logo

logo

logo

logo

logo



المكثف

مكثف

Capacitor - Condensateur

المكثَِّف

 

المكثف (أوالمكثفة) capacitor نبيطة (أداة) تستعمل لخزن الطاقة الكهربائية، وتتألف من ناقلين تفصل بينهما مسافة صغيرة يملؤها الهواء أو مادة عازلة. وأبسط أنواع المكثفات هي المكثفة المستوية التي ناقلاها (لبوساها) صفيحتان متوازيتان مساحة كل منهماA، وتفصل بينهما مسافة d. إذا شُحن أحد اللبوسين بشحنة كهربائية موجبة Q+ والثاني بشحنة سالبة مساوية لها على اللبوس المقابل قيل إن للمكثفة شحنة قدرها Q.

لكل مكثفة سعة كهربائية مميزة لها. تعرَّف سعة المكثفة - ويرمز لها بالحرف C - بأنها نسبة الشحنة المخزونة في المكثفة إلى فرق الكمون V بين اللبوسين:

تُقدّر السعة بالفاراد F إذا قُدّرت الشحنة بالكولون وفرق الكمون بالڤولط. والفاراد وحدة كبيرة للسعة، لذلك تسـتعمل وحدات أصغر منها مثل المكروفاراد μ ويساوي 10-6 فاراد، والنانوفاراد ويسـاوي10-9 فاراد، والبيكوفاراد ويساوي 10-12 فاراد.

تُعطى سعة المكثفة المستوية التي يفصل بين لبوسيها الهواء بالعلاقة:

حيث εo هي السماحية الكهربائية للخلاء[ر. النفاذية والسماحية]، أو عملياً للهواء، وتساوي 8.85×10-12 فاراد/متر في الجملة الدولية. إذا كان العازل الفاصل بين اللبوسين غير الهواء سماحيته ε حلّت ε محلّ εo في المعادلة (2)، وهي تُعطى بالعلاقة ε = εr εo، حيث εr هي السماحية النسبية أو ثابت العزل للمادة.

يوجد بين اللبوسين في المكثفة المشحونة حقل كهربائي E، وتمتد خطوط الحقل من اللبوس ذي الشحنة الموجبة نحو اللبوس ذي الشحنة السالبة، وقيمته . والطاقة المخزونة في المكثفة هي الطاقة اللازمة لتوليد هذا الحقل الكهربائي.

تُحسب الطاقة التي تختزنها المكثفة حتى تبلغ شحنتها Q وفرق الكمون بين لبوسيها V من العلاقة الآتية:

ومن العلاقة (1) يمكن كتابة صيغة الطاقة بإحدى العلاقات الآتية:

وتقدر بالجول Joule في هذه العلاقات جميعها.

يمكن التعبير عن الطاقة المخزونة في المكثفة المستوية متوازية اللبوسين بدلالة الحقل الكهربائي بالعلاقة:

أما كثافة الطاقة المخزونة (الطاقة بوحدة الحجم) وتقدر بالجول/ متر مكعب فيحصل عليها بتقسيم العلاقة(5) على الحجم بين اللبوسين (Ad):

أنواع المكثفات

للمكثفات أصناف عديدة ومختلفة (الشكل-1)، وهي تأخذ أسماءها من الشكل الهندسي للسطح الداخلي للبوسين. فهناك المكثفة المستوية والمكثفة الكروية والمكثفة الأسطوانية. ولكن جميع المكثفات المستخدمة تندرج في صنفين رئيسيين:

1- المكثفات العادية: وهي مكثفات غير مستقطبة.

   
 
 

الشكل (1)

   

2- المكثفات الكهرليتية أو الكيمياوية: وهي مكثفات مستقطبة بمعنى أن لها طرفاً موجباً وآخر سالباً.

كما يمكن تصنيف المكثفات حسب قيمة السعة في صنفين أيضاً:

أ -المكثفات المتغيرة: هي التي يمكن تغيير قيمة السعة فيها. فمنها ما تتغير سعتها باستمرار وتُسمّى مكثفات توليف tuning، ومنها ما تتغير سعتها حسب الطلب وتسمى مكثِّفات ضبط trimmers.

