المكثف ذو الصفائح المتوازية The parallel plate capacitor

 

📄 اطبع pdf
00971504825082

<<<المكثف ذو الصفائح المتوازية >>>

✵ المكثف ذو الصفائح المتوازية:

المكثفات الكهربائية (Capacitors)

ما هي المكثفات؟

المكثفات هي مكونات إلكترونية تخزن الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي مؤقت. تتكون أساسًا من:

• صفيحتين موصلتين (عادة من المعدن)
• مادة عازلة بينهما تسمى العازل الكهربائي (Dielectric)

كيف تعمل؟

عند توصيل المكثف بمصدر تيار:
1. تتراكم الشحنات الكهربائية على الألواح
2. تنشأ طاقة مخزنة في المجال الكهربائي بين الألواح
3. يمكن تفريغ هذه الطاقة عند الحاجة

الاستخدامات الشائعة:

• تنعيم الإشارات الكهربائية
• ترشيح الترددات في الدوائر
• تخزين طاقة مؤقت (مثل فلاش الكاميرات)
• ضبط توقيت الدوائر (مع المقاومات)

أنواع المكثفات:

1. المكثفات السيراميكية (صغيرة الحجم)
2. المكثفات الإلكتروليتية (قطبية - سعة عالية)
3. مكثفات التنتالوم (أداء أفضل من الإلكتروليتية)
4. المكثفات المتغيرة (سعة قابلة للتعديل)

مصطلحات مهمة:

السعة (Capacitance)

تقاس بالفاراد (F) - تشير إلى قدرة التخزين

الجهد التشغيلي (Voltage Rating)

أقصى جهد يمكن تطبيقه على المكثف

التسامح (Tolerance)

النسبة المئوية للانحراف عن السعة الاسمية

معادلة السعة:

$$C = ε₀εᵣ\frac {A}{d}$$
حيث:
ε₀ = سماحية الفراغ
εᵣ = السماحية النسبية للعازل
A = مساحة الألواح
d = المسافة بين الألواح

حساب سعة مكثف متوازي الصفائخ

مساحة الصفيحة (م²):

المسافة بين الصفيحتين (م):

ثابت العزل النسبي:

↪ المكثفات عنصر أساسي في جميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة!

✵ التوصيل على التوالي:

عند توصيل المكثفات على التوالي
تُوصَل الصفيحة الأولى من المكثف بالصفيحة الثانية من المكثف التالي

شحنة جميع المكثفات متساوية $$Q_{total} = Q_1 = Q_2=Q_3= ..$$ الجهد الكلي هو مجموع الجهود الفردية $$V_{total} = V_1 + V_2+V_3 + ...$$

✵ المعادلات:

السعة الكلية $$C_{total}$$ في التوصيل على التوالي $$\frac {1}{C_{total}}= \frac {1}{C_1 }+ \frac {1}{C_2 }+\frac {1}{C_3 }+ ... + \frac {1}{C_n }$$

حيث:

$$C_{total}$$ السعة الكلية (فاراد) $$C_1\;\;\;\;,\;\;\;\; C_2\;\;\;\;,\;\;\;\;C_3, ...$$ سعة كل مكثف على حدة

✵ مثال عملي:

إذا كان لدينا مكثفان سعتهما $$C_1=4\;μF\;\;\;\;,\;\;\;\; C_2=6\;μF$$ موصلين على التوالي $$\frac {1}{C_{total}} = \frac {1}{4 }+\frac {1} {6} = \frac {3 + 2}{12} =\frac {5}{12}$$ $$C_{total} = \frac {12}{5 }= 2.4μF$$

✵ ملاحظات هامة:

• السعة الكلية في التوصيل على التوالي تكون دائمًا أقل من أصغر سعة في الدائرة.
• يُستخدم هذا النوع من التوصيل لتحمل جهود كهربائية عالية.

محاكاة توصيل المكثفات على التوالي

عدد المكثفات:

الجهد الكلي (فولت):

✵ التوصيل على التوازي:


عند توصيل المكثفات على التوازي
تُوصَل الصفيحة الأولى من المكثف مع الصفيحة الأولى من المكثف التالي مع الصفيحة الأولى للمكثف الثالث بأحد أقطاب البطارية
تُوصَل الصفيحة الثانية من المكثف مع الصفيحة الثانية من المكثف التالي مع الصفيحة الثانية للمكثف الثالث بالقطب الثاني للبطارية

خصائص التوصيل على التوازي:

يتساوى فرق الجهد على جميع المكثفات $$V_{total} = V_1 = V_2=V_3= ..$$ تتوزع الشحنات الكهربائية على المكثفات $$Q_{total} = Q_1 + Q_2+Q_3 + ...$$

✵ المعادلات:

السعة الكلية $$C_{total}$$ في التوصيل على االتوازي $$C{total}= {C_1 }+ {C_2 }+{C_3 }+ ... + \frac {1}{C_n }$$

حيث:

$$C_{total}$$ السعة الكلية (فاراد) $$C_1\;\;\;\;,\;\;\;\; C_2\;\;\;\;,\;\;\;\;C_3, ...$$ سعة كل مكثف على حدة

مثال عملي:

إذا كان لدينا مكثفان سعتهما $$C_1=4\;μF\;\;\;\;,\;\;\;\; C_2=6\;μF\;\;\;\;,\;\;\;\;C_3=2\;μF$$ موصلين على التوالي $$C_{tot}=C_1+C_2+C_3=4μF+6μF+2μF=12μF$$

✵ ملاحظات هامة:

• السعة الكلية في التوصيل على التوازي تكون دائمًا أكبر من أي سعة في الدائرة.
• يُستخدم هذا النوع من التوصيل في أنظمة تخزين الطاقة في الأجهزة الإلكترونية.
• يُستخدم هذا النوع من التوصيل في أنظمة دوائر التوقيت والترشيح.
• يُستخدم هذا النوع من التوصيل في أنظمة الطاقة الشمسية.

حاسبة المكثفات المتوازية

الجهد الكهربي (فولت):

قيم المكثفات (فاراد):









✵ شحن وتفريغ المكثف:

عملية شحن وتفريغ المكثف

١. عملية الشحن

عند إغلاق الدائرة الكهربائية:

تبدأ الإلكترونات بالحركة من المصدر (البطارية)

تتراكم الشحنات على ألواح المكثف

ينشأ مجال كهربائي بين الألواح

يقل التيار تدريجيًا حتى يتوقف تمامًا

الجهد خلال المكثف: V_C(t) = V₀ (1 - e^-t/RC)

٢. عملية التفريغ

عند فتح الدائرة:

تعمل الشحنات المخزنة كمصدر للطاقة

يتدفق التيار في الاتجاه المعاكس

تتناقص الشحنة بشكل أسّي مع الوقت

ينخفض الجهد حتى يصل إلى الصفر

معادلة التفريغ: V_C(t) = V₀ e^-t/RC)

ملاحظات هامة:

الزمن المميز (τ = RC) يحدد سرعة العملية

السعة الكهربية (C) تحدد كمية الشحنة المخزنة

المقاومة (R) تؤثر على معدل الشحن/التفريغ

تطبيقات عملية:

دوائر التوقيت الإلكترونية

أنظمة إضاءة الطوارئ

مرشحات التيار في مصادر الطاقة



اكتب تعليقا واذا كان هناك خطأ اكتبه وحدد مكانه Write a comment, and if there is mistake, write and specify its location