المكثف المسطح هو جهاز يتكون من لوحين معدنيين مفصولين بعازل كهربائي. عندما يتم توصيل مكثف بمصدر جهد ثابت ، تتغير الشحنة على الألواح.
عندما يتم توصيل مصدر جهد التيار المستمر بمكثف مسطح ، تبدأ شحنات العلامات المختلفة في التراكم على لوحاته. يتم جمع الشحنات الموجبة على لوحة واحدة ، ويتم جمع الشحنات السالبة على الأخرى. ويرجع ذلك إلى المجال الكهربائي الناتج عن مصدر الجهد المتصل.
تختلف الشحنة الموجودة على ألواح المكثف المسطح اعتمادا على الجهد المتصل. إذا زاد الجهد عند المصدر ، فإن الشحنة على الألواح تزداد أيضا ، والعكس صحيح – عندما ينخفض الجهد ، تنخفض الشحنة على الألواح.
من المهم تغيير الشحنة على ألواح المكثف المسطح. هذا يرجع إلى حقيقة أن التغيير في الشحنة في المكثف يؤدي إلى تغيير في طاقة المجال الكهربائي بين الألواح. وهذا بدوره يمكن أن يتسبب في تغيير الخصائص الأخرى للمكثف ، مثل السعة والجهد الكهربائي.
- تغيير تهمة مكثف
- تأثير الاتصال بالمصدر
- الشحن بجهد ثابت
- الصيغة لحساب التهمة
- الشحن والتفريغ الوقت
- تأثير قدرة المصدر
- سؤال وجواب
- ماذا يحدث للشحن على ألواح مكثف مسطح عند توصيله بمصدر جهد تيار مستمر?
- كيف ستتغير الشحنة على لوحات المكثف عندما تتغير قيمة الجهد المتصل?
- لماذا توجد إعادة توزيع للشحنات على لوحاتها عند توصيل مكثف بمصدر جهد تيار مستمر?
تغيير في شحنة المكثف
عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد تيار مستمر ، يحدث تغيير في الشحن على لوحاته. يتم تحديد شحنة المكثف من خلال قدرته والجهد المطبق عليه. عندما يتم توصيل مصدر جهد بمكثف ، يتم شحن المكثف أو تفريغه.
شحن المكثف:
- في اللحظة الأولى من الزمن ، عندما يكون المكثف متصلا بالمصدر ، تكون شحنته صفرا.
- تحت تأثير مصدر الجهد المتصل ، تبدأ الجسيمات المشحونة (الإلكترونات) في التحرك داخل المكثف.
- أثناء عملية شحن المكثف ، تزداد الشحنة على لوحاته. تحدث هذه العملية بشكل كبير وتعتمد على سعة المكثف والجهد المستقر.
- عندما يصل المكثف إلى شحنة ثابتة ، تتوقف عملية الشحن ويتم شحن المكثف بالكامل.
تفريغ مكثف:
- إذا تم فصل مصدر الجهد عن المكثف ، فستبدأ عملية التفريغ.
- أثناء تفريغ المكثف ، تنخفض الشحنة على لوحاته. تحدث هذه العملية أيضا بشكل كبير.
- عندما يتم تفريغ المكثف بالكامل ، تصبح الشحنة على لوحاته صفرا.
يمكن تمثيل التغيير في شحنة المكثف أثناء الشحن والتفريغ بيانيا أو التعبير عنه بواسطة صيغ رياضية تعتمد على خصائص المكثف ومصدر الجهد المتصل.
تعتبر دراسة عملية تغيير شحنة المكثف عند توصيله بمصدر جهد التيار المستمر مهمة لفهم تشغيل واستخدام المكثفات في الأجهزة الإلكترونية المختلفة.
تأثير الاتصال بالمصدر
عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد تيار مستمر ، تحدث تغييرات في الشحن والجهد والطاقة للنظام. كل هذه المعلمات تعتمد على الجهد والسعة للمكثف.
