المكثف

مكثف (كهرباء)

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

(تم التحويل من المكثف)

هذا المقال أو المقطع ينقصه الاستشهاد بمصادر. الرجاء تحسين المقال بوضع مصادر مناسبة. أي معلومات غير موثقة يمكن التشكيك بها وإزالتها.(أغسطس_2012)

العناصر الأساسية لدائرة كهربائية
مكثف مستحث ممرستور مقاومة كهربائية

أشكال مختلفة من المكثفات

مواسع أو مكثف (بالإنكليزية: Capacitor) (باللاتينية: Condensatrum) (يطلق عليه أيضاً متسعة أو مكثفة) هو أحد مكوناتالدوائر الكهربائية، وهو أداة تقوم بتخزين الطاقة الكهربائية أو الشحنة الكهربائية لفترة من الزمن على شكل مجال كهربائي، يتكوّن بين لوحين موصلين يحمل كل منهما شحنة كهربائية متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة. ومن ثم تُستخدم الشحنة الكهربائية أو تتبدد في الوقت المناسب.^[1] ويفصل اللوحين مادة عازلة (كالهواء مثلاً).

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. يطلق على المكثف أيضا اسم مواسعة أو متسعة. وفي اللغة الإنجليزية يستخدم اسم "مواسعة (Capacitor)" في الوقت الحالي بشكل أكبر، فيما كان يشار له بالاسم "مكثف (Condenser)" في السابق.^{[بحاجة لمصدر]}

ويتحدد نوع المكثف حسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته، فاذا كانت من الهواء يطلق على المكثف اسم مكثف هوائي، أو بلاستيكي إذا كانت من البلاستيك ، أو مكثف ميكا، أو مكثف سيراميك وهكذا حسب نوع مادته. إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة = المكثف الكيماوي أو الالكتروليتي.

يتسبب عزل لوحي المكثف المشحون في توليد مجال كهربائي بينهما. الشحنة السالبة -Q على اللوح A والشحنة الموجبة +Q على اللوح الآخر.

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 والكهربائية إلى آلاف فولت كما في شبكات القدرة الكهربائية.

قوانين

(انظر أيضا مكثف )

تعريف سعة المكثف :

• سعة المواسع = الشحنة كولوم ÷ فرق الجهد بين طرفي المواسع فولت.

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.

[عدل]توصيل مكثفان على التوازي

توصيل المكثفات 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

ويتم التوصيل علي التوازي حيث يتم توصيل الاطراف السالبه مع بعضها والموجبة مع بعضها

[عدل]توصيل مكثفان على التوالي

توصيل المكثفات 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 والصقيحة لخارجية للمكثف الثاني بالقطب السالب.

• السعة المكافئة ملوسعتين مربوطين على التوالي:

1/س (مكافئة)= 1/س1 + 1/س2

ويتم توصيل الطرف الموجب بالطرف السالب والسالب بالموجب والوجب بالسالب وهكذا

   -+
    -+
     -+
      -+

[عدل]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.

[عدل]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، وفرق الجهد المطبق على طرفيه، ووحدة قياس السعة فاراد. وبحسب الغرض من الاستخدام توجد مكثفات بوحدات أصغر مثل: ميللي فاراد ومايكرو (وحدة قياس) فاراد.

[عدل]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 والمسافة 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 والمسافة بين اللوحين d وثابت العزل للمادة العازلة ε يكون:

.

والجدول التالي يبين قيمة ثابت العزل ε_r لبعض المواد المستعملة في صناعة المكثفات.

وثابت العزل ε في المعادلة يساوي حاصل ضرب ثابت العزل للهواءε_o مضروب في ثابت العزل النسبي للمواد العازلة، بالتالي تكون

[عدل]المفاعلة (مقاومة المكثف الأومية)

المكثف الكهربي له مقاومة أومية Xc (لأنها تقاس بوحدة الأوم) تتغير مع التردد (f) وتتناسب عكسيا مع كل من السعة C والتردد f، ويمكن حسابها من القانون

في حالة التيار المستمر تكون قيمة الترددF تساوي (صفر)، وتكون بالتالي قيمة مقاومة المكثف الأومية Xc 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.

[عدل]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.

[عدل]استعمالات المكثف في الدائرة إلكترونية

• يستعمل المكثف لترشيح إشارات التيار المتردد منع مرور التيار المستمر في الدائرة الكهربائية، حيث يعمل (كمكثف ربط) Coupling أو (مكثف تسريب) Bypass.

• 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 لالتقاط 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.