خازن



خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می روند . خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دوقسمت اصلی تشکیل می‌شود :
الف – صفحات هادی
ب – عایق بین هادی ها(دی الکتریک)
بنا بر این هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود ، تشکیل خازن می دهند . معمولا صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می شود .
هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگتر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است . به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می باشد . بنابر این خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است .

انواع خازن


الف- خازن های ثابت:

1- آلومینیومی
2- تانتالیوم

ب- خازنهای متغیر :

  • واریابل
  • تریمر

2-تشخیص مقدار ظرفیت خازن :
الف- نوشتن مقدار ظرفیت
ب- رمزهای عددی
ج- نوارهای رنگی

روش های اتصال خازن به مدار:

1.       اتصال موازی خازن ها

2.       اتصال سری خازن ها

3.       اتصال خازن ها و مقاومت ها در مدار

مقاومت الکتریکی

یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی که صرفنظر از ولتاژ اعمالی به دو سرش یا جریان الکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند. اما بدلیل اینکه مقاومتهای جهان واقعی نمی‌توانند این شرایط ایده‌ال را برآورده سازند، آنها را بگونه‌ای طراحی می‌کنند که در برابر تغییرات دما و دیگر عوامل محیطی ، نوسانات کمی در مقاومت الکتریکی شان ایجاد شود. مقاومتها ممکن است که ثابت یا متغییر باشند. مقاومتهای متغیر پتانسیومتر یا رئوستا نیز خوانده می‌شوند و این اجازه را می‌دهند که مقاومت وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییر کند.

تشخیص مقدار مقاومت با استفاده از نوارهای رنگی

مقاومتهای توان کم دارای ابعاد کوچک هستند، به همین دلیل مقدار مقاومت و تولرانس را بوسیله نوارهای رنگی مشخص می‌کنند که خود این روش به دو شکل صورت می‌گیرد:

1.       روش چهار نواری

2.       روش پنج نواری

روش اول برای مقاومتهای با تولرانس 2% به بالا استفاده می‌شود و روش دوم برای مقاومتهای دقیق و خیلی دقیق تولرانس کمتر از 2%) استفاده می‌شود. در اینجا به روش اول که معمولتر است می‌پردازیم. به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند:


0

سیاه

1

قهوه‌ای

2

قرمز

3

نارنجی

4

زرد

5

سبز

6

آبی

7

بنفش

8

خاکستری

9

سفید


دو رنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم. و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است ). عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است. که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.
ساخت هر مقاومت با خطا همراه است. یعنی ممکن است 5% یا 10% یا 20%خطا داشته باشیم . اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس 5 % است و اگر نقره‌ای بود نمایانگر مقاومتی با خطای 10% است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را 20 %در نظر می‌گیریم.

به مثال زیر توجه نمایید:



از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد 4 ، رنگ بنفش معادل عدد 7 ، رنگ قرمز معادل عدد 2 ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪5 می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوی 4700 اهم ، یا 4.7 کیلو اهم است و برای محاسبه خطا عدد4700 را ضربدر 5 و تقسیم بر 100 می‌کنیم، که بدست می‌آید: 235

4935 = 235 + 4700

 

4465 = 235 - 4700


مقدار واقعی مقاومت چیزی بین 4465 اهم تا 4935 اهم می‌باشد.

مباحث مرتبط با عنوان

مقاومت:

  1. مقاومت های ثابت :

الف- کربنی

ب- لایه ای :

° لایه ی کربنی

° لایه ی فلزی

° لایه ی اکسید فلز

ج- سیمی

  1. مقاومت های متغیر:

الف- قابل تنظیم :

° پتانسیومتر

° رئوستا


ب- وابسته «تابع):

°تابع حرارت :

  1. PTC
  2. NTC

° تابع نور LDR

° تابع ولتاژVDR

° تابع میدان مغناطیسی MDR

  1. تشخیص مقدار اهم مقاومت ها:

الف- کد های رنگی

ب- رمزهای عددی

ج- نوشتن مقدار مقاومت

  1. استاندارد های مقاومت

 

اجسامی که بارهای الکتریکی نتوانند به راحتی در درون آنها حرکت کنند، اجسام نارسانا و یا مواد عایق نامیده می‌شوند.

 

اطلاعات اولیه

از نظر رفتار الکتروستاتیکی مواد را به دو دسته بزرگ تقسیم می‌کنند. این دو دسته بزرگ شامل مواد عایق و اجسام رسانا هستند. رساناها مانند فلزات ، موادی هستند که تعداد بسیار زیادی حامل بار اساسا آزاد دارند. این حاملهای بار می‌توانند آزادانه در سرتاسر جسم رسانا حرکت کنند.

دی الکتریکها یا مواد عایق دسته دیگری از مواد هستند که در آنها تمام ذرات باردار به نحوی نسبتا محکم به مولکولهای تشکیل دهنده مواد مقید هستند. این ذرات باردار ممکن است تحت تاثیر میدان الکتریکی اندکی جابجا شوند، اما از مجاورت مولکولهایی که به آنها مقیدند، دور نمی‌شوند. به بیان دیگر ، این تعریف فقط در مورد یک ماده عایق کامل یا ایده‌آل ، یعنی دی الکتریکی که در حضور میدان الکتریکی خارجی به هیچ وجه رسانایی از خود نشان ندهد، صادق است. اما مواد عایق واقعی اندکی رسانایی از خود نشان می‌دهند.