1. تهمة: عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد تيار مستمر ، تتدفق الشحنة بين لوحاته. الشحنة الأولية للمكثف هي صفر ، لذلك تبدأ الشحنة في التراكم على الألواح. يتم تحديد مقدار الشحنة من خلال سعة المكثف والجهد عليه وفقا للصيغة: س = ج * ش ، حيث س هو المسؤول ، ج هو القدرة ، و ش هو الجهد.
2. الجهد: عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد ثابت ، يبدأ الجهد على لوحاته في التغير. الجهد الأولي على المكثف هو صفر ، لذلك يزيد تدريجيا إلى قيمة المقابلة لجهد المصدر. تعتمد قيمة الجهد على المكثف على الشحنة والسعة وفقا للصيغة: يو = ف / ج ، حيث يو هو الجهد ، ف هو الشحن ، ج هو السعة.
3. الطاقة: عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد ثابت ، تتغير طاقة النظام. في البداية ، تكون طاقة المكثف صفرا ، لذلك تبدأ الطاقة في التراكم في العنصر السعوي. كمية الطاقة في مكثف يعتمد على تهمة والجهد وفقا للصيغة: ه = (1/2) * ج * ش^2 ، حيث ه هي الطاقة ، ج هو السعة ، ش هو الجهد.
يعد التغيير في الشحن والجهد والطاقة على ألواح المكثف المسطح عند توصيله بمصدر جهد التيار المستمر هو السبب الرئيسي لظهور مجال كهربائي وطاقة كهربائية في النظام.
الشحن بجهد ثابت
عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد ثابت ، يتم شحنه. تختلف شحنة المكثف المسطح اعتمادا على الجهد والوقت الذي يتم فيه توصيل المكثف بالمصدر.
عندما يتم توصيل لوحات المكثف بالمصدر ، يبدأ الجهد في الزيادة ، مما يؤدي إلى فرق محتمل بين اللوحات. يبدأ التيار بالتدفق عبر المكثف ، وشحنه.
يمكن التعبير عن شحنة المكثف من حيث السعة والجهد عليه:
س = ج * ش
أين ف هي الشحنة على المكثف ، ج هي سعة المكثف ، و ش هو الجهد على المكثف.
مع وجود جهد ثابت على المكثف ، ستزداد الشحنة عليه بمرور الوقت حتى يصل فرق الجهد بين لوحات المكثف إلى حالة توازن مع جهد المصدر.
يمكن أيضا التعبير عن شحنة المكثف من حيث التيار المتدفق عبره:
س = ط * ر
أين أنا هو التيار المتدفق عبر المكثف ، ر هو الوقت الذي يتدفق فيه التيار عبر المكثف.
سينخفض التيار المتدفق عبر المكثف بمرور الوقت حيث يتم شحن المكثف.
عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد تيار مستمر ، يتم شحن المكثف ، ثم يحتفظ بالشحنة وفرق الجهد بين الألواح حتى يتم فصله عن المصدر.
من المهم التحقق بانتظام من الجهد على المكثف وشحنته لتجنب التحميل الزائد أو تفريغ المكثف.
الصيغة لحساب التهمة
عندما يتم توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد تيار مستمر ، يتم إعادة توزيع الشحنة على لوحاته. يمكن حساب الشحنة التي تظهر على لوحات المكثف باستخدام الصيغة التالية:
س = ج * ش
أين:
- س هي الشحنة الموجودة على ألواح المكثف (بالكولوم);
- ج هي سعة المكثف (بالفاراد);
- ش هو جهد المصدر (بالفولت).
وبالتالي ، فإن الشحنة الموجودة على ألواح المكثف المسطح تتناسب مع قدرتها والجهد المتصل.
الشحن والتفريغ الوقت
يعتمد وقت الشحن والتفريغ للمكثف المسطح عند توصيله بمصدر جهد التيار المستمر على سعة المكثف ومقاومة الوسط الموصل المتضمن في الدائرة.
