معادلة دائرة المكثف

للمكثف سعة محددة. إذا لم تتوفر السعة المطلوبة، يمكن توصيل مكثفين أو أكثر للحصول عليها. ولتوصيل المكثفات بشكل صحيح، من الضروري فهم دوائر المكثفات فهمًا دقيقًا.

قبل دراسة دوائر المكثفات، يجب أولاً فهم الرموز. معادلة دائرة المكثف 1فيما يلي: يُمثل الخطان الرأسيان في رمز المكثف الموصلين في مكثف ذي لوحين متوازيين. في رمز البطارية، يُمثل الخط الرأسي الأطول الجهد العالي (+)، بينما يُمثل الخط الرأسي الأقصر الجهد المنخفض (-). أما الخطوط الأفقية في كل من رمزي المكثف والبطارية فتمثل الأسلاك.

دائرة متسلسلة

معادلة دائرة المكثف 2يُطلق على المكثفين الموصولين كما هو موضح على اليسار اسم المكثفات الموصولة على التوالي. تُظهر الصورة على اليمين مكثفًا بديلًا بسعة مساوية لسعة المكثفين الموصولين على التوالي.

في البداية، لا يكون أي من المكثفين مشحونًا كهربائيًا. بعد توصيلهما بالبطارية، تصبح الصفيحة العلوية للمكثف C1، المتصلة بالقطب الموجب للبطارية، مشحونة بشحنة موجبة نتيجة خروج الإلكترونات منها، بينما تصبح الصفيحة السفلية للمكثف C2، المتصلة بالقطب السالب للبطارية، مشحونة بشحنة سالبة نتيجة استقبالها للإلكترونات. تتحرك الإلكترونات سالبة الشحنة بفعل انجذابها للقطب الموجب للبطارية المشحونة بشحنة موجبة. بعد ذلك، تتنافر هذه الإلكترونات مع القطب السالب للبطارية المشحون بشحنة سالبة باتجاه الصفيحة السفلية للمكثف C2. تجذب الصفيحة العلوية للمكثف C1، المشحونة بشحنة موجبة، الإلكترونات من الصفيحة العلوية للمكثف C2، مما يدفع الإلكترونات إلى التحرك نحو الصفيحة السفلية للمكثف C1 . ونتيجة لذلك، تصبح الصفيحة السفلية للمكثف C1 مشحونة بشحنة سالبة، بينما تصبح الصفيحة العلوية للمكثف C2 مشحونة بشحنة موجبة.

الشحنة السالبة الخارجة من اللوح العلوي للمكثف C1 هي نفسها الشحنة السالبة الداخلة إلى اللوح السفلي للمكثف C2، ويكتسب اللوح العلوي للمكثف C1 شحنة موجبة مساوية للشحنة السالبة الخارجة منه. وبالمثل، فإن الشحنة السالبة على اللوح السفلي للمكثف C1 هي نفسها الشحنة الموجبة على اللوح العلوي للمكثف C2 . لذا، فإن كل لوح موصل يحمل نفس مقدار الشحنة ولكن بإشارات مختلفة، حيث يحمل اللوح العلوي للمكثف C1 شحنة +Q، واللوح السفلي للمكثف C1 شحنة -Q، واللوح العلوي للمكثف C2 شحنة +Q، واللوح السفلي للمكثف C2 شحنة -Q . في دائرة التوالي، يكون مقدار الشحنة الكهربائية على المكثف C1 ( Q1 ) مساويًا لمقدار الشحنة الكهربائية على المكثف C2 ( Q2 ) = Q.

ماذا عن الجهد الكهربائي؟ في دائرة كهربائية متصلة على التوالي، يكون الجهد الكهربائي على المكثف البديل مساويًا للجهد الكهربائي على كل مكثف على حدة، V = V1 + الخامس2. الجهد الكهربائي على المكثف C1 V1 = Q/C1الجهد الكهربائي على المكثف C2 V2 = Q/C2 ويكون الجهد الكهربائي على المكثف البديل V = Q/C.
V = V1 + الخامس2
Q/C = Q/C1 + مراقبة الجودة2
Q/C = Q (1/C1 + 1/C2)
1/C = 1/C1 + 1/C2
إذا كانت هناك ثلاث مكثفات موصولة على التوالي، فإن الصيغة أعلاه تتغير إلى:
1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
إذا كان هناك أربعة مكثفات، فأضف 1/C4وبالمثل، إذا كان هناك خمسة مكثفات، وهكذا. هذه هي الصيغة لتحديد سعة المكثف البديل للمكثفات الموصولة على التوالي.

