المكثفات: شحن وتفريغ المكثف وثابت الزمن — الثالثة ثانوي

المكثفات: شحن وتفريغ المكثف وثابت الزمن

المكثف جهاز يخزن الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي. يستخدم في الدوائر الإلكترونية والكهربائية.

1. تعريف المكثف

مكون من لوحين موصلين بينهما عازل. السعة C = Q/V (فاراد F). العوامل المؤثرة: مساحة اللوحين، المسافة بينهما، نوع العازل. C = εA/d.

2. شحن المكثف

عند توصيل مكثف بمصدر جهد: يتجمع شحنة على اللوحين. توتر المكثف: V(t) = V₀(1 – e^(-t/RC)). التيار: I(t) = (V₀/R)e^(-t/RC). ثابت الزمن τ = RC (الزمن ليصل المكثف لـ 63% من الجهد).

3. تفريغ المكثف

عند تفريغ المكثف في مقاومة: V(t) = V₀e^(-t/RC). التيار: I(t) = -(V₀/R)e^(-t/RC). بعد τ واحد: يتبقى 37% من الجهد. بعد 5τ: يعتبر المكثف فارغا عمليا.

4. تطبيقات المكثفات

تستخدم المكثفات في: تخزين الطاقة (وميض الكاميرا)، تنقية الإشارات (مرشحات)، تثبيت الجهد (مصادر الطاقة)، أنظمة التشغيل (المحركات الكهربائية). المكثفات الفائقة تخزن طاقة كبيرة.

مثال

مكثف 100μF يوصل مع مقاومة 10kΩ. ثابت الزمن: τ = 100×10⁻⁶×10⁴ = 1s.

تمارين

1. مكثف 470μF ومقاومة 2.2kΩ. أحسب ثابت الزمن.