أسس كهربية ومبادئ الإلكترونيات: المكثف واستخداماته وأنواعه

 

أسس كهربية ومبادئ الإلكترونيات: المكثف واستخداماته وأنواعه

• المكثف الكهربائي
• مبدأ عمل المكثف
• أنواع المكثفات
• قياس سعة المكثف
• اختبار المكثف

ما هو المكثف (Capacitor)؟

المكثف هو عنصر إلكتروني يستخدم لتخزين الشحنات الكهربائية وتفريغها عند الحاجة. يتميز بقدرته على التحكم في تدفق الشحنات، مما يجعله عنصرًا أساسيًا في العديد من التطبيقات الكهربائية. يرمز للمكثف عادةً برمز معين، ويتواجد بأشكال وسعات مختلفة.

كيفية عمل المكثف

يقوم المكثف بتخزين الطاقة الكهربائية عن طريق تجميع الشحنات على لوحيه المعدنيين المفصولين بعازل كهربائي. عند شحن المكثف، تتجمع الشحنات السالبة (الإلكترونات) على أحد اللوحين، مما يجعله سالب الشحنة، في حين يدفع اللوح الآخر الشحنات السالبة بعيدًا، ما يجعله موجب الشحنة.

ينشأ بين اللوحين مجال كهربائي يعمل على تخزين الطاقة الكهربائية. عند الحاجة، يتم تفريغ المكثف ليطلق الشحنة المخزنة، والتي يمكن استخدامها لتشغيل مكونات أخرى في الدائرة.

قياس سعة المكثف

تُقاس سعة المكثف بوحدة تسمى "الفاراد" (Farad). غالبًا ما تكون المكثفات التي تُستخدم في الدوائر الإلكترونية الصغيرة بسعات ميكروفاراد (μF) أو نانوفاراد (nF) أو بيكوفاراد (pF)، وذلك لأن الفاراد الكامل يعد كبيرًا جدًا لهذه التطبيقات.

أنواع المكثفات

1. مكثف تشغيل (Running Capacitor): يُستخدم هذا المكثف للتشغيل الدائم في الدوائر الكهربائية. يكون مصممًا ليعمل بشكل مستمر مع المحركات الكهربائية، ويوجد منه نوعان:

   • كباستور أحادي السعة: يحتوي على طرفين ويستخدم لتشغيل محرك واحد.
   • كباستور مزدوج السعة: يحتوي على أربعة أطراف ويستخدم لتشغيل محركين، مثل محركات الغسيل والعصر في الغسالات.

2. مكثف تقويم (Starting Capacitor): يستخدم هذا النوع لفترة قصيرة فقط لتشغيل المحرك عند بدء التشغيل. يتم فصله من الدائرة بعد تقويم المحرك بواسطة "ريليه الفولت" (Voltage Relay). يُوصَل عادة بمقاومة لامتصاص الشرارة الناتجة عند التشغيل والفصل.

طرق توصيل المكثفات

1. التوصيل على التوالي

عند توصيل المكثفات على التوالي، تكون السعة المكافئة أقل من سعة أي مكثف منفرد. يتم حساب السعة المكافئة باستخدام المعادلة:

$$\frac{1}{C_{eq}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \ldots$$

مثال: إذا كانت سعة المكثف الأول $C_1 = 3$ مايكرو فاراد وسعة المكثف الثاني $C_2 = 5$ مايكرو فاراد، فإن السعة المكافئة تكون حوالي $1.875$ مايكرو فاراد.

2. التوصيل على التوازي

عند توصيل المكثفات على التوازي، تكون السعة المكافئة هي مجموع سعات المكثفات:

$$C_{eq} = C_1 + C_2 + \ldots$$

مثال: إذا كانت سعة المكثف الأول $C_1 = 3$ مايكرو فاراد وسعة المكثف الثاني $C_2 = 5$ مايكرو فاراد، فإن السعة المكافئة تكون $8$ مايكرو فاراد.

كيفية اختبار المكثف

يمكن اختبار المكثف باستخدام جهاز الأفوميتر كالتالي:

• اختبار السعة: إذا أعطى المكثف قراءة مقاومة وانخفضت بسرعة إلى ما لا نهاية، فهذا يعني أنه سليم.
• اختبار التسريب: إذا أظهر المكثف مقاومة ثابتة أو قراءة مقاومة منخفضة مع جسمه الخارجي، فإن المكثف تالف.

تأثير استخدام مكثف بسعة غير مناسبة

عند استخدام مكثف ذو سعة أعلى من المطلوب:

• زيادة عزم التقويم.
• زيادة سرعة الدوران.
• زيادة درجة حرارة المحرك.
• انخفاض كفاءة المحرك.
• تقليل عمر المحرك والمكثف.

عند استخدام مكثف ذو سعة أقل من المطلوب:

• ضعف عزم التقويم.
• انخفاض سرعة الدوران.
• زيادة درجة حرارة المحرك.
• انخفاض كفاءة المحرك.
• تقليل عمر المحرك والمكثف.

---

خاتمة

المكثف عنصر حيوي في الدوائر الكهربائية، وله دور رئيسي في تحسين أداء المحركات والتحكم في الشحنات الكهربائية. من خلال فهم طريقة عمل المكثف واختيار النوع المناسب، يمكن تحسين كفاءة وأداء الأجهزة الكهربائية بشكل كبير.

تعديل المقال