ما هو مكثف الهواء: الدائرة والعمل وتطبيقاتها

أ مكثف متغير هو أحد أنواع المكثفات التي لها قيمة سعة متغيرة. هذه مكثف يتضمن لوحين حيث يتم تعديل المنطقة الواقعة بين هذه الألواح ببساطة لتغيير سعة المكثف. هذه المكثفات متوفرة في نوعين من مكثفات الهواء ومكثف الانتهازي. بشكل عام ، يتم استخدام هذه المكثفات بشكل خاص في دارات LC لضبط التردد داخل أجهزة الراديو. لذلك تتناول هذه المقالة نظرة عامة على أحد أنواع المكثفات المتغيرة مثل مكثف الهواء - العمل وتطبيقاته.

ما هو مكثف الهواء؟

ان تعريف مكثف الهواء هو مكثف يستخدم الهواء كوسيط عازل. يمكن تصميم هذا المكثف في شكل سعة ثابتة أو متغيرة. لا يتم استخدام نوع السعة الثابتة بشكل متكرر لأن هناك اختلافًا أنواع المكثفات متوفرة بخصائص فائقة بينما يتم استخدام نوع السعة المتغيرة بشكل متكرر بسبب بنائها البسيط.

تصنع مكثفات الهواء عمومًا من مجموعتين من الألواح المعدنية نصف الدائرية التي يتم فصلها عبر الهواء مواد عازلة . في هذه الألواح المعدنية ، تكون إحدى المجموعات دائمة بينما تتصل المجموعة الأخرى بعمود يسمح للمشغل بتحويل التجميع لتغيير السعة عند الحاجة. عندما يكون التداخل بين لوحين معدنيين أكبر ، تكون السعة أعلى. لذلك يتم الوصول إلى أعلى حالة للسعة بمجرد أن يكون التداخل بين مجموعتي الصفائح المعدنية هو الحد الأقصى بينما يتم الوصول إلى أدنى حالة للسعة بمجرد عدم وجود تداخل. لتحسين التحكم في السعة ، والضبط الدقيق ، وزيادة الدقة ، يتم استخدام آليات ترس التخفيض.

مكثفات الهواء لها قيمة سعة صغيرة تتراوح من 100 pF - 1 nF بينما يتراوح جهد التشغيل من 10 إلى 1000V. يكون جهد انهيار العازل الكهربائي أقل ، لذا سيتغير الانهيار الكهربائي داخل المكثف ، لذلك يمكن أن يؤدي ذلك إلى خلل في مكثف الهواء.

بناء المكثفات الهوائية وعملها

يشتمل المكثف القابل للضبط مثل مكثف الهواء على سلسلة من ألواح الألومنيوم شبه الدائرية الدوارة أعلى عمود مركزي مرتبة بين مجموعة متباعدة بشكل متساوٍ من ألواح الألمنيوم الثابتة. يحتوي هذا المكثف على ثقب محفور داخل مركزه لتمرير قضيب تحكم. للتحكم في هذا القضيب ، يتم توصيل الأقراص البديلة لتمريرها بحرية عبر الآخرين مما يعني أن مجموعة الأقراص يتم فصلها بكفاءة إلى مجموعتين تشكلان معًا منطقتي اللوحة للمكثف.

بمجرد أن تصبح أقراص المكثف في شكل نصف دائري ، فإن تدوير المجموعة المتحركة يؤدي إلى تغيير مقدار تداخل المجموعتين إلى مساحة اللوحة بأكملها. عندما تعتمد سعة هذا المكثف على مساحة اللوحة بأكملها ، فإن التغيير داخل المنطقة يمكن أن يسبب تغيرًا مكافئًا في سعة المكون ، لذلك يُسمح للمشغل بتعديل قيمة المكون حسب الرغبة.

عندما يتم تدوير ألواح الألمنيوم المتحركة ، سيتم تغيير مقدار التداخل بين الألواح الثابتة والمتحركة. يعمل الهواء الموجود بين هذه المجموعات من الألواح كعازل كهربائي فعال يعزل المجموعات عن بعضها البعض. عندما تعتمد سعة المكثف على الحجم المتبادل للوحة ، فإن هذا الضبط يسمح ببساطة بضبط قيمة مكثف الهواء.

