صفحه اصلی

88954800 (021)

تهران , میدان فاطمی , ابتدای بزرگراه شهید گمنام , خیابان شهید جهانمهر , نبش بوعلی سینا غربی , طبقه سوم

بیایید کمی تئوری و عملکرد خازن ها را بررسی کنیم.

یک خازن شامل 2 هادی می باشد که به وسیله یک ناحیه نارسانا از یکدیگر جدا شده اند. ناحیه نارسانا می تواند از یک ناحیه خلا و یا مواد عایق الکتریکی با نام دی الکتریک شناخته شده اند، تشکیل شده است. به عنوان مثال از موادی مانند شیشه، هوا، کاغذ، پلاستیک، سرامیک و حتی یک ناحیه تهی نیمه هادی که از لحاظ شیمیایی به هادی ها نزدیک است می تواند به عنوان دی الکتریک استفاده شود. با توجه به قانون کولن یک بار که روی یک هادی قرار دارد نیرویی را بر بارهای حامل که درون هادی دیگر قرار دارد، اعمال می کند. بارهای با پلاریته مخالف یکدیگر را جذب می کنند و بارهای هم نام یکدیگر را دفع می کنند. این گونه بار با پلاریته معکوس روی هادی دیگر القا می شود. یک خازن ایده آل به وسیله یک ظرفیت خازنی ثابت C که واحد اندازه گیری آن در واحد SI فاراد می باشد و از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد:

Q نسبت بار مثبت و یا منفی روی هر هادی و V ولتاژ می باشد.

خازن 1 فاراد به معنای آن است که یک بار 1 کولنی روی هر کدام از هادی ها باعث به وجود آمدن 1 ولت ولتاژ در سراسر خازن شود. به دلیل این که هادی ها (صفحه ها) به هم نزدیک می باشند. بارهای مخالف روی هادی ها به علت وجود میدان الکتریکی یکدیگر را جذب می کند و به خازن این اجازه را می دهد که بار بیش تری را نسبت به زمانی که از هم جدا هستند برای یک ولتاژ معین ذخیره کند و این امر سبب به وجود آمدن ظرفیت خازنی بزرگ تری شود. در دستگاه های عملی، بار گاهی اوقات خازن مکانیکی را تحت تاثیر قرار می دهد و باعث می شود ظرفیت آن متفاوت باشد. در این مورد، ظرفیت با توجه به تغییرات افزایشی تعریف شده است:

مواد دی الکتریک

بیش تر خازن ها دارای اسپیسر دی الکتریک می باشند که در مقایسه با هوا و خلا ظرفیت خازنی شان افزایش می یابد. به منظور به حداکثر  رساندن باری که خازن می تواند نگه دارد، مواد دی الکتریک نیازمند این هستند که دارای حداکثر انعطاف پذیری ممکن باشد. همچنین باید دارای ولتاژ شکست بالا و فرکانس کمی باشند. خازن های با ظرفیت کم با ناحیه خلا بین صفحات در دسترس می باشد که دارای ولتاژ عملکرد بالا و تلفات کم می باشد. خازن های متغیر در مدارات تونلینگ رادیویی به صورت رایج مورد استفاده قرار می گیرند. در طراحی جدید دی الکتریک ها از فویل پلیمری بین صفحات متحرک و ثابت بدون فضای کافی هوا بین صفحات استفاده می شود. چندین نمونه دی الکتریک جامد موجود می باشد که شامل کاغذ، پلاستیک، شیشه، میکا و سرامیک می باشد.

