أحدث المقالات

الاثنين، 5 فبراير 2018

المكثف الكهربائي (المواسع) Capacitor

ما هو المكثف الكهربائي (المواسع)؟

يتم تعريف المكثف الكهربائي على أنه  أحد مكونات الدوائر الكهربائية والالكترونية والتي تقوم بتخزين الشحنة الكهربائية لفترة من الزمن لحين استخدامها و تفريغها عند تركيبه في دائرة كهربية، كما يمكن إعادة شحنه مرة أخرى و هكذا. و الشكل التالي يوضح أشكال بعض المواسعات

مم يتكون المكثف الكهربائي وكيف يعمل؟

إن فكرة عمل المكثف الكهربائي تقوم على مكوناته، حيث يتكون المواسع الكهربائي من صفائح معدنية رقيقة موصلة للكهرباء يحمل كل منهما شحنة كهربائية متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة توضع فوق بعضها و يتم عزلها بطبقات تلف حول بعضها لتصغير حجم المواسع مسببة في ذلك توليد مجال كهربائي بينهما. الشحنة السالبة -Q على اللوح A والشحنة الموجبة +Q على اللوح الآخر كما في الشكل التالي:

أنواع المكثفات (المواسعات) الكهربائية 

فتتحدد المواسعات بحسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته؛ فاذا كانت من الهواء يطلق على المواسع اسم المواسع هوائي، أو من الأوراق (الكرتون) فيسمى بالمواسع الورقي أو بلاستيكي إذا كانت من البلاستيك ، أو المواسع ميكا، أو المواسع سيراميك وهكذا حسب نوع مادته. إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة فيطلق عليه اسم المكثف الكيماوي أو الالكتروليتي.

وحدة قياس سعة المكثف (الفاراد)

تقاس سعة المكثف (المواسع) بوحدة الفاراد. و كون سعة المكثفات أقل بكثير من الفاراد فتقاس بـ:
   المللي فاراد: و يرمز لها بالرمز mF و تساوي 1 / 1000 جزء من الفاراد
المايكروفاراد: و يرمز لها بالرمزFµ  و تساوي 1 / 1000000 جزء من الفاراد
النانو فاراد: و يرمز لها بالرمز nF     و تساوي 1 / 1000000000 جزء من الفاراد
البيكوفاراد: و يرمز لها بالرمز pF      و تساوي 1 / 1000000000000 جزء من الفاراد

كيف يتم التعرف على قيمة المواسع أو المكثف ؟

يتم التعرف على قيمة المكثف (المواسعة) وذلك بالنظر اليه، حيث يكتب عليه قيمته بالمايكروفاراد. وأيضا يطبع على المواسع كمية الجهد الذي يعمل عليه. حيث تعمل المتسعات على جهد كهربائي يتراوح من بضع عشرات فولت كما في الدوائر الإلكترونية والكهربائية و قد تصل الى آلاف الفولتات كما في شبكات القدرة الكهربائية.

حساب سعة المكثف الكهربائي

أما رياضياَ فيتم التعرف على سعة المكثف بحسب العلاقة التالية :
سعة المواسع = الشحنة (بالكولوم) ÷ فرق الجهد بين طرفي المواسع (بالفولت).

كيف يتم فحص المكثف الكهربائي؟

لمعرفة كيفية فحص المكثف الكهربائي اضغط هنا 

 العوامل التي تؤثر على أداء المواسع الكهربائي و عمله

 من العلاقة الرياضية في الأعلى نلاحظ ما يلي:
أن سعة المكثف تزيد بزيادة المساحة حيث أن الشحنة تزداد عند زيادة مساحة سطح المكثف.
إن سعة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة السطحية للألواح، فإذا زادت مساحة سطح اللوح زادت سعة المكثف وذلك لزيادة استيعابه للشحنات الكهربائية، وبالعكس تقل سعة المكثف كلما قلت هذه المساحة.
تقل السعة عندما تزداد المسافة بين الألواح وتزداد كلما قلت تلك المسافة، أي أنه يوجد تناسب عكسي بين سعة المكثف والمسافة بين ألواحه.
تتغير سعة المكثف بتغير المادة العازلة بين الألواح ويعتبر الهواء الوحدة الأساسية لمقارنة قابلية عزل المواد الأخرى المستعملة في صناعة المكثفات. يوجد لكل مادة ثابت عزل يطلق عليه إبسلون  ε.
فتلك هي العوامل التي تؤثر على أداء المواسع و عمله.
هنالك العديد من الأسئلة الشائعة المتعلقة بالمكثفات الالكترونية أبرزها:

كيف أستطيع التعرف على القطب السالب و الموجب للمكثف الالكتروني ؟

هنالك نوعان رئيسيان للمكثفات الالكترونية من حيث القطبية، يطلق على النوع الأول المكثف غير القطبي حيث يربط بالدارة الكهربائية دون الأخذ بعين الاعتبار أي من تلك الأرجل الموصلة هي القطب السالب أو الموجب. أما النوع الثاني هو المكثف القطبي؛ حيث يجب مراعاة القطب الموجب و القطب السالب عند تركيبه في الدارة الكهربائية و إلا تعرض ذلك المواسع للتلف. و الشكل التالي يوضح أشكال تلك المواسعات و رمزها في المخططات الالكترونية:

كيف أستطيع التعرف على مقدار المواسعة للمكثف الالكتروني السيراميك و غيره من المواسعات صغيرة الحجم ؟

معظم المواسعات (المكثفات) الالكترونية من نوع سيراميك و صغيرة الحجم تقاس وحدتها بالبيكو فاراد حيث تحسب كما يلي: في الشكل التالي مواسع سيراميك كتب عليه العدد 221 و نعني بذلك أن مواسعته بالبيكوفاراد هي 22 X 10 pF  =  0.00022 µF


 المواسع التالي من نوع Tantalum صغير الحجم تحسب مواسعته أيضا هكذا:

استعمالات / استخدامات المكثف الكهربائي في الدائرة الإلكترونية

ما فائدة المكثف في الدائرة الكهربائية؟

1- يستعمل المكثف الكيماوي للشحن والتفريغ في دوائر تقويم التيار التي تحول التيار المتغير إلى تيار مستمر.
2- يستعمل المكثف المتغير على التوازي مع ملف لاختيار المحطات (تردد الموجات) في جهاز الراديو (عملية توليف (راديو).) أو جهاز التلفزيون  لالتقاط الموجات الكهرومغناطيسية.
3- يستعمل المكثف لترشيح و فلترة إشارات التيار المتردد لمنع مرور التيار المستمر في الدائرة الكهربائية، حيث يعمل (كمكثف ربط) Coupling أو (مكثف تسريب) Bypass.
4- أما في كاميرات التصوير، فيستعمل المكثف الكيماوي كبير السعة في دوائر الفلاش، حيث يتم تخزين شحنات كهربية عالية فيها، وعندما تفرغ فجأة يعطي ضوءا أبيضا باهرا يساعد في التقاط الصورة.
5- يوصل المكثف مع المقاومة في الدائرة الإلكترونية للحصول على أشكال موجات متنوعة (ترددات) ويطلق على الدائرة في هذه الحالة دائرة تفاضل أو دائرة تكامل كما في دارات المؤقت 555.