المكثف هو نوع واحد من المكونات الكهربائية وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا في تخزين الطاقة في شكل شحنة كهربائية ويولد فرق جهد عبر لوحتين على غرار بطارية صغيرة قابلة لإعادة الشحن. المكثفات متوفرة بأنواع مختلفة من صغير جدًا إلى كبير ولكن وظيفة كل هذه الأشياء هي نفسها تخزين الشحنة الكهربائية. يشتمل المكثف على لوحين معدنيين مفصولتين كهربائياً عبر الهواء أو مادة عازلة جيدة مثل السيراميك والبلاستيك والميكا وما إلى ذلك. تُعرف هذه المادة العازلة بالعزل الكهربائي. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على مكثف الألواح المتوازية وهو يعمل.
ما هو مكثف اللوحة المتوازية؟
تعريف: مكثف يمكن تشكيله باستخدام ترتيب الأقطاب الكهربائية ومواد عازلة مثل عازل يُعرف باسم مكثف اللوحة المتوازية. يشتمل المكثف على لوحين موصلين مفصولين من خلال مادة عازلة. تعمل اللوحات الموصلة هنا كأقطاب كهربائية.
بناء مكثف لوحة متوازية
يمكن أن يتم بناء هذا المكثف بمساعدة الألواح المعدنية أو الصفائح المعدنية المعدنية. هذه مرتبة بالتوازي مع بعضها البعض بمسافة متساوية. اللوحان المتوازيان في المكثف متصلان بمصدر الطاقة. عندما تكون اللوحة الأساسية للمكثف متصلة بطرف + V للبطارية ، فإنها تحصل على شحنة موجبة. وبالمثل ، عندما تكون اللوحة الثانية للمكثف متصلة بطرف سالب للبطارية ، فإنها تحصل على شحنة سالبة. لذلك يخزن الطاقة بين الألواح بسبب رسوم الجذب.
بناء مكثف لوحة متوازية
مخطط الرسم البياني
الدائرة التالية لمكثف لوحة متوازية تستخدم لشحن المكثف. في هذه الدائرة ، 'C' هو المكثف ، وفرق الجهد هو 'V' و 'K' هو المفتاح.
بمجرد إغلاق المفتاح مثل 'K' ، سيبدأ تدفق الإلكترونات من اللوحة 1 بالتدفق في اتجاه الطرف + V للبطارية. لذا فإن تدفق الإلكترونات سيكون من نهاية البطارية إلى نهاية + V.
دائرة مكثف لوحة متوازية
في البطارية ، يتدفق تدفق الإلكترونات في اتجاه الطرف الموجب ، وبعد ذلك ستبدأ في التدفق في اللوحة 2. على هذا النحو ، ستحصل هاتان الصفيحتان على شحنة ، حيث تحصل إحدى اللوحين على شحنة موجبة واللوحة الثانية سالبة الشحنة.
سيستمر هذا الإجراء بمجرد أن يحصل المكثف على فرق جهد في الكمية الدقيقة للبطارية. بمجرد توقف هذه العملية ، يقوم المكثف بتخزين الشحنة الكهربائية بما في ذلك فرق الجهد. يمكن كتابة الشحنة في المكثف بالشكل Q = CV
مبدأ مكثف اللوحة المتوازية
نعلم أنه يمكننا توفير كمية معينة من الشحنات الكهربائية للوحة مكثف. إذا قدمنا المزيد من الطاقة ، فهناك زيادة في الإمكانات بحيث تؤدي إلى تدفق خارج في الشحنة. بمجرد ترتيب اللوحة 2 بجوار اللوحة 1 التي تحصل على شحنة موجبة ، سيتم تزويد هذه اللوحة بشحنة سالبة 2.
إذا حصلنا على اللوحة 2 وتم وضعها بجوار اللوحة 1 ، فيمكن توفير الطاقة السالبة من خلال اللوحة 2. هذه اللوحة ذات الشحنة السالبة أقرب إلى اللوحة الموجبة الشحنة. عندما يتم شحن اللوحة 1 واللوحة 2 ، فإن الشحنة السالبة على اللوحة 2 ستقلل من فرق الجهد على اللوحة الأولى.
بدلاً من ذلك ، ستزيد الشحنة الموجبة على اللوحة الثانية من التغير المحتمل على اللوحة الأولى. ومع ذلك ، فإن الشحنة السالبة على اللوحة 2 سيكون لها تأثير إضافي. وبالتالي ، يمكن إعطاء المزيد من الشحنة على اللوحة 1. وبالتالي فإن التباين المحتمل سيكون أقل بسبب الشحنات السالبة على اللوحة الثانية.