حلبة مكثف الهواء

تظهر دائرة مكثف الهواء البسيط أدناه. يستخدم هذا المكثف الهواء كعزل كهربائي ، وقد تم تصميمه باستخدام رقاقات معدنية أو لوحتين معدنيتين متصلتين بالتوازي مع بعض المسافة مع بعضهما البعض. تقوم المكثفات بتخزين الطاقة في شكل شحنة كهربائية على الألواح.

بمجرد تطبيق جهد على مكثف هواء لقياس الشحنة على الصفيحتين ، فإن نسبة الشحنة 'Q' إلى الجهد 'V' ستوفر قيمة السعة للمكثف وبالتالي ، يتم إعطاؤها مثل C = س / ف. يمكن أيضًا كتابة هذه المعادلة لتوفير صيغة لقياس كمية الشحنة على الصفيحتين مثل Q = C x V.

بمجرد توفير تيار كهربائي في المكثف ، يتم شحنه ، وبالتالي يصبح المجال الكهروستاتيكي أقوى جدًا لأنه يخزن المزيد من الطاقة بين الصفيحتين.

وبالمثل ، عندما يتدفق التيار من مكثف الهواء ، فإن فرق الجهد بين هذين الصفيحتين سينخفض ​​ويقل المجال الكهروستاتيكي عندما تختفي الطاقة الكهربائية عن الألواح. لذا فإن السعة هي إحدى خصائص المكثف الذي يستخدم لتخزين الشحنة الكهربائية على لوحتين في شكل حقل إلكتروستاتيكي.

سماحية مكثف الهواء

يمكن تعريف السماحية على أنها خاصية لكل مادة وإلا الوسيط المستخدم لقياس المقاومة المقدمة ضد تكوين المجال الكهربائي. يشار إليه بالحرف اليوناني 'ϵ' (إبسيلون) ووحدته هي F / م أو فاراد لكل متر.

إذا أخذنا في الاعتبار مكثفًا يشتمل على لوحين مفصولتين بمسافة 'd' ، فسيتم استخدام الوسط العازل مثل الهواء بين هذين الصفيحتين. بين لوحتين من المكثف ، توجد جزيئات تشكل لحظات ثنائية القطب الكهربائي. يعني ثنائي القطب الكهربائي ، زوج من الشحنات المتقابلة والمتساوية. على سبيل المثال ، يحتوي جزيء واحد على شحنة موجبة في أحد طرفيه وشحنة سالبة في نهاية أخرى مفصولة ببعض المسافة كما هو موضح في الشكل التالي.

في الرسم البياني التالي ، تتم محاذاة الجزيئات بشكل عام بشكل عشوائي داخل ألواح المكثف. بمجرد أن نطبق مجالًا كهربائيًا على هذه الألواح خارجيًا ، فإن الجزيئات الموجودة داخل المكثف تصطف نفسها بطريقة أفضل تُعرف باسم الاستقطاب. لذلك ، فإن عزمهم ثنائي القطب يولد مجالًا كهربائيًا خاصًا به. يتعارض هذا المجال الكهربائي مع المجال الكهربائي المطبق خارجيًا ، وبالتالي ، يصبح مثل القطب المماثل لمغناطيسين يحافظان على مقاومة بعضهما البعض.

عندما تصطف الجزيئات مع نفسها أو تستقطب أكثر ، فإنها تعارض المجال الكهربائي الخارجي وهو ما نسميه بالسماحية. هنا ، تقيس السماحية المقاومة التي تقدمها مادة أو وسيط لمجال كهربائي خارجي.

إذا كانت سماحية الوسيط أعلى ، فإن جزيئات هذا الوسط تستقطب بشكل أفضل ، وبالتالي فإنها توفر مقاومة أكبر للحقل الكهربائي الخارجي. وبالمثل ، إذا كانت سماحية الوسيط منخفضة ، فإن الجزيئات تستقطب بشكل ضعيف ، وبالتالي فإنها توفر مقاومة أقل للحقل الكهربائي الخارجي.