 

قدرت دی الکتریک

فرض کنید که یک ماده عایق تحت تاثیر یک پتانسیل ثابت قرار دارد. حال اگر مقدار پتانسیل را اندک اندک افزایش دهیم، زمانی فرا می‌رسد که ماده دیگر عایق بودن خود را از دست داده و یه یک جسم رسانا تبدیل می‌شود. بر این اساس مقدار میدان الکتریکی را که در بالاتر از آن ماده عایق تبدیل به رسانا می‌شود، قدرت دی الکتریکی آن عایق می‌گویند.

مواد نیمه رسانا

گفتیم که از نظر الکتریکی مواد مختلف به دو دسته عایق و رسانا تقسیم می‌شوند، اما خواص الکتریکی برخی از مواد در حد فاصل میان رساناها و دی الکتریکها قرار دارد. این دسته از مواد را اصطلاحا نیمه رسانا می‌گویند. رفتار این مواد در یک میدان الکتریکی ایستا خیلی به رفتار اجسام رسانا شبیه است، اما پاسخ گذرای آنها از پاسخ رساناها اندکی کندتر است. برای این مواد مدت بیشتری طول می‌کشد تا در یک میدان الکتریکی ایستا به حالت تعادل برسند.

مواد عایق قطبیده

ماده عایق یا دی الکتریک ایده‌آل آن است که بار آزاد نداشته باشد. با وجود این محیطهای دی الکتریکی ، از مولکولها و مولکولها نیز به نوبه خود از ذرات بارداری (هسته‌های اتمی و الکترونها) تشکیل شده‌اند، بنابراین مولکولهای دی الکتریک یقینا تحت تاثیر میدانهای الکتریکی قرار می‌گیرند. میدان الکتریکی سبب می‌شود که نیرویی به هر ذره باردار وارد شود، ذرات با بار مثبت در جهت میدان رانده می‌شوند و ذرات با بار منفی در جهت مخالف آن، به گونه‌ای که قسمتهای مثبت و منفی هر مولکول از مواضع حالت تعادل خود خارج و در دو جهت مخالف جابجا می‌شوند.

مقدار جابجایی فوق به دلیل ایجاد نیروهای قوی بازگرداننده‌ای که در اثر تغییر پیکربندی مولکولها بوجود می‌آیند، محدود است. تاثیر کلی از لحاظ ماکروسکوپی را می‌توان این طور تجسم کرد که تمامی بار مثبت دی الکتریک نسبت به بار منفی آن جابجا شده است. در این صورت اصطلاحا گفته می‌شود که ماده دی الکتریک قطبیده شده است.

قطبش مواد عایق

مواد عایق روی هم رفته از لحاظ الکتریکی خنثی هستند، اما هرگاه ماده دی الکتریک قطبیده شود، در این صورت جدایی بارهای مثبت و منفی تحقق پیدا می‌کند. به هر مولکول ماده دی الکتریک کمیتی به نام گشتاور دو قطبی الکتریکی نسبت می‌دهند و چون هر ماده از تعداد زیادی مولکول تشکیل شده است، بنابراین گشتاور دوقطبی الکتریکی واحد حجم ماده قطبش نامیده می‌شود. قطبش کمیت فوق‌العاده مهمی است که برای محاسبه میدان الکتریکی حاصل از مواد عایق بسیار مهم است.

کاربرد مواد عایق به عنوان دی الکتریک در خازنها

دو رسانا که بتوانند بارهای مساوی و مختلف‌العلامه را در خود ذخیره کنند و اختلاف پتانسیل میان آنها به باردار بودن سایر رساناهای دیگر دستگاه بستگی نداشته باشد، به عنوان خازن معروف هستند. معمولا میان دو صفحه خازن ماده دی الکتریک قرار می‌دهند. قرار دادن ماده دی الکتریک بین صفحات خازن سه اثر دارد:

  • اول اینکه مسئله مکانیکی جدا نگاه داشتن دو صفحه نازک فلزی با فاصله بسیار کم ، بی آنکه با هم تماس حاصل کنند، حل می‌شود.
  • دوم اینکه هر جسم دی الکتریک وقتی در میدان نسبتا قوی قرار گیرد، دستخوش فرو ریزش دی الکتریکی می‌شود که به معنی یونیده شدن نسبی و عامل ایجاد نوعی رسانایی است که در یک عایق ایجاد می‌شود. بسیاری از عایقها می‌توانند میدان الکتریکی قویتر از آنچه را که باعث فروریزی هوا می‌شود، تحمل کنند، بی آنکه خود فرو ریزند.
  • نکته آخر اینکه ظرفیت خازنی با ابعاد معین ، با قرار دادن لایه دی الکتریک بین صفحات آن ، نسبت به موقعی که بین صفحات هوا یا خلا است، افزایش می‌یابد. این اثر عملا با یک الکترومتر حساس (وسیله‌ای که اختلاف پتانسیل بین دو صفحه خازن را بدون تغییر بار آن اندازه می‌گیرد) قابل مشاهده است.

مباحث مرتبط با عنوان