ما هو المكثف وكيف يعمل وما هي استخداماته

1 إجابة واحدة
طالب
الإعلام, Syrian virtual university

المُكثّف (capacitor) وهو واحد من أهم الأجهزة الالكترونية في حياتنا اليومية، فبالرغم من مكوناته البسيطة إلا أنّه من أهم القطع المدموجة داخل أي دارة كهربائية إن كانت صغيرة الجهد أو كبيرة.

وكتعريفٍ عمليٍّ له فهو جهاز الكتروني كهربائي يتكوّن من موصلين كهربائيين متوازيين – الموصل الكهربائي هو مادة تسمح بمرور الشحنة الكهربائية – ينقُلان التيار بجهة مُعاكِسة وشدّة متساوية.

غالبًا ما يكون هذين الموصلين الكهربائيين عبارة عن لوحين معدنيين متساويين في الحجم والسعة ومتوازيين في الاتجاه ويُطلَق عليهما “لأقطاب الكهربائية” ممكن أن تكون هذه الأقطاب مُسطّحة أو منحنية وتُفصل عن بعضها البعض بواسطة عازل كهربائي يلعب دورًا هامًا في زيادة سعة الأقطاب وبالتالي زيادة الجهد وعمل المكثف.

في السياق ذاته وبعرضٍ سريع دعني أذكرك قليلًا بمفهوم “السعة” المطروح سابقًا:

هو تعبير فيزيائي عن قدرة المادّة في حفظ الشحنة الكهربائية ويُرمَز لها c، وتُحسَب بطريقتين إمّا عن طريق المساحة المادية للصفائح أو عن طريق الجهد المطبق على الألواح، من خلال القانون الفيزيائي:

C=q/v

بحيث تكون:

q: الشحنة الكهربائية.

v: الجهد المطبّق على الموصل الكهربائي.

والآن بالعودة إلى آلية عمل المكثّف، لوحِظَ عند دمج المُكثّف بالدارة الكهربائية ومرور التيار الكهربائي فيها تُشحَن كل لوحة معدنية بسيل من الشحنات الكهربائية المتساوية، يتراكم جزء من هذه الشحنات في اللوح الأول بالاتجاه الموجب ويتراكم الجزء الآخر في اللوح الثاني بالاتجاه السالب مما يخلَق مجالًا كهربائيًا مغناطيسيًا يؤدي إلى فرق الجهد بين اللوحين وبالتالي إلى توليد طاقة داخل هذا المكثف تسمح بعمله بطريقة مُعيّنة تبعًا لعدد الشحنات وسعة الألواح.

ويُعبّر عن طاقة المكثّف بالقانون الفيزيائي:

E = C (ΔV) /2

بحيث يكون:

E: الطاقة المخزنة في المكثف وتُقاس بالجول (J).

C: هي سعة المكثف وتقاس بالفاراد (F).

ΔV: هو الجهد بين الألواح ويُقاس بالفولت (V).

ومن خلال هذه العلاقة سترى أنّ طاقة المكثّف الكهربائية تتناسب بشكل طردي مع كل من السعة والجهد، أي تزداد هذه الطاقة بازديادهما وتنقص بنقصانهما.

يُشحَن المكثف ويُفرّغ بشكل دوري وذلك من خلال فتح مسار بديل داخل المكثّفات – تفريغ ذاتي للمكثفة – أو من خلال استخدام تيار متناوِب داخل الدارة، وفي الحقيقة لا يستطيع المكثّف تخزين كميات كبيرة من الطاقة مثل البطاريات أو الأجهزة الأكبر هيكلية وجاهزية، لذلك تقتصر استخداماته على التطبيقات والآليات التي تتطلب إمّا تخزينُ كمياتٍ صغيرةِ من الطاقةِ أو ضبط ارتفاع الجهد، ومن استخداماته:

  • يُستخدَم المكثّف في الدارات الالكترونية والكهربائية التي تعتمد على الوقت بسبب قدرته العالية على التفريغ والشحن بانتظام وبالتالي تخزين طاقة صغيرة وإطلاقها بسرعة ومن ثم معاودة شحنها، واستنادًا على ذلك فإنّ المكثف يتواجد في أغلب الصمامات الباعثة للضوء فمثلًا عند الضغط على زر التقاط صورة في الهاتف المحمول، سُرعان ما تتحرّر الشحنة إلى المكثف وتصل إلى الذروة لتخرج ومضة – الفلاش – وتختفي سريعًا وتعود للشحن وانتظار تحرير الشحنات.
  • يُستخدم المكثّف في الدارات المكبّرة للصوت أيضًا وفق عملية تُسمى “اقتران المكثفات” حيث تسمح بمرور التيار المتردد داخل المكبّر مع حجب التيار المستمر مما يساعد في تحويل هذه الموجات المتناوبة إلى أصوات واضحة.
  • يستخدَم لتثبيت التيار وتعديل مسار التيار من متناوب إلى شبه مستمر وذلك من خلال إضافته إلى الأجهزة المنزلية الضخمة التي تتغذّى بتيار متردد ذو موجاتٍ متناوبةٍ بين صعود وهبوط، فيُعيّر المكثف ليشحَن طاقته على خط ارتفاع هذه الموجة ويُفرّغ في الذروة، وعندما يُفرّغ بشكل كامل ينخفض قليلًا ويعود إلى الارتفاع بسرعة ليشحن بالكامل ويتابع العملية، وبهذه الطريقة لا يجد التيار الخارج من الدارة الفرصة لتكوين الموجة منخفضة وبالتالي يتحوّل لتيار شبه مستمر أو مباشر.
  • يُستخدم المكثف بشكل عام في الأجهزة التي تتطلّب وجود بطاريات كبيرة أو صغيرة، ويكون بهذه الحالة كصمّام أمان يمنع فقدان الذاكرة أثناء تغيير البطارية.
  • يُستخدم المكثف في سيارات السباق بشكل عام ونراه على وجه التحديد في سيارات سِباق لومان الفرنسي (24 Hours of Le Mans)، حيث يشغّل هذا المكثف المحركات الكهربائية في العجلات الأمامية للسيارات مما يزيد من طاقة السيارة بشكل عام فيولّد قوة دفع رباعي تساعدها في الخروج من الزوايا، وبشكل عام فإنّ هذا النوع من المكثّفات يُشحَن من خلال الكبح التجديدي.

يعمل الآن بعض الباحثين والخبراء على تطوير المكثفات الفائقة للمساعدة في تخزين طاقة أكبر، لتعود بالفائدة على مجال الطاقة ككل من نقل وتخزين وتحرير وذلك من مصادر منفصلة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

أكمل القراءة

216 مشاهدة

0

هل لديك إجابة على "ما هو المكثف وكيف يعمل وما هي استخداماته"؟