سعة مكثف اللوح المتوازي
اتجاه المجال الكهربائي ليس سوى تدفق شحنة الاختبار الموجبة. يمكن استخدام حدود الجسم لتخزين الطاقة الكهربائية تُعرف بالسعة. يشتمل المكثف على سعته بالمثل ، يشتمل مكثف اللوحة المتوازية على لوحين معدنيين بمنطقة 'أ' ، ويتم فصلهما من خلال 'المسافة'. يمكن عرض صيغة مكثف اللوحة المتوازية أدناه.
ج = ك * ϵ0 * أ * د
أين،
'ϵo' سماحية الفضاء
'k' هي السماحية النسبية للمادة العازلة
'د' هو الحاجز بين الصفيحتين
'أ' مساحة لوحين
اشتقاق مكثف اللوحة المتوازية
يظهر أدناه مكثف ذو لوحين مرتبتين على التوازي.
اشتقاق مكثف
تحمل اللوحة الأولى في المكثف شحنة '+ Q' وتحمل اللوحة الثانية شحنة '–Q'. يمكن الإشارة إلى المنطقة الواقعة بين هذه اللوحات بالحرف 'أ' والمسافة (د). هنا ، 'د' أصغر من مساحة الألواح (د< σ = س / أ وبالمثل ، عندما تكون الشحنة الكاملة على اللوحة الثانية '-Q' وتكون مساحة اللوحة 'A' ، فيمكن اشتقاق كثافة الشحنة السطحية σ = -Q / A يمكن تقسيم مناطق هذا المكثف إلى ثلاثة أقسام مثل area1 و area2 و area3. المنطقة 1 متروكة للوحة 1 ، المنطقة 2 بين المستويات والمنطقة 3 هي يمين اللوحة الثانية. يمكن حساب المجال الكهربائي في المنطقة المحيطة بالمكثف. هنا ، المجال الكهربائي متسق ومساره من لوحة + V إلى لوحة –Ve. يتم حساب فرق الجهد عبر المكثف بضرب المسافة بين المستويين بالمجال الكهربائي ، ويمكن اشتقاقه على النحو التالي ، V = Exd = 1 / ε (Qd / A) يمكن اشتقاق سعة اللوحة الموازية على النحو التالي C = Q / V = εoA / د السعة لمكثف لوحة متوازية مع 2 عازل موضحة أدناه. تبلغ مساحة كل لوحة Am2 ويتم فصلها بمسافة d-meter. العازلان هما K1 و k2 ، ثم تكون السعة كما يلي. سعة النصف الأساسي من عرض المكثف هي د / 2 = C1 => K1Aϵ0 / د / 2 => 2K1Aϵ0 / د وبالمثل ، فإن سعة النصف التالي من المكثف تساوي C2 = 2K2Aϵ0 / د بمجرد توصيل هذين المكثفين على التوالي ، ستكون السعة الصافية Ceff = C1C2 / C1 + C2 = 2Aϵ0 / د (K1K2 / / K1 + K2) تشمل تطبيقات مكثف اللوحة المتوازية ما يلي. 1). ما هو مكثف اللوح المتوازي؟ عندما يتم توصيل لوحين معدنيين بالتوازي عن طريق الفصل بـ a مواد عازلة يُعرف باسم مكثف اللوحة المتوازية. 2). كيف يمكننا حساب سعة مكثف لوحي متوازي؟ يمكن حساب سعة هذا المكثف باستخدام هذه الصيغة مثل C = ε (A / d). 3). ما هي وحدة النظام الدولي للمكثف وحدة SI هي الفاراد (F). 4). ما الذي تعتمد عليه سعة مكثف اللوحة المتوازية؟ يعتمد ذلك على المسافة ومساحة الصفيحتين. وبالتالي ، فإن هذا كله يتعلق بإلقاء نظرة عامة على مكثف اللوحة المتوازية. كلما احتاجت كمية كبيرة من الشحنات الكهربائية إلى التخزين مكثف ، لا يمكن ذلك داخل مكثف واحد. لذلك يتم استخدام مكثف لوحة متوازية لتخزين كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية حيث تستخدم لوحين مثل الأقطاب الكهربائية. إليك سؤال لك ، ما هي مزايا وعيوب مكثف الألواح المتوازية؟استخدامات / تطبيقات مكثف اللوحة المتوازية
أسئلة وأجوبة
