طاقة مكثف مشحون ، استخدام المكثفات

المعادن موصلات ممتازة للكهرباء. يجرون الكهرباء لأن لديهم ناقلات إلكترون مجانية بدون شحنة كهربائية. وإذا تم إنشاء فرق جهد في نهايات ، على سبيل المثال ، سلك نحاسي بمساعدة مصدر ثابت لـ EMF ، فسوف ينشأ تيار كهربائي في مثل هذا السلك - ستتقدم الإلكترونات من الطرف السالب لـ EMF المصدر - إلى نهايته الإيجابية.

على العكس من ذلك ، فإن العوازل ليست موصلات للتيار الكهربائي ، حيث لا توجد فيها ناقلات شحن كهربائية مجانية. حاملات الشحنة الموجبة والسالبة في العوازل مترابطة وتشكل ما يسمى بثنائيات الأقطاب الكهربائية ، والتي في مجال كهربائي خارجي لا يمكن إلا أن تدور ، ولكنها غير قادرة على التحرك بشكل انتقالي تحت تأثير المجال الكهربائي.

المزيد عن هذا: الاختلافات بين المعادن والعوازل الكهربائية ، و لماذا لا توصل العوازل الكهرباء

خذ ، على سبيل المثال ، قطعة عازلة على شكل أنبوب بولي كلوريد الفينيل (بولي فينيل كلوريد هو عازل).قم بتغطية السطح الخارجي للأنبوب بغشاء ملتصق وقم ببساطة بتعبئة المزيد من الرقائق المجعدة بالداخل بحيث تلامس الجدران الداخلية للأنبوب في كل مكان.

إذا أخذنا الآن مصدر EMF ، فلنقل بطارية 24 فولت وقم بتوصيله بالقطب السالب بالرقائق الداخلية والقطب الموجب بالخارج ، ثم سيتلقى كلا الجزأين من الرقاقة شحنة من علامات مختلفة من البطارية وسيتلقى مجال كهربائي موجه من الخارج من الداخل تعمل في الحجم الكامل لجدار الأنابيب البلاستيكية.

لذلك ، في هذا المجال الكهربائي ، سوف تدور جزيئات العزل الكهربائي (PVC) ، وتوجه نفسها وفقًا للمجال الكهربائي الخارجي - العازل مستقطب بحيث تحول الجزيئات المكونة لها جوانبها السلبية إلى الخارج - على التوالي ، إلى القطب الموجب (إلى الرقاقة المتصلة بالبطارية زائد) ، مع جوانبها الإيجابية - إلى الداخل ، إلى القطب السالب. دعونا نزيل البطارية.

تظل الشحنة الموجبة على الرقاقة الخارجية ، حيث لا تزال ممسكة بالجوانب السالبة الشحنة من جزيئات PVC المتجهة للخارج ، وشحنة سالبة من الداخل ، حيث يتم تثبيتها بواسطة الجوانب الموجبة للجزيئات العازلة التي انقلبت إلى الداخل. حدث كل شيء وفقًا لقانون الكهرباء الساكنة.

إذا أغلقت الآن الأجزاء الخارجية والداخلية من الرقاقة باستخدام الزردية ، فعندئذٍ يمكنك في لحظة الإغلاق أن تلاحظ شرارة صغيرة: تجذب الشحنات المعاكسة من الصفائح بعضها البعض وتسبب تيارًا عبر السلك (الكماشة) والعزل الكهربائي يعود إلى حالته الأصلية المحايدة.

من الآمن أن نقول أنه في هذا الجهاز ، يتكون من أنبوب عازل ولوحين من رقائق معدنية ، عند توصيل بطارية به ، تراكم طاقة كهربائية.

تسمى الأجهزة ذات التكوين المماثل - عازل كهربائي مغلق بين لوحات موصلة معزولة عن بعضها البعض المكثفات الكهربائية.

من المثير للاهتمام:المكثفات والبطاريات - ما الفرق؟

تاريخياً ، تم اختراع أول نموذج أولي للمكثف ، وهو Leiden Bank ، في عام 1745 في Leiden بواسطة الفيزيائي الألماني Ewald Jürgen von Kleist وبشكل مستقل من قبل الفيزيائي الهولندي Peter van Muschenbrück.

تعتمد طاقة المكثف المشحون على الجهد (فرق الجهد بين اللوحين) المشحون به ، نظرًا لأننا نتحدث عن الطاقة الكامنة للشحنات المعاكسة على الألواح المنفصلة عن بعضها البعض.

لذلك ، فإن هذه الطاقة تساوي الشغل الذي سيفعله المجال الكهربائي لهذه الشحنات عندما تجتذب بعضها البعض (أو الذي قام به المصدر عندما تم فصلها أثناء شحن المكثف). العمل الأولي لنقل جزء أولي من الشحنة من لوحة إلى أخرى يساوي:

المكثفات ذات التكوينات المختلفة ، عند شحنها بنفس مقدار الشحن ، ستواجه اختلافات محتملة مختلفة بين الألواح. يمكن القول أيضًا أنه بالنسبة للمكثفات المختلفة ، فإن الفولتية المختلفة المطبقة على الألواح ستؤدي إلى شحنة مختلفة كميًا.

في الممارسة العملية ، هذا يعني أن لكل مكثف قيمة ثابتة معينة ، وهي خاصية تميز هذا المكثف المعين ، فيما يتعلق بتكوينه ، وشكل الألواح ، وثابت العزل الكهربائي ، وما إلى ذلك. هذه المعلمة تسمى القدرة الكهربائية ج- الشحنة الموجودة على المكثف q مرتبطة بفرق الجهد بين لوحيه U كما يلي:

لذلك ، يمكن كتابة التعبير عن إجمالي الطاقة للمكثف المشحون ، بمجرد تكامله ، على النحو التالي:

اليوم ، تُستخدم المكثفات في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا: كأجهزة تخزين الطاقة الكهربائية ، كمرشحات لتنعيم الموجات في إمدادات الطاقة ، أثناء التحكم في دوائر RC للأجهزة الإلكترونية ، في أجهزة تعويض الطاقة التفاعلية ، في تركيبات الحث وأجهزة الراديو كجزء لدائرة متذبذبة ، في مولدات النبض القوية ، في المسرعات الكهرومغناطيسية ، في عدادات رطوبة الهواء ، إلخ.

لمزيد من التفاصيل انظر هنا:لماذا تستخدم المكثفات في الدوائر الكهربائية؟