المكثفات
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | مكثف |
| farad/ˈfæræd/ | فاراد |
فلاش الكاميرا: تخزين الشحنة ببطء، ثم تفريغها دفعة واحدة
- تشحن الكاميرا بصمت، ثم تطلق نبضة ضوئية في لحظة.
- وراء ذلك يوجد مكثف — جهاز يخزن الشحنة الكهربائية ويطلقها بسرعة.
- يتكون من موصلين يحملان شحنتين متعاكستين، مع مجال محبوس بينهما.
- المكثفات تشغيل الفلاشات، وتنعيم إمدادات الطاقة، ودوائر التوقيت.
ما هو المكثف
- المكثف عبارة عن صفيحتين موصلتين مفصولتين بفجوة صغيرة.
- عند توصيله بجهد، تكتسب إحدى الصفيحة شحنة + والأخرى شحنة −.
- السعة $C = \dfrac{Q}{V}$ تقيس كمية الشحنة التي يخزنها المكثف لكل فولت.
- تُقاس السعة بوحدة الفاراد ($1\ \text{F} = 1\ \tfrac{\text{C}}{\text{V}}$).
شحن مكثف
راقب تراكم الشحنة على الصفائح أثناء شحن المكثف، ثم تفريغه.
مكثف $2\ \text{F}$ مشحون إلى $3\ \text{V}$. كم مقدار الشحنة المخزنة، بـ $\text{C}$؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q = CV = 2 \times 3 = 6\ \text{C}$.
السعة الكهربائية تُعرف بأنها:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$C = Q/V$ — الشحنة المخزنة لكل فولت.
تُقاس السعة بـ ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$1\ \text{F} = 1\ \tfrac{\text{C}}{\text{V}}$.
تخزين الطاقة
- المكثف المشحون يخزن طاقة $U = \tfrac12 C V^2$ في المجال بين صفيحتيه.
- سعة أكبر أو جهد أعلى يعني طاقة مخزنة أكثر.
- على عكس البطارية، يمكنه إطلاق طاقته تقريباً فوراً — ومن هنا تأتي فلاشات الكاميرا.
- الشحن التفريغ يستغرق وقتاً، يحدده الدائرة (المستقبل في دوائر RC).
نفس المكثف $2\ \text{F}$ عند $3\ \text{V}$ يخزن كم طاقة، بـ $\text{J}$؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(9) = 9\ \text{J}$.
ما يحدد السعة
- صفائح أكبر تخزن شحنة أكثر، لذا مساحة أكبر ⇒ سعة أكبر.
- فجوة أصغر بين الصفائح ⇒ سعة أكبر (لأن الشحنات تجذب بعضها بقوة أكبر).
- عازل ديλεκتريك بين الصفائح يعزز السعة أكثر.
- إذن الهندسة، وليس الجهد، هي ما يحدد سعة المكثف.
تتغير سعة المكثف عند رفع الجهد عبره.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
السعة ثابتة هندسيًا؛ رفع $V$ يخزن المزيد من $Q$ لكن يحافظ على $C = Q/V$ ثابتًا.
حدد جميع التغييرات التي تزيد سعة المكثف.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
المساحة الأكبر والفاصل الأصغر والعازل يرفعان جميعهم $C$. الجهد لا يغير $C$.
السعة $C = Q/V$ هي خاصية ثابتة لـالمكثف نفسه (صفائح وفجوته) — ولا تتغير عند تغيير الجهد. رفع $V$ يخزن المزيد من الشحنة $Q$، مع بقاء النسبة $C$ ثابتة.
مكثف سعته $C = 2\ \text{F}$ مشحون لجهد $V = 3\ \text{V}$.
- الشحنة المخزنة: $Q = CV = 2 \times 3 = 6\ \text{C}$.
- الطاقة المخزنة: $U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(3^2) = 9\ \text{J}$.
المكثف يخزن الشحنة على صفيحتين؛ سعته $C = \dfrac{Q}{V}$ (بـ فاراد) ثابتة حسب هندسته، وليس الجهد. يخزن طاقة $U = \tfrac12 CV^2$ ويمكن إطلاقها بسرعة كبيرة — وهذا أساس فلاشات الكاميرا ودوائر التنعيم.