شارك
الرئيسيةما هو المكثف؟
هو عنصر تخزين الطاقة الكهربائية، ويتكون من ناقلين على مقربة شديدة من بعضهما بعضاً ومعزولين عن بعضهما. ومن أشهر الأمثلة عنه “مكثف الصفائح المتوازية“، إذ يتم إيداع شحنات موجبة على إحدى الصفيحتين وكمية مساوية من الشحنة السالبة على الصفيحة الأخرى ويفصل بينهما عازل. تتنوع المكثفات في حجمها واستخداماتها، فهناك المكثف الصغير المستخدم في تشغيل الآلة الحاسبة والمكثف الفائق الذي يمكنه تشغيل حافلة ركاب.
من اخترع المكثف؟
اخترع العالم البروسي (ألمانيا حالياً) إوالد جورج فون كليست المكثف في عام 1745 وبشكل مستقل عنه من قبل الفيزيائي الهولندي بيتر فان موشينبريك في نفس الوقت تقريباً، أثناء عملية التحقيق في الظواهر الكهروستاتيكية.
كيف يعمل المكثف؟
لكي نفهم عمل المكثف نستطيع تخيل المثال التالي:
لديك بطارية ومصباح كهربائي ومكثف، إذا كان المكثف كبيراً جداً، ستلاحظ عند توصيل البطارية أن المصباح يضيء بينما يتدفق التيار من البطارية إلى المكثف لشحنه، ومن ثم سيخفت نور المصباح بشكل تدريجي وينطفئ بمجرد وصول المكثف إلى أقصى سعته.
إن قمت لاحقاً بإزالة البطارية واستبدالها بسلك، سوف يتدفق التيار من إحدى لوحات المكثف إلى الأخرى، فيضيء المصباح في البداية ثم يخفت عند تفريغ المكثف، حتى ينفد تماماً.
ما هي خواص المكثفات؟
من أهم الخواص التي تتميز بها المكثفات ما يلي:
- التوقيت: إذ يمكن استخدام المكثفات في دارة تعتمد على الوقت، لأن شحنها وتفريغها يتم في فترات منتظمة. ومن المحتمل أن يكون أي ضوء وامض تراه أو صفير منتظم تسمعه في جهاز إلكتروني ناجماً عن مكثف توقيت.
- التنعيم: تتذبذب الكهرباء من مصدر التيار المتناوب على فترات منتظمة، ما يعني أن الشحنة في الدارة تتغير باستمرار بين الموجب والسالب، لكن العديد من الأجهزة تتطلب تياراً مستمراً، فيمكن للمكثف تحويل التيار المتناوب إلى تيار مستمر عن طريق “تنعيم” أو “تقويم” التيار.
- الاقتران: يمكن أن تسمح المكثفات بتمرير تيار متناوب مع منع مرور تيار مستمر في عملية تدعى “اقتران المكثف”، وتستخدم هذه الخاصية في مكبرات الصوت عن طريق تحويل التيار المتناوب إلى أمواج صوتية، فالمكثف يمنع تلف المكبرات الناجم عن وصول تيار مستمر إليها.
- الضبط: تُستخدم المكثفات المتغيرة في ضبط دارات أنظمة الراديو، إذ يقوم المكثف بالشحن ثم التفريغ في ملف من الأسلاك فيولّد مجالاً مغناطيسياً، ويحدث تيار الشحن والتفريغ هذا على فترات منتظمة، وعندما يكون تردد هذه الفواصل الزمنية هو نفسه تردد محطة راديو قريبة، فإن مكبر الصوت في الراديو سيلتقط هذه الإشارة وسيعزز صوت البث.
- تخزين الطاقة: يمكن أن تتراكم الطاقة ثم يتم إطلاقها بشكل مفاجئ في المكثف، وهذا مبدأ عمل الوميض الضوئي في دارة الكاميرا، عند الضغط على زر التقاط الصورة يتم تحرير شحنة المكثف ما يتسبب في ظهور الوميض.
ما هي العوازل المستخدمة في المكثفات؟
هناك عدة عوازل تستخدم في المكثفات وأهمها ما يلي:
- الهواء: غالباً ما يستخدم في دارات الراديو.
- البوليستر: يُستخدم لدوائر المؤقتات مثل الساعات وأجهزة الإنذار والعدادات.
- الزجاج: يفضل في تطبيقات الجهد العالي.
- السيراميك: يستخدم لأغراض الترددات العالية، مثل الهوائيات وأجهزة الأشعة السينية والتصوير بالرنين المغناطيسي.
هل المكثف بطارية؟
كلا، فالبطارية جهاز يمكنه تخزين الطاقة الكيميائية وتحويلها إلى طاقة كهربائية، بينما تخزن المكثفات الطاقة فيزيائياً، في شكل يشبه إلى حد كبير الكهرباء الساكنة.