערכות אספקת כוח, במעגלי סינון, בכוונון מקלטי רדיו, בזיכרונות DRAM ובמערכות שמצריכות אגירת אנרגיה מהירה כמו סופרקבלים.

קבל הוא חלק חשמלי ששומר אנרגיה במגרש חשמלי שנוצר בין שני מתכות. המגרש הזה נוצר כששמים חומר מבודד (דיאלקטרי) בין המתכות.

כשמחברים קבל לסוללה, צד אחד מקבל אלקטרונים וצד שני נותן אלקטרונים. כך הקבל "נמצא" מלא באנרגיה. בקצרה, קבל יכול לחסום זרם ישר (DC) אך לתת לזרם משתנה (AC) לעבור.

לפני הרבה שנים המציאו צנצנת שאפשרה לשמור מטען. מדענים כמו פון קלייסט ופיטר ואן מוסנברק גילו את זה. גם בנג'מין פרנקלין חקר את הרעיון.

קבלי נייר: עשויים מנייר מושח בחומר שמבודד.
קבלים קרמיים ונציציים: עשויים מחומרים מיוחדים שמתאימים לרדיו.
קבלי אלקטרוליטיים וטנטלום: קטנים ומחזיקים הרבה קיבול.
קבלי-על (סופרקבלים): שומרים הרבה אנרגיה ומהירים לפריקה.
קבלי MOS: קטנטנים במיוחד בתוך שבבים של מחשבים.

קבלים עוזרים להוריד רעשים, לכוון רדיו, לשמור נתונים בזיכרון ולתת דחיפה של אנרגיה במהירות. הם נמצאים בהרבה מכשירים חשמליים יום-יומיים.