لنفترض ج1 هو 2 و ج2 إذا كانت قيمة تساوي 1، فإن سعة المكثف البديل هي:
1/C = 1/C1 + 1/C2 = 1/2 + 1/1 = 1/2 + 2/2 = 3/2
C/1 = C = 2/3
وبناءً على هذا الحساب، تم استنتاج أن سعة المكثف البديل أصغر من سعة كل مكثف متصل على التوالي.

دائرة متوازية

معادلة دائرة المكثف 3يُطلق على المكثفين الموصولين كما هو موضح على اليسار اسم المكثفات المتوازية. أما الصورة على اليمين فتُظهر مكثفًا مكافئًا بسعة تساوي سعة المكثفين الموصولين على التوازي.

تتصل الألواح العلوية للمكثفين C1 و C2 بالقطب الموجب للبطارية، لذا فهي تتمتع بجهد كهربائي عالٍ. في المقابل، تتصل الألواح السفلية للمكثفين C1 و C2 بالقطب السالب للبطارية، لذا فهي تتمتع بجهد كهربائي منخفض. وعليه، يمكن استنتاج أن فرق الجهد بين كل مكثفين موصولين على التوازي يساوي فرق الجهد بين البطاريات (V1 = V2 = V).

عند توصيل مكثفين متوازيين ببطارية، يجذب القطب الموجب للبطارية الإلكترونات إلى اللوح العلوي، بينما يدفع القطب السالب الإلكترونات إلى اللوح السفلي، مما يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من اللوح العلوي إلى اللوح السفلي. يفقد اللوحان العلويان الإلكترونات، فيصبحان مشحونين بشحنة موجبة، بينما يكتسب اللوحان السفليان الإلكترونات، فيصبحان مشحونين بشحنة سالبة. يتوقف انتقال الإلكترونات عندما يصبح فرق الجهد بين لوحي المكثفين مساويًا لفرق جهد البطارية.

تحتوي الصفيحة العلوية والسفلية للمكثف C1 على نفس الشحنة الكهربائية ولكن بإشارتين متعاكستين. وبالمثل، تحتوي الصفيحة العلوية والسفلية للمكثف C2 على نفس الشحنة الكهربائية ولكن بإشارتين متعاكستين. إذا كانت الشحنة الكهربائية المخزنة في المكثف C1 هي Q1 والشحنة الكهربائية المخزنة في المكثف C2 هي Q2 ، فإن إجمالي الشحنة الكهربائية المخزنة في كلا المكثفين الموصولين على التوازي يساوي Q = Q1 + Q2 . إذن ، إجمالي الشحنة الكهربائية في المكثفين الموصولين على التوازي يساوي مجموع الشحنات في كل مكثف.

يتم حساب مقدار الشحنة الكهربائية على كل مكثف موصول على التوازي باستخدام المعادلة Q1 = ج1 ΔV و Q2 = ج2 بينما يتم حساب مقدار الشحنة الكهربائية على المكثف البديل باستخدام المعادلة Q = C ΔV، حيث Q هي الشحنة الكهربائية، وC هي السعة، وΔV هو فرق الجهد الكهربائي. المعادلة Q = Q1 + Q2 تمت إعادة صياغتها باستبدال Q:
Q = Q1 + Q2
C ΔV = C1 ΔV + C2 ΔV
C ΔV = ΔV (C1 + C2)
ج = ج1 + C2
إن فرق الجهد ΔV هو نفسه وبالتالي يتم حذفه من المعادلة.
إذا كانت هناك ثلاث مكثفات موصلة على التوازي، فإن الصيغة أعلاه تتغير إلى:
ج = ج1 + C2 + C3
إذا كان هناك أربعة مكثفات، فسيتم إضافة C4وبالمثل، إذا كان هناك خمسة مكثفات، وهكذا. هذه هي الصيغة لتحديد سعة المكثف البديل للمكثفات الموصولة على التوازي.

لنفترض ج1 هو 2 و ج2 إذا كانت قيمة تساوي 1، فإن سعة المكثف البديل هي:
ج = ج1 + C2 = 2 + 1 = 3
وبناءً على هذه الحسابات، تم استنتاج أن سعة المكثف البديل أكبر من سعة كل مكثف متصل على التوازي.

 

 

اترك تعليقا