العلوم الفيزيائية — المكثفات: الشحن والتفريغ — الثالثة ثانوي — المنهاج الجزائري

المكثفات: شحن وتفريغ المكثفة

المكثفة (Condensateur) هي عنصر كهربائي يخزن الطاقة في مجال كهربائي. هذا الدرس موجه لتلاميذ السنة الثالثة ثانوي شعبة علوم وتقني رياضي.

أولا: تعريف المكثفة

المكثفة مكونة من صفيحتين معدنيتين متوازيتين بينهما عازل. سعتها C تقاس بالفاراد (F).

العلاقة بين الشحنة والتوتر: q = C × u

ثانيا: شحن المكثفة

عند وصل مكثفة بمولد توتر E عبر مقاومة R:

u_C(t) = E(1 – e^(-t/RC))

i(t) = (E/R) × e^(-t/RC)

τ = RC هو ثابت الزمن (time constant).

مثال:

مكثفة C = 100 μF مع مقاومة R = 10 kΩ. احسب ثابت الزمن.

τ = RC = 10000 × 100×10⁻⁶ = 1 s

ثالثا: تفريغ المكثفة

عند تفريغ المكثفة في مقاومة:

u_C(t) = U₀ × e^(-t/RC)

حيث U₀ هو التوتر الابتدائي.

خامسا: الطاقة المخزنة في المكثفة

E = ½ × C × u²

تمارين

1. مكثفة سعتها 220 μF توترها 12V. احسب الشحنة والطاقة.
2. مكثفة C=470μF مع R=1kΩ. كم يستغرق شحنها بالكامل تقريبا؟
3. احسب ثابت الزمن لدائرة RC حيث R=4.7kΩ و C=100μF.

للمزيد حول الكهرباء، راجع الدارات الكهربائية: الربط على التسلسل والتوازي. كما يمكنك الاطلاع على المغناطيسية: مفهوم المجال المغناطيسي.