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
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 في حال كان لدينا مكثفين فقط نستخدم القانون:
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
إرسال تعليق
إذا استفدت من المقالة ادعمنا بتعليق..
إذا لم تستفِد اتصل بنا لمساعدتك..
إذا كان لديك أي سؤال أكتبه بتعليق..