جهد و تيار شحن مكثف في دائرة تحتوي على مقاومة و مكثف
نفرض لدينا مقاومة و مكثف متصلين على التوالي مع مصدر جهد مستمر كما بالشكل الآتي. و نفرض أن الدائرة كانت مفتوحة ثم أغلقت عند اللحظة الزمنية t =0 و المطلوب معرفة كيفية تغير التيار و الجهد مع الزمن عند غلق الدائرة. المكثفات – Capacitors – e3arabi – إي عربي. و بتطبيق قانون كيرشوف على هذه الدائرة نجد أن
(1)
حيث أن E هو جهد البطارية و V R فرق الجهد على المقاومة V C فرق الجهد على المكثف. و من المعروف لدينا أن
حيث أن I شدة التيار المار في الدائرة، Q شحنة المكثف ، C سعة المكثف. و بذلك تأخذ المعادلة (1) الصورة
(2)
و بتفاضل طرفي هذه المعادلة بالنسبة للزمن نحصل على
(3)
و من تعريفنا السابق للتيار نجد أن
dQ/ dt = I
و بالتعويض في المعادلة (3) نحصل على
(4)
و بتكامل المعادلة (4) نحصل على
(5)
حيث K ثابت التكامل، و لإيجاد هذا الثابت فانه عندما
و بالتعويض في المعادلة ( 5) ، يمكننا الحصول على قيمة الثابت
ln (I 0) = K
و بذلك تأخذ المعادلة ( 5) الصورة
(6)
و تبين هذه المعادلة كيفية تغير التيار المار في الدائرة. و لمعرفة تغير فرق الجهد يجب علينا إيجاد هذا التغير لكل عنصر من عناصر الدائرة. فرق الجهد بين طرفي المقاومة
(7)
أما فرق الجهد بين طرفي المكثف فيمكن إيجاده من المعادلة ( 1)
(8)
من المعادلات ( 6) ، ( 7) ، ( 8) يمكننا الحصول على المنحنيين السابقين ، و هما عن كيفية تغير الجهد و التيار مع الزمن.
الطاقة المختزنة في مكثف مشحون
[٩] تقاس سعة المكثّف بالفاراد، وتعتمد سعة المكثّف على عدّة عوامل مثل مساحة سطح صفائح المكثّف، المسافة بين الصفائح، طبيعة المادة العازلة المستخدمة في بناء المكثّف وقيمة فرق الجهد المطبّق على المكثّف الكهربائي. [٩] السعة الكهربائية للمكثّف من أهم الخصائص التي تميّز المكثّف، ووحدة قياسها هي الفاراد، وتعبر عن مقدار الشحنات التي يستطيع المكثّف أن يخزّنها بداخله. المراجع [+] ^ أ ب ت "Capacitor",, Retrieved 2020-09-15. Edited. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز "Capacitor Types: Types of Capacitor",, Retrieved 2020-09-14. Edited. ↑ "Ceramic Capacitor",, Retrieved 2020-09-15. Edited. ↑ "Plastic film capacitor",, Retrieved 2020-09-15. Edited. الطاقة المختزنة في مكثف مشحون. ↑ " How does a Supercapacitor Work? ",, Retrieved 2020-09-15. Edited. ↑ "Capacitor Uses & Applications",, Retrieved 2020-09-15. Edited. ^ أ ب ت "Capacitors in Parallel",, Retrieved 2020-09-15. Edited. ^ أ ب "Capacitors in Series",, Retrieved 2020-09-15. Edited. ^ أ ب "Capacitance",, Retrieved 2020-09-15. Edited.