السماحية ليست ثابتة ، لذا فهي تختلف باختلاف العوامل مثل درجة الحرارة ، والرطوبة ، والنوع المتوسط ​​، وتكرار المجال ، وشدة المجال الكهربائي ، إلخ.

تلعب السماحية دورًا مهمًا في تحديد سعة المكثف. لذلك ، يتم حساب سعة مكثف اللوح المتوازي بواسطة

ج = ϵ × أ / د

أين،

'أ' هي مساحة الطبق الواحد.

'د' هي المسافة بين لوحين مكثف.

'ϵ' هي سماحية الوسط بين لوحين من المكثفات.

إذا لاحظت المكثفات التالية ، يمكن أن تؤثر السماحية بوضوح على سعة المكثف.
في المكثفين التاليين ، يكون العازل الكهربائي المستخدم في مكثف الجانب الأيسر هو الهواء. لذا فإن السماحية النسبية لمكثف الهواء هذا أقل من 1 ، أي 1.0006.

وبالمثل ، في المكثف الثاني ، يكون العازل المستخدم هو الزجاج. إذن ، سماحية هذا المكثف تساوي 4.9 إلى 7.5 تقريبًا. لذلك ، بالمقارنة مع مكثف الهواء ، فإن المكثف مع عازل زجاجي له سماحية عالية.

لذلك ، فإن المادة ذات السماحية الأقل ستوفر سعة أقل ، وستوفر المواد ذات السماحية العالية سعة عالية. وبالتالي ، تلعب السماحية دورًا رئيسيًا في تحديد قيمة السعة.

صفات

تشمل خصائص مكثف الهواء ما يلي.

• مكثفات الهواء غير قطبية مما يعني أنه يمكن استخدام هذه المكثفات بأمان في تطبيقات التيار المتردد حتى لا يتم تجاوز أعلى تصنيف للجهد.
• هذه المكثفات لها سعة صغيرة تتراوح بين 100pF و 1nF.
• يعتمد الحد الأقصى لجهد التشغيل بشكل أساسي على الأبعاد المادية للمكثف.
• يحتاج جهد العمل العالي إلى أن تكون المسافة بين لوحين كافية لتجنب الانهيار الكهربائي للهواء.
• تكون القوة العازلة للهواء أقل من الكثير من المواد الأخرى ، مما يجعل هذه المكثفات غير مناسبة للجهود العالية.

مزايا

ال مزايا مكثفات الهواء تشمل ما يلي.

• لديها تيار تسرب أقل مما يعني أن خسائر التشغيل داخل هذا المكثف ضئيلة ، خاصة إذا كانت الرطوبة ليست عالية.
• مقاومة العزل عالية.
• استقرار جيد.
• لديهم جهد انهيار أقل.
• عامل التبديد منخفض.

ال عيوب مكثفات الهواء تشمل ما يلي.

• مكثفات الهواء متوفرة بأحجام كبيرة.
• هذه المكثفات لها سعة أقل.
• هذه غالية الثمن.
• تشغل مساحة أكبر مقارنة بالمكثفات الأخرى.

التطبيقات

ال تطبيقات مكثفات الهواء تشمل ما يلي.

• يستخدم هذا المكثف عادة في دارات LC الرنانة ، والتي تحتاج إلى تغييرات في السعة. هؤلاء
• تشتمل الدوائر على موالفات الراديو وخلاطات التردد ومكونات مطابقة المعاوقة لموالفات الهوائي.
• تُستخدم هذه عادةً عندما تكون السعة القابلة للتعديل ضرورية مثل دوائر الرنين.
• يستخدم هذا المكثف لضبط دوائر الراديو وأيضًا في الدوائر حيثما تكون الخسائر أقل ضرورية.

وبالتالي ، هذه نظرة عامة على الهواء مكثف - العمل مع التطبيقات. هذه المكثفات مصنوعة من الألومنيوم وتعمل بشكل جيد في المجالات المغناطيسية القوية جدًا. هذا سؤال لك ، ما هو العزل الكهربائي في المكثف؟