القائمة الرئيسية

الصفحات

المكثف - Capacitor



المكثف، العنصر الأكثر استعمالاً بعد المقاومة في الدارات الالكترونية...

مقدمة: 

في عام 1746 عندما كان العالم بيتر فان موشنبورك ( Pieter van Musschenbroek ) يعمل في جامعة ليدن كأستاذ، في ذلك الوقت كان يتم توليد الطاقة الكهربائية عن طريق الاحتكاك، ولكن كان من الصعب تخزينها، عندها بدأ بيتر بالاهتمام بالستاتيكا الكهربائية، و قد استطاع اختراع المكثف.
للمكثف دور أساسي في أي دارة الكترونية،  هناك العديد من الأنواع للمكثفات و لها تطبيقات واسعة في الحياة العملية.  

ما هو المكثف؟!

المكثف هو عنصر يعمل على تخزين الطاقة الكهربائية بوجود مجال كهربائي ( تخزين شحنات التيار ) عند توصيله بالدارة، وتفريغ هذه الشحنات خلال وقت معين يعتمد على نوع الدارة، للمكثف سعة، تقاس سعة المكثف بوحدة الفاراد (Farad).
من الصعب جداً إيجاد مكثف بقيمة 1 فاراد أو نصف فاراد لأنها قيمة ضخمة جداً، حيث أن أغلب المكثفات تكون بقيمة الميكرو (Micro) أو النانو (Nano) أو البيكو (Pico) أو الميلي (Milli) فاراد.

رمز المكثف

يرمز للمكثف بالرمز :





و يسمى مكثف غير مستقطب.

و بالرمز:

و يسمى مكثف متغير.

و بالرمز:

و يسمى مكثف مستقطب.

تركيب المكثف

يتركب المكثف من لوحين مصنوعين من مادة بينهما فراغ أو مادة عازلة،  يُشحن كل لوح بشحنة معينة ( موجبة أو سالبة )،  
باختلاف المادة العازلة تختلف سعة المكثف ، و كلما قلت المسافة بين اللوحين كلما كانت السعة أكبر.
و تحسب سعة المكثف من القانون:
C: سعة المكثف.
A:مساحة اللوح.
d: المسافة بين اللوحين.
ℇ: السماحية الكهربائية للوسط العازل.


توصيل المكثف

يوجد نوعين من المكثفات، ( مستقطب و غير مستقطب ) قمنا بتوضيح رموز هذين النوعين سابقاً.
1.المكثفات المستقطبة: تحتوي على طرفين، طرف طويل و هو الموجب و طرف قصير و هو السالب، ولا يمكننا عكس القطبية عند التوصيل.
2.المكثفات الغير مستقطبة:  لا تحتوي على قطبية ( موجب - سالب )، أي أنه يمكننا توصيله بأي شكل كان، دون الالتزام بطرف موجب أو سالب.

توصيل المكثفات في الدارة

يتم توصيل المكثفات في الدارات على شكلين، توصيل تسلسلي و توصيل تفرعي.
1-التوصيل التسلسلي: لتوصيل عدة مكثفات على التسلسل ( مثلاً 3 مكثفات ) ، نوصل الطرف الموجب للمكثف الأول مع الطرف السالب للمكثف الثاني، و الطرف الموجب للمكثف الثاني مع الطرف السالب للمكثف الثالث، فينتج لدينا طرف سالب من المكثف الاول وطرف موجب من المكثف الثالث، فنكون بهذا الشكل قد وصلنا المكثفات على التسلسل، و يكون في هذه الحالة التيار ثابت و الجهد متغير. كما في الشكل التالي:
و لإيجاد قيمة سعة المكثفة المكافئة لهذه المكثفات الموصولة على التسلسل نستخدم القانون:
 و في حال كان لدينا مكثفين فقط نستخدم القانون:


2-التوصيل التفرعي: لتوصيل عدة مكثفات على التفرع ( مثلاً 3 مكثفات )، نوصل الطرف للمكثف الأول مع الطرف الموجب للمكثف الثاني مع الطرف الموجب للمكثف الثالث، و كذلك الطرف السالب للمكثف الأول مع الطرف السالب للمكثف الثاني مع الطرف السالب للمكثف الثالث، فينتج لدينا طرف موجب و طرف سالب، و في هذه الحالة يكون الجهد ثابت و التيار متغير. كما في الشكل التالي:

و لإيجاد قيمة سعة المكثفة الكلية المكافئة لهذه المكثفات الموصولة على التفرع نستخدم القانون:

" عندما نريد الحصول على مكثف ذو قيمة عالية نستخدم التوصيل على التفرع، و بالعكس عندما نريد الحصول على مكثف ذو قيمة منخفضة نستخدم التوصيل على التسلسل"
توصيل المكثفات يكون عكس توصيل المقاومات.

مبدأ عمل المكثف

يتم توصيل المكثف في دارة يمر بها تيار كهربائي، تتراكم الالكترونات السالبة على اللوح الأقرب اليها، و تتراكم الشحنات الموجبة على اللوح الآخر من المكثف، و عندما يصبح اللوح غير قادر على الاحتفاظ بالالكترونات، يكون قد تم شحن المكثف، و من خلال عملية التفريغ تتم إزاحة الالكترونات إلى الدارة مرة أخرى، أي أنه يتم شحن المكثف من المنبع الموصول بالدارة حتى يمتلئ حسب سعته، و تكون قيمة الجهد المطبق على طرفي المكثف تساوي جهد المنبع، ثم يتم تفريغ المكثف مرة أخرى بعد توصيله بالحمل ( ضوء ليد مثلاً )، و في النهاية يمكننا اعتبار أن مبدأ عمل المكثف سهل و بسيط، وجود صفيحتين معدنيتين بينهما فاصل، يتم شحنه بواسطة المنبع ليمكننا استخدامه فيما بعد.

ثابت الزمن للمكثف

هناك ما يسمى ثابت الزمن للمكثف، ثابت الزمن(𝛕): هو الزمن الذي يستغرقه المكثف حتى يصل إلى 63% من القيمة النهائية، و يمكننا حسابه من القانون:    𝛕 = R × C
R: المقاومة المستخدمة في الدارة.
C: سعة المكثف المستخدم.
𝛕: ثابت الزمن للمكثف.

" يحتاج المكثف إلى مدة مقدارها 5𝛕 لشحن أو إفراغ المكثف بالكامل، بعد هذا الزمن لن يمر تيار في المقاومة، و سوف تعتبر الدارة مفتوحة. بمعنى آخر، إذا كانت قيمة 𝛕هي 4 ثوان، فيجب الانتظار 20 ثانية حتى يتم شحن المكثف بالكامل و 20 ثانية أخرى حتى يتم تفريغه بالكامل."




لا تنسوا دعمنا بتعليق.. والاشتراك بصفحاتنا على مواقع التواصل الاجتماعي..
اذا كان لديكم اي استفسار يرجى الاتصال بنا.

شارك المقال لتعمّ الفائدة💙

تعليقات