المكثفات – Capacitors – E3Arabi – إي عربي
ب- دوائر المرشحات أو ما يعرف بالفلاتر. ج- دوائر تحسين معامل القدرة في الشبكات الكهربائية. د- دوائر التوقيت. هـ – وغيرها الكثير من التطبيقات المختلفة. هكذا يكون مقالنا عن المواسعات والمكثفات الكهربائية قد انتهى, فلا تترددوا في طرح أسئلتكم واستفساراتكم ولا تنسوا مشاركة رابط المقال مع أصدقائكم. شارك الموقع على مواقع التواصل الاجتماعي
المكثفات الكهربائية وأنواعها
[٤]
مكثّف التنتالوم
مكثّف التنتالوم هو نوع من المكثّفات التي تعد صغيرة الحجم وهي مستخدمة في الكثير من التطبيقات التي تعتبر الحجم مهمََا، وهو متأثّر بالقطبية إذ أن وصله بطريقة معاكسة لقطبيته سيؤدي إلى إتلافه، ومكثّف التنتالوم أصغر بكثير من مكثّف الألمنيوم، ويصنّع برقائق من مادة التنتالوم المؤكسدة، كما أنّ هذا النوع من المكثّفات غير قادر على تحمّل فرق الجهد المرتفع، إذ لا يتعدى مقدار تحمّل المكثّف 35 فولت، ولكنّ حجمها الصغير هو ما يجعلها مطلوبة ومحبّبة لمصمّمي الدوائر الكهربائية والأجهزة المختلفة. [٢]
مكثّف الميكا
سمّي هذا النوع من المكثّفات بمكثّف الميكا بسبب استخدام مادة الميكا في تصنيعه كمادة عازلة، ويتم تصنيع هذا النوع من المكثّفات بأقطاب مصنوعة من الفضة يتم طلاؤها بعدّة طبقات من مادة الميكا العازلة وذلك بحسب السعة المطلوبة للمكثّف المُصنّع، وتتراوح السعة الكهربائية لهذا النوع من المكثفات بين عدد قليل من البيكوفاراد إلى ألفين او ثلاثة آلاف بيكوفاراد، وهذا النوع قليل الاستخدام إلا إنه مهمََا في التطبيقات التي تحتاج ثباتََا في الإشارة الكهربائيّة وذلك لأن مكثّف الميكا يمتاز بمعدل خسارة قليل نسبيََا.
[٢] مخترع المكثّف الكهربائي هو بيتر فان موشنبروك، وذلك من خلال تجربته المعروفة باسم "جرّة ليدن" التي قام بها عام 1746. ما هو مبدأ عمل المكثف الكهربائي؟
يخزّن المكثّف الطاقة الكهربائية بشكل مؤقَّت، إلا أن مبدأ عمله يختلف عن البطارية، فالبطارية تقوم على مبدأ تفاعلات كيميائية من الأكسدة والاختزال للإلكترونات، أما المكثّف فلا يقوم بأي تفاعلات كيميائية، [٣] ، ويمكن توضيح مبدأ عمل المكثّف في الخطوات الآتية:
يتم وصل المكّثف الكهربائي بدائرة كهربائية تحتوي على بطارية. تتكوّن شحنات سالبة (إلكترونات) على طرف المكثف الموصول بقطب البطارية السالب. يفقد طرف المكثف المتصل بالطرف الموجب للبطارية الإلكترونات، بحيث تنطلق الإلكترونات باتجاه قطب البطارية الموجب. يمتلك المكثف شحنة كهربائية بنفس شحنة البطارية، أي يصبح مشحونًا بجهد مساوٍ لجهد البطارية الموجودة في الدارة. إنَّ مبدأ عمل المكثف سهل وبسيط، ويمكن عمله بوجود صفيحتين معدنيتين بينهما فاصل، ويتم شحنه بوجود بطارية ليتسنّى استخدامه فيما بعد. ما هي أنواع المكثف الكهربائي؟
للمكثف الكهربائي أنواع عدَّة تبعًا لنوع العازل المُستخدم في صناعته وحجمه، ولكل نوع استخدام معين، و أنواع المكثفات الكهربائية هي كالآتي:
مكثّف الهواء: يُستخدم مكثف الهواء عادًة في الدوائر الكهربائية التي تحتاج لضبط أمواج راديوية، وأنظمة الراديو [٣] ، فيتم توصيل المكثّفات بمذبذبات خاصَّة، ويعمل المكثف عمله المعتاد من شحن وتفريغ في ملف سلكيّ لينشأ مجال مغناطيسي، وعند الانتهاء من عملية التفريغ يعود المكثّف للشحن من جديد، وتكون هذه العمليات ضمن فترات زمنية مُنتظمة ترددها مساوٍ لتردد محطة الراديو القريبة حتى يقوم النظام بالتقاط هذه الموجات المُذاعة وتضخيمها.