السعة الكهربائية Capacitance

السعة الكهربية والمكثف Capacitance and Capacitors :

السعة الكهربية هي مقياس لقدرة الدائرة على تخزين الشحنة الكهربائية. الجهاز المصنع ليكون له مقدار معين من السعة الكهربائية مكثف.المكثف مكون من زوج من الصفائح الموصلة يفصل بينهما طبقة رقيقة من مادة عازلة .تعرف المادة العازلة باسم dielectric (مادة عازلة) . عند تطبيق جهد بين الألواح فإن الإلكترونات تجبر على التوجه إلى أحد الألواح .هذا اللوح يصبح لديه فائض من الإلكترونات في حين أن اللوح الآخر يكون لديه نقص في الإلكترونات.اللوحالذى يوجد به فائض من الإلكترونات يكون سالب الشحنة .واللوح الذى يوجد به نقص فى الإلكترونات يكون موجب الشحنة .





التيار المستمر لا يستطيع المرور من خلال المواد العازلة لأنها عوازل ولكن يمكن استخدامه لشحن المكثف. المكثفات لديها القدرة (سعة) على الاحتفاظ بكمية محددة من الإلكترونات.سعة المكثف تعتمد على مساحة الألواح والمسافة بينها ونوع المادة العازلة .وحدة قياس السعة هي الفاراد (F) وغالبا ما يكون المكثف بوحدات μF (microfarads) أوpF (picofarads).

رموز دائرة المكثف :

عادة ما يوضح المكثف رمزيا فى الدوائر الكهربية إما بخطين أحدهما مستقيم والآخر منحنى أو بخطين مستقيمين .



دائرة المكثف البسيطة :


فى دائرة المقاومات التغير فى الجهد يعتبر لحظيا . إذا استخدام مكثف فإن الجهد عبر المكثف لا يتغير بنفس السرعة . فى الدائرة التالية فى البداية يكون المفتاح مفتوح ولا يطبق جهد على المكثف . عند غلق المفتاح يرتفع الجهد عبر المكثف بسرعة فى البداية ثم يبطأ أكثر فأكثر كلما أقترب الجهد من القيمة القصوى . لغرض الشرح نستخدم دائرة تيار مستمر DC .





الثابت الزمنى لدائرة مكثف (دائرة سعوية ) :


الزمن اللازم لوصول الجهد إلى قيمته القصوى في دائرة تحتوي على مكثف ذو سعة يتحدد بحاصل ضرب السعة بالفاراد فى المقاومة بالأوم ويعرف بالثابت الزمنى لدائرة بها سعة . الثابت الزمن يعطى (يحدد) الزمن بالثوانى الذى يستغرقه الجهد عبر المكثف فى الوصول إلى 63.2% من قيمته القصوى . عند غلق المفتاح فى الدائرة السابقة يتم تطبيق الجهد . خلال فترة الثابت الزمنى الأولى يرتفع الجهد إلى 63.2% من قيمته القصوى . خلال فترة الثابت الزمنى الثانية يرتفع الجهد إلى 63.2% من الجهد المتبقى ليصبح 86.4% من قيمته القصوى .لكى يصل الجهد إلى قيمته القصوى يستغرق خمس فترات من الثابت الزمنى .





بالمثل خلال نفس الزمن يصل التيار المار خلال المقاومة إلى الصفر .





حساب الثابت الزمنى لدائرة سعوية :


لحساب الثابت الزمنى لدائرة سعوية يستخدم أحد الصيغ التالية :





فى الشكل التوضيحى التالى C1 = 2 μFو R1 = 10 Ω. عند غلق المفتاح يستغرق الجهد عبر المكثف زمن قدره 20 microseconds ليرتفع من الصفر إلى 63.2% من قيمته القصوى وسوف يستغرق خمس فترات من الثابت الزمنى أى 100 microseconds ليرتفع إلى قيمته القصوى .






المكثف الكلى المكافىء لعدد من المكثفات الموصلة على التوالى :

توصيل المكثفات على التوالى يقلل من المكثف الكلى . التأثير يشبه زيادة المسافة بين الألواح .صيغة توصيل المكثفات على التوالى تماثل صيغة توصيل المقاومات على التوازى . فى الدائرة التالية مولد تيار متردد يغذى قدرة كهربائية لثلاثة مكثفات . يتم حساب السعة الكلية المكافئة من العلاقة :




المكثف الكلى المكافىء لعدد من المكثفات الموصلة على التوازى :

. فى الدائرة التالية مولد تيار متردد يغذى قدرة كهربائية لثلاثة مكثفات . يتم حساب السعة الكلية المكافئة من العلاقة :