العلوم الفيزيائية — الظواهر الكهربائية: المكثفات وشحنها وتفريغها — الثانية ثانوي (شعب علمية) — بكالوريا — المنهاج الجزائري

الظواهر الكهربائية: المكثفات وشحنها وتفريغها

المكثفة (condensateur) عنصر كهربائي يخزن الطاقة الكهربائية في شكل مجال كهربائي. تستخدم في دوائر التوقيت والترشيح وتخزين الطاقة.

المكثفة ورمزها

المكثفة مكونة من لوحين معدنيتين متقابلتين بينهما عازل. سعتها C (Farad – F) تعبر عن قدرتها على تخزين الشحنات.
العلاقة بين الشحنة والتوتر: q = C × u
حيث q الشحنة (Coulomb) و u التوتر بين لبوسي المكثفة.

شحن المكثفة

عند وصل مكثفة بمولد توتر مستمر E عبر مقاومة R، يتطور التوتر u(t) بين لبوسي المكثفة حسب العلاقة:
u(t) = E(1 – e^(-t/τ))
حيث τ = RC ثابت الزمن (time constant).

تفريغ المكثفة

عند تفريغ مكثفة مشحونة عبر مقاومة R:
u(t) = U0 . e^(-t/τ)
حيث U0 التوتر الابتدائي عند بداية التفريغ.

مثال

مكثفة سعتها 100 μF تشحن عبر مقاومة 10 kΩ من مولد 12V:
τ = RC = 10000 × 0.0001 = 1s
بعد 1s (τ واحد): u = 12(1 – e^-1) = 12 × 0.632 = 7.58V
بعد 5τ = 5s: u ≈ 12V (شحنت تماماً)

تمارين

1. مكثفة سعتها 47 μF، الشحنة عليها 0.00047 C. أحسب التوتر بين طرفيها.
2. دارة شحن مكثفة: R = 50 kΩ, C = 200 μF, E = 12V. أحسب:
   أ) ثابت الزمن τ
   ب) التوتر بعد 5s و 10s
   ج) الزمن اللازم لشحن المكثفة إلى 6V
3. مكثفة مشحونة توترها 10V تفرغ عبر مقاومة 20 kΩ، وبعد 2s أصبح توترها 3.68V. أحسب سعة المكثفة.

للاستزادة، راجع درس المكثفة: شحن وتفريغ المكثفة ودرس قانون أوم والمقاومة الكهربائية.

📍 دروس مشابهة:

• الرياضيات — الإحصاء: تمثيل البيانات بالأعمدة — M1-متوسط-علوم — الدرس 040
• الرياضيات — الاشتقاق: تطبيقات في دراسة المنحنيات — الثانية ثانوي (شعب علمية) — بكالوريا — المنهاج الجزائري
• علوم الطبيعة والحياة — التغذية عند النبات: آليات امتصاص الماء والأملاح — الأولى ثانوي (شعب علمية) — بكالوريا — المنهاج الجزائري