المكثفات
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | مكثف |
| capacitance/kəˈpæsɪtəns/ | السعة الكهربائية |
| farad/ˈfæræd/ | فاراد |
الجهاز الذي يخزن الشحنة ويطلقها في لمح البصر
- شحن فلاش الكاميرا بهدوء، ثم يحرر طاقته في ومضة عين.
- الجزء الذي يخزن هذه الشحنة هو المكثف.
- إنه ببساطة موصلان يحملان شحنتين متساويتين ومتعاكسيتين.
- تظهر المكثفات في كل دائرة كهربائية، ومؤقت، ومصدر طاقة.
السعة = الشحنة لكل فولت
- السعة $C$ تقيس مقدار الشحنة التي يحفظها المكثف لكل فولت.
- $C = \dfrac{Q}{V}$، بوحدة الفاراد (1 F $= 1$ C/V).
- شحنة أكبر لنفس الجهد تعني سعة $C$ أكبر.
- اللوحان يحملان دائماً $+Q$ و$-Q$ — متساويتين ومتعاكستين.
شحن مكثف
غيّر الجهد ومسافة الصفائح وشاهد استجابة الشحنة المخزنة والحقل.
السعة الكهربائية تُعرف بأنها:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$C = Q/V$، الشحنة المخزنة لكل فولت، بالفاراد.
وحدة السعة في النظام الدولي هي ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
1 فاراد $= 1$ C/V.
الهندسة تحدد السعة
- للألواح المتوازية: $C = \dfrac{\varepsilon_0 A}{d}$.
- الألواح الأكبر (مساحة أكبر $A$) تحمل شحنة أكثر — سعة $C$ أكبر.
- الألواح الأقرب (فراغ أصغر $d$) تحمل شحنة أكثر — سعة $C$ أكبر.
- $C$ يعتمد على الشكل والحجم فقط، وليس على $Q$ أو $V$.
لزيادة سعة مكثف الصفيحتين المتوازيتين يمكنك:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$C = \varepsilon_0 A/d$: مسافة أصغر $d$ ترفع $C$. الجهد لا يتغير $C$.
سعة زوج ثابت من الصفائح لا تتغير عند رفع الجهد.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$C$ يعتمد فقط على الهندسة؛ كلما زاد $V$، زادت السعة لتخزين المزيد من $Q$.
الطاقة المخزنة
- شحن المكثف يخزن طاقة في مجاله: $U = \tfrac12 C V^2$.
- الأشكال المكافئة: $U = \tfrac12 QV = \dfrac{Q^2}{2C}$.
- يطلق الفلاش هذه الطاقة بسرعة لإنتاج نبضة ضوئية ساطعة.
- مضاعفة الجهد يخزن أربع مرات الطاقة.
مكثف $2\ \text{F}$ مشحون إلى $3\ \text{V}$. أوجد الطاقة المخزنة (بالجول).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(3^2) = 9\ \text{J}$.
المجال بين الألواح
- بين الألواح يكون المجال منتظماً: $E = \dfrac{V}{d}$.
- ادفع الألواح closer (فراغ أصغر $d$) ونفس $V$ يعطي مجالاً أقوى.
- إذا كان قوياً جداً، يحدث الشرر في الفراغ — وهو حد جهد المكثف.
- هذا المجال المنتظم هو صورة الألواح المتوازية من وحدة المجالات.
حدد كل العبارات الصحيحة حول المكثفات.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
شحنة متساوية/معاكسة، هندسية C، طاقة ½CV². رفع V لا يغير C.
لوحان بمساحة $0.02\ \text{m}^2$ يفصلهما مسافة $1\ \text{mm}$. أوجد $C$. ($\varepsilon_0 = 8.85\times10^{-12}$.)
- $C = \dfrac{\varepsilon_0 A}{d} = \dfrac{(8.85\times10^{-12})(0.02)}{0.001}$.
- $C \approx 1.8\times10^{-10}\ \text{F} = 180\ \text{pF}$.
$C$ محدد بواسطة الهندسة وحدها — المساحة والفراغ. رفع الجهد لا يغير $C$؛ بل يدفع تناسبياً شحنة أكثر على نفس المكثف ($Q = CV$).
المكثف يخزن شحنة متساوية ومتعاكسة على لوحين: السعة $C = Q/V$ (فاراد). للألواح المتوازية $C = \varepsilon_0 A/d$ — الهندسة فقط. يخزن طاقة $U = \tfrac12 CV^2$، مع مجال منتظم $E = V/d$ بين الألواح.