کاغذ به طور گسترده ای در خازن های قدیمی تر مورد استفاده قرار می گرفت و برای کاربرد های ولتاژ بالا پیشنهاد می شد. هر چند که کاغذ رطوبت را جذب می کند، اما با خازن های فیلم پلاستیکی جایگزین شدند. اکثر فیلم های پلاستیکی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند دارای پایداری و طول عمر بهتری نسبت به دی الکتریک های قدیمی مانند کاغذ روغنی می باشد. کاغذ های روغنی به طور گسترده ای در مدارات تایمری استفاده می شدند اما برای کارهایی که با دما و فرکانس پایین کار می کردند، مناسب نبودند. به دلیل همین محدودیت ها استفاده از خازن های فیلم پلاستیکی به جای کاغذ های روغنی رواج پیدا کرد. خازن های فیلم پلاستیکی بزرگ به طور گسترده ای در مدارهای جلوگیری کننده، مدارهای استارت موتور و مدارهای اصلاح توان مورد استفاده قرار می گیرند. خازن های سرامیکی عموما دارای سایز کوچک می باشند و برای کاربرد های فرکانس بالا بسیار مناسب می باشند. ظرفیت این خازن ها با ولتاژ و دما قابل تغییر است. خازن های میکا و شیشه ای بسیار مورد اعتماد بوده و در برابر دماهای بالا و ولتاژ های بسیار بالا پایدار می باشد. اما برای کاربرد های اساسی بسیار گران قیمت می باشد. خازن های الکترولیتی و سوپر خازن ها برای ذخیره مقادیر بزرگ و یا کوچک انرژی مورد استفاده قرار می گیرد. خازن های سرامیکی اغلب در مدارهای تشدید مورد استفاده قرار می گیرند. خازن های الکترولیتی از صفحات آلومینیوم یا تانتالیوم با یک لایه اکسید دی الکتریک استفاده می کنند. الکترود دوم از الکترولید مایع که به وسیله فویل به مدار متصل است، تشکیل می شود. خازن های الکترولیتی با ظرفیت خازنی بالا عرضه می شوند. از معایب این خازن ها می توان به از دست دادن تدریجی ظرفیت خازنی به ویژه هنگامی که تحت حرارت و جریان نشت بالا قرار می گیرد اشاره کرد.

کاربرد ها

ذخیره انرژی

از خازن ها برای ذخیره انرژی زمانی که مدار از منبع انرژی جدا می شود، استفاده می شود. بنابراین می توان از آن ها مانند یک باتری موقت استفاده کرد. خازن ها به طور رایج در وسایل الکترونیکی به منظور حفظ انرژی زمانی که باتری ها در حال شارژ شدن هستند استفاده می شود ( از این ویژگی در حافظه های فرار به منظور جلوگیری از دست رفتن اطلاعات استفاده می شود). یک خازن می تواند روند تبدیل انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی را تسهیل و آن را ذخیره نماید. خازن های معمولی کم تر از 360 ژول بر کیلوگرم انرژی مشخص ارائه می دهد، در حالی که باتری های قلیایی مرسوم دارای چگالی 590 کیلو ژول بر کیلوگرم می باشند. یک راه حل برای این موضوع وجود دارد: سوپر خازن ها. این سوپر خازن ها می تواند بار را سریع تر از باتری قبول و ارسال کند. همچنین می تواند خیلی بیش تر از باتری های قابل شارژ سیکل شارژ و دشارژ را تحمل کند. سایز این خازن ها 10 برابر بزرگ تر از باتری های مرسوم است. در سیستم پخش اتومبیل ها، خازن های بزرگی وجود دارند تا در صورت نیاز انرژی را برای تقویت کننده ها ارسال نمایند.

خازن های تولید نور

یک خازن نوری از یک دی الکتریک که از مواد فسفرسنس ساخته شده است، برای تولید نور استفاده می کند. اگر یکی از صفحات رسانا با یک ماده شفاف ساخته شود، نور قابل مشاهده است. از خازن های منتشر کننده نور برای ساخت پنل های الکترولیومینسنت برای کاربردهایی مانند نور پس زمینه لب تاب ها استفاده می شود.

از دیگر کاربرد های خازن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • حافظه دیجیتال
  • اسلحه سازی
  • اصلاح ضریب توان
  • استارت موتورها
  • حسگر ها
  • نوسان ساز ها

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *