مكثف
 مكثفات معاصرة، بجانب مسطرة سنتيمترية | |
| النوع | Passive |
|---|---|
| اِختُرِعَ | إڤالد گيورگ فون كلايست (أكتوبر 1745) |
| الرمز الإلكتروني | |
 | |
مواسع أو مكثف Capacitor هي جهاز يخزن الشحنة الكهربية . يتكون من زوج من الصفائح الموصلة يفصل بينهما عازل كهربي . تتجمع شحنات متساوية في المقدار ولكن متعاكسة في الإشارة على الصفيحتين ويصبح المكثف بذلك مشحونا . عند تركيبه في دائرة كهربية يمكنه تفريغ الشحنة المخزونة فيه لحظيا ، كما يمكن إعادة شحنه . والمكثفات المصنّعة لها صفائح معدنية رقيقة موصلة للكهرباء توضع فوق بعضها وبينها طبقات العوازل أو تلف حول بعضها لتصغير حجم المواسع.
المتسعات أو المكثفات أنواع تعتمد على طريقة تصنيعها واستخدامها منها:- - المتسعات أو المكثفات الورقية - المتسعات أو المكثفات الكمياوية - المتسعات أو المكثفات الهوائية.
- تقاس سعة المكثف بوحدة مايكرو (وحدة قياس) فاراد.
- تعمل المتسعات تحت جهد كهربائي مختلف Voltage من بضع عشرات فولت كما في الدوائر الإلكترونية و الكهربائية إلى آلاف فولت كما في شبكات القدرة الكهربائية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
قوانين
تعريف سعة المكثف :
أو بالإنجليزية :
- C = Q/V
حيث:
Q الشحنة كولوم
V فرق الجهد فولت.
يتضح من ذلك ان سعة المكثف تزيد بزيادة المساحة حيث أن الشحنة تزيد بزيادة مساحة سطح المكثف.
توصيل مكثفان على التوازي
ربط مكثفين على التوازي تيم كالآتي: في حالة المكثفات الأسطوانية ، نوصل الصفيحة الخارجية للمكثف الأول بالصفيحة الخارجية للمكثف الثاني بسلك . بسلك آخر نوصل الصفيحة الداخلية للمكثف الأول بالصفيحة الداخلية للثاني . بعد ذلك نوصل الصفائح الخارجية بأحد أقطاب الدائرة الكهربية وليكن القطب الموجب ، ونوصل السلك الآخر بالقطب السالب في الدائرة . بذلك تكبر سعة المواسع طبقا للعلاقة الآتية:
- السعة المكافئة موسعتين مربوطة على التوازي:
س (مكافئة)= س1 + س2
توصيل مكثفان على التوالي
في التوصيل على التوالي نوصل الصفيحة الخارجية للمكثف الأول بالصفيحة الداخلية بالمكثف الثاني بواسطة سلك . والآن نوصل الصفيحة الداخلية للمكثف الأول بالقطب الموجب في الدائرة و الصقيحة لخارجية للمكثف الثاني بالقطب السالب .
- السعة المكافئة ملوسعتين مربوطين على التوالي:
1/س (مكافئة)= 1/س1 + 1/س2
أنواع المكثفات
Capacitors يتكون المكثف الكهربي من لوحين من مادة موصلة بينهما مادة عازلة كما هو مبين في الشكل التالي، ويتحدد نوع المكثف على حسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته، فإذا كانت المادة العازلة الموجودة بين لوحي المكثف هي الهواء فيطلق على المكثف في هذه الحالة اسم المكثف الهوائي، وإذا كانت مصنوعة من مادة البلاستيك سمي مكثف بلاستيك، وإذا كانت المادة العازلة من الميكا أطلق على المكثف اسم مكثف ميكا . وإذا كانت المادة العازلة من السيراميك أطلق على المكثف اسم المكثف السيراميك . أما إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة بين لوحي المكثف أطلق على المكثف اسم المكثف الكيماوي أو الإلكتروليتي.
السعة
تعرف قدرة المكثف على تخزين الشحنة الكهربية بالسعة الكهربية أو السعة ووحدة قياسها فاراد.
اختيار سعة المكثف في الدائرة الإلكترونية يتحدد بعاملين أساسيين هما سعة المكثف ، و فرق الجهد المطبق على طرفيه، ووحدة قياس السعة فاراد . وبحسب الغرض من الاستخدام توجد مكثفات بوحدات أصغر مثل: ميللي فاراد و مايكرو (وحدة قياس) فاراد.
العوامل المؤثرة على سعة المكثف
يوجد ثلاثة عوامل أساسية تؤثر على سعة المكثف بصورة مباشرة وهذه العوامل هي:
- المساحة السطحية لألواح المكثف (a):
إن سعة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة السطحية للألواح، فإذا زادت مساحة سطح اللوح زادت سعة المكثف وذلك لزيادة استيعابه للشحنات الكهربائية، وبالعكس تقل سعة المكثف كلما قلت هذه المساحة.
- المسافة بين الألواح (d):
تقل السعة عندما تزداد المسافة بين الألواح وتزداد كلما قلت تلك المسافة ، أي أنه يوجد تناسب عكسي بين سعة المكثف والمساحة بين ألواحه.
- الوسط العازل (المادة العازلة) ε:
تتغير سعة المكثف بتغير المادة العازلة بين الألواح ويعتبر الهواء الوحدة الأساسية لمقارنة قابلية عزل المواد الأخرى المستعملة في صناعة المكثفات. يوجد لكل مادة ثابت عزل يطلق عليه إبسلون ε .
مما سبق نجد أن سعة المكثف C بدلالة المساحة السطحية للوح A و المسافة بين اللوحين d و ثابت العزل للمادة العازلة ε يكون:
- .
والجدول التالي يبين قيمة ثابت العزلεr لبعض المواد المستعملة في صناعة المكثفات.
وثابت العزلε في المعادلة يساوي حاصل ضرب ثابت العزل للهواءεo مضروب في ثابت العزل النسبي للمواد العازلة، بالتالي تكون
المفاعلة (مقاومة المكثف الأومية)
المكثف الكهربي له مقاومة أوميةXc (لأنها تقاس بوحدة الأوم) تتغير مع التردد(F) وتتناسب عكسيا مع كل من السعةC والترددF ، ويمكن حسابها من القانون التالي:
في حالة التيار المستمر تكون قيمة الترددF تساوي (صفر)، وتكون بالتالي قيمة مقاومة المكثف الأوميةXc كبيرة جدا (ما لا نهاية) وبذلك فإن المكثف يمنع مرور التيار المستمر في الدائرة، بينما يمرر التيار المتغير وهذه الخاصية تعد أهم وظائف استعمالات المكثف في الدائرة الإلكترونية.
أنواع وأشكال المكثفات
يطلق على المكثف ذي السعة الثابتة (المكثف الثابت)، أما المكثف الذي يمكن تغيير سعته (وذلك بتغيير المساحة المحصورة بين الألواح) فيطلق عليه اسم المكثف المتغير. يوجد أيضا نوع ثالث من المكثفات يمكن أن نتحكم في تغيير سعته، أو يترك دون تعديل لفترات زمنية طويلة ويطلق عليه اسم (مكثف تريمر) الذي قد نلجأ لضبط قيمته عند إجراء أعمال الصيانة والإصلاح في الدائرة الإلكترونية. والشكل التالي يبين الرموز الاصطلاحية لهذه الأنواع من المكثفات.
استعمالات المكثف في الدائرة إلكترونية
- يستعمل المكثف لإمرار التيار المتغير ومنع مرور التيار المستمر في الدائرة الإلكترونية، حيث يعمل (كمكثف ربط) Coupling أو (مكثف تسريب) Bypass كما هو مبين في الأشكال التالية.
- يستعمل المكثف الكيماوي للشحن والتفريغ في دوائر تقويم التيار التي تحول التيار المتغير إلى تيار مستمر.
- يستعمل المكثف الكيماوي كبير السعة في دوائر فلاش كاميرا التصوير ، حيث يخزن شحنات كهربية عالية، وعندما يُفرغ فجأة يعطي ضوءا أبيضا باهرا اللازم لإلتقاط الصورة.
- يستعمل المكثف المتغير على التوازي مع ملف لاختيار المحطات (تردد الموجات ) في جهاز الراديو (عملية توليف (راديو).) أو جهاز التلفزيون، كما هو مبين في الشكل التالي.
- يوصل المكثف مع المقاومة في الدائرة الإلكترونية للحصول على أشكال موجات متنوعة ويطلق على الدائرة في هذه الحالة دائرة تفاضل أو دائرة تكامل، كما هو مبين في الأشكال التالية.