ب -المكثفات الثابتة: هي مكثفات تبقى سعتها ثابتة، وتتميز أنواعها المختلفة بالمادة العازلة المستخدمة فيها.

المكثفة في التوتر المتناوب: إذا وصلت المكثفة إلى منبع توتر مستمر مرَّ فيها تيار إلى أن يتم شحنها، ثم يتوقف.أما إذا وصلت إلى منبع توتر متناوب، فإن التيار يستمر بالمرور، لكنها تقاوم مروره، وتكون ممانعتها impedance متعلقة بتواتر التيار ω وتساوي c1/ω C. وهكذا فالتيار المستمر لا يمر في المكثفة إلا لفترة قصيرة حيث تبدي بعدها ممانعة لانهائية وتسلك سلوك قاطعة مفتوحة في الدارة. وتتناقص هذه الممانعة كلما زاد تواتر التيار المتناوب.

استخدام المكثفات

تستخدم المكثفة مع المقاومة في دارات تشكيل الإشارات الكهربائية وتحويلها إلى أشكال أخرى، كما تستخدم في دارات التفاضل والتكامل في الحواسيب. وإذا وصلت المكثفة مع تحريضية inductance ذات تحريض ذاتي L أمكن استخدام الدارة المكونة في عمليات التوليف عند حالة التجاوب في دارات الإرسال والاستقبال. كما تستخدم في تنعيم التيار المقوَّم من منابع القدرة، وفي إبطال الشرارة من المقابس، وفي دارات التوقيت. وتقوم المكثفات بدور مهم؛ إذ تُستعمل مرشحات لتحمي المكونات الإلكترونية من التلف عند مرور إشارات كهربائية قوية. إضافة إلى استخدامها عنصراً أساسياً في دارات التوقيت، فهي تستخدم في الدارات الرقمية كي لا تضيع المعلومات المخزنة في الحواسيب الضخمة في أثناء الانقطاع القصير للقدرة الكهربائية. ويمكن للمكثفات التي تخزن كميات كبيرة من الشحنة أن تُستخدم في الأبحاث مثل أبحاث الاندماج النووي.

محمد قعقع

مراجع للاستزادة:

ـ الفيزياء المتقدمة، ترجمة: توفيق قسَّام ومحمد قعقع وتوفيق ياسين (المركز العربي للتعريب والتأليف والنشر، دمشق).

- PETER J. NOLAN, Fundamentals of College Physics (WM.C .Brown Publishers 1993).




التصنيف : الكيمياء و الفيزياء
النوع : علوم
المجلد: المجلد التاسع عشر
رقم الصفحة ضمن المجلد : 340
مستقل

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

للحصول على اخبار الموسوعة

عدد الزوار حاليا : 8
الكل : 2705140
اليوم : 361

الكلسيوم والاستقلاب الخلوي

الكلسيوم والاستقلاب الخلوي   هو المعدن الأكثر وجوداً في الجسم البشري. رقمه الذري 20 وكتلته الذرية 40.08. وهو من المعادن الضرورية للحفاظ على صحة البدن. يشكل 1.5 ـ 2٪ من وزن الجسم، ويوجد 98٪ منه في العظام و1٪ في الأسنان، وتتوزع الكمية الباقية في الأنسجة والدوران. تقوم شوارد الكلسيوم بدور حيوي مهم في العديد من العمليات الفيزيولوجية في الدم والعضلات والأعصاب والأنسجة، ولاسيما في تنظيم تقلص عضلة القلب، والناقلية العصبية، وتخثر الدم. يحتاج امتصاص الكلسيوم في الأمعاء إلى وجود الفيتامين D، وهرمون الدريقات (PTH) parathyroid hormone، وذلك للمحافظة على قيمه بشكل سوي ثابت.

المزيد »