يتم شحن المكثف أضعافا مضاعفة ويمكن وصفه بالصيغة التالية:
ف (ر) = ف 0 (1-ه-ر / ص)
أين:
- س (ر) هي شحنة المكثف في الوقت المناسب ر
- س 0 هو الحد الأقصى لشحن المكثف
- تي هو الوقت المنقضي منذ بدء الشحن
- ص هي مقاومة الدائرة
- ج هو مكثف مكثف
يحدث تفريغ المكثف أيضا بشكل كبير:
ف (ر) = ف 0 ه-ر / ص
حيث تكون قيم جميع المتغيرات هي نفسها كما في صيغة الشحن.
يمكن أن نرى من الصيغ أن وقت الشحن والتفريغ يعتمد على وقت الاسترخاء أرسي ، أين ص هي مقاومة الدائرة و ج هي سعة المكثف.
يحدد مقدار وقت الاسترخاء مدى سرعة وصول المكثف إلى 63 ٪ من الحد الأقصى لشحنه أو تفريغه.
كلما زادت سعة المكثف أو مقاومة الدائرة ، كلما استغرق شحن المكثف أو تفريغه وقتا أطول.
يسمح لك مصدر الجهد الثابت بتوفير جهد ثابت على لوحات المكثف ، مما يسمح لك باستخدامه لتخزين الطاقة وتخزينها.
تأثير قدرة المصدر
عند توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد تيار مستمر ، تلعب سعة هذا المصدر دورا مهما. تحدد قدرة المصدر قدرته على تخزين الطاقة الكهربائية وتؤثر على تغيير الشحنة على لوحات المكثف.
تأثير مصدر عالي السعة:
- عند توصيله بمصدر عالي السعة ، سيبدأ المكثف في الشحن ببطء.
- ستزداد الشحنة على ألواح المكثف تدريجيا حتى يصل فرق الجهد بين الألواح إلى قيمة مساوية لجهد المصدر.
- كلما كانت سعة المصدر أكبر ، كلما استغرق الأمر وقتا أطول لشحن المكثف بالكامل.
تأثير قدرة المصدر المنخفضة:
- عند توصيله بمصدر منخفض السعة ، سيتم شحن المكثف بسرعة.
- ستزداد الشحنة على ألواح المكثف بسرعة حتى يصل فرق الجهد بين الألواح إلى قيمة مساوية لجهد المصدر.
- كلما كانت سعة المصدر أصغر ، كلما كان الوقت الذي يستغرقه شحن المكثف بالكامل أقصر.
وبالتالي ، فإن قدرة المصدر تؤثر بشكل مباشر على معدل تغيير الشحنة على لوحات مكثف مسطح عند توصيله بمصدر جهد تيار مستمر. ستؤدي سعة المصدر الكبيرة إلى شحن بطيء للمكثف ، بينما ستضمن سعة المصدر الصغيرة شحنا سريعا للمكثف.
سؤال وجواب
ماذا يحدث للشحن على ألواح مكثف مسطح عند توصيله بمصدر جهد تيار مستمر?
عند توصيل مكثف مسطح بمصدر جهد تيار مستمر ، سيتم إعادة توزيع الشحنات على لوحاته. تتراكم الشحنة الموجبة على الجانب الموجب للمكثف ، وتتراكم الشحنة السالبة على الجانب السالب.
كيف ستتغير الشحنة على لوحات المكثف عندما تتغير قيمة الجهد المتصل?
عندما تتغير قيمة الجهد المتصل ، ستتغير الشحنة الموجودة على لوحات المكثف أيضا. إذا زاد الجهد المتصل ، فستزداد الشحنة على الألواح ، والعكس صحيح — إذا انخفض الجهد ، ستنخفض الشحنة على الألواح.
لماذا توجد إعادة توزيع للشحنات على لوحاتها عند توصيل مكثف بمصدر جهد تيار مستمر?
تحدث إعادة توزيع الشحنات على لوحات المكثف عند توصيلها بمصدر جهد تيار مستمر بسبب حقيقة أن المكثف له خاصية تراكم شحنة كهربائية. تتراكم الشحنة الموجبة على اللوحة الموجبة ، وتتراكم الشحنة السالبة على اللوحة السالبة ، حتى يصبح الجهد على المكثف مساويا للجهد المتصل.