ظرفیت و شارژ انواع خازن

شارژ و دشارژ خازن

ایجاد ولتاژ به یک خازن باعث بارالکتریکی می شود که به این عمل شارژ خازن می گویند و اگر ولتاژ خازن به اندازه ولتاژ منبع برسد شارژ قطع می شود که در این حالت جریان صفر می شود دراین حالت اگرخازن را جدا کنیم ولتاژخود را حفظ می کند. هر یک از صفحات خازن از نظر بار الکتریکی خنثی هستند یعنی دره یک ازصفحات خازن تعداد الکترونها و پروتونها با هم برابر است.

اما زمانی که یک منبع تغذیه ( DC) به دو سر خازن متصل می شود الکترونها از قطب منفی منبع تغذیه و به طرف صفحه ای از خازن که به آن قطب متصل است شروع به حرکت می کنند در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه افزایش می یابد و همزمان همان تعداد الکترون از صفحه دیگر خازن به طرف قطب مثبت منبع تغذیه شروع به حرکت می کنند و تعداد الکترونهای آن صفحه کاهش می یابد به این ترتیب دراثرحرکت الکترونها، جریانی در مدارجاری می شود و گفته می شود خازن در حال شارژ شدن است. مقدار جریان مدار با ولتاژ دو سر خازن نسبت عکس دارد یعنی هر چه خازن بیشتر شارژ می شود، جریان مدار کاهش بیشتری می یابد.

این روند تا آنجا ادامه می یابد که ولتاژ دو سر خازن با ولتاژ دو سر منبع تغذیه برابر شود و پس ازآن حرکت الکترونها متوقف شده و شارژ شدن خازن پایان می پذیرد. یعنی خازن به اندازه ولتاژ منبع تغذیه DC (جریان مستقیم در مدار را DC می نامند)شارژ می شود. همانطور که ملاحظه فرمودید در یک خازن شارژ شده یکی از صفحات خازن دارای بار منفی و صفحه دیگر دارای بار مثبت است و همانطور که می دانید بین بارهای ناهمنام نیروی جاذبه ای وجود دارد که این نیروی جاذبه سبب ایجاد یک میدان الکتریکی بین این بارها می شود که بین صفحات شارژ شده یک میدان الکتریکی ایجاد می گردد که به دلیل اینکه بارهای ساکن سبب ایجاد این میدان الکتریکی شده اند به آن میدان الکترواستاتیک گفته می شود.

تحت تأثیر این میدان الکترونها تمایل دارند خود را از صفحه دارای بار منفی به صفحه دارای بار مثبت برسانده و با پروتونها ترکیب شوند، اما دی الکتریک بین صفحات خازن مانع این امر می شود و به این ترتیب یک انرژی الکتریکی توسط میدان الکترواستاتیک درخازن ذخیره می شود. البته همواره تعداد کمی ازالکترونها می توانند از دی الکتریک عبور کرده و خود را به بارهای مثبت صفحه مقابل برسانند و جریان خیلی ضعیفی را در دی الکتریک برقرار کنند که این را جریان نشتی خازن می گویند که مقدار آن بستگی به نوع دی الکتریک دارد و اگر خازن شارژ شده ای از مدار جدا گردد، در اثر همین جریان نشتی به مرور زمان دشارژ می شود و این همان اتفاقی است که برای باتری هایی که بدون استفاده شدن، پس از مدت زمانی غیر قابل استفاده می شوند می افتد.

حال اگر دو پایه خازن شارژ شده و جدا شده از منبع تغذیه، به یکدیگر متصل شوند، الکترونها از صفحه دارای بارمنفی به سمت صفحه دارای بارمثبت حرکت کرده و سبب دشارژ شدن خازن می شوند. بنابراین هنگامی که خازن شارژ می شود ولتاژ دو سرآن افزایش می یابد و زمانی که خازن دشارژ می شود ولتاژ دو سرآن کاهش می یابد.

ظرفیت خازن

ظرفیت هر خازن نشان دهنده توانایی خازن در ذخیره کردن بار الکتریکی است که بنا به تعریف، ظرفیت خازن برابر است با مقدار بارالکتریکی که باید روی یکی از صفحات خازن جمع شود تا پتانسیل آن نسبت به صفحه دیگر به اندازه یک ولت افزایش یابد و به عبارت دیگر، حاصل تقسیم بار الکتریکی (Q) ذخیره شده روی هر یک از صفحات خازن بر اختلاف پتانسیل (V) میان دو صفحه را ظرفیت خازن گویند. ظرفیت خازن را با حرف ( C) نمایش می دهند که از کلمه به معنی ظرفیت گرفته شده است.

بنابراین میزان ذخیره شدن بارالکتریکی برروی صفحات خازن، به ظرفیت خازن بستگی دارد. یعنی در یک ولتاژ برابر، خازنی که ظرفیت کمتری دارد، بار کمتر و خازنی که ظرفیت بیشتری دارد، بار بیشتری را در خود ذخیره می کند. واحد اندازه گیری ظرفیت خازن فاراد است که از نام مایکل فاراده گرفته شده است و آن عبارت است از نسبت یک کولن بار ذخیره شده درهر یک از صفحات خازن به اختلاف پتانسیل یک ولت اتصال داده شده است به دو سر خازن.

هر چه فاصله بین صفحات یک خازن کمتر باشد، مقدار ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود و بر عکس، هر چه فاصله بین صفحات خازن بیشتر باشد، خازن ظرفیت کمتری خواهد داشت و این یعنی اینکه مقدار ظرفیت خازن با فاصله بین صفحات آن نسبت عکس دارد. علت این امر این است که هر چه فاصله بین صفحات خازن کمتر باشد، میدان الکترواستاتیک ایجاد شده بین دو صفحه خازن قوی تر می شود و درنتیجه تعداد بیشتری ازمولکولهای دو قطبی شده دی الکتریک در راستای میدان الکترواستاتیک بین صفحات خازن قرار می گیرند و این امر همانطور که قبلا گفته شد سبب افزایش ظرفیت خازن می شود.

ضریب حرارتی خازن

ظرفیتی که بر روی هر خازن می نویسند، ظرفیت آن خازن در دمای اتاق یعنی 25 درجه سانتی گراد می باشد و اگر درجه حرارتی که خازن در آن کار می کند از 25 درجه سانتی گراد بیشتر و یا کمتر شود، ظرفیت خازن تغییر خواهد کرد. بر همین اساس معمولا بر روی خازنها ضریب حرارتی خازن را درج می کنند که این ضریب نشان دهنده این است که با تغییر درجه حرارت، ظرفیت خازن چه تغییری می کند.

اگر ضریب حرارتی خازن مثبت باشد، با افزایش درجه حرارت، سبب افزایش ظرفیت خازن می شود و کاهش درجه حرارت، سبب کاهش ظرفیت خازن می گردد. در صورتی که اگر ضریب حرارتی خازن منفی باشد، افزایش و کاهش درجه حرارت به ترتیب سبب کاهش و افزایش ظرفیت خازن می شود. البته به دلیل اینکه معمولا تغییرات درجه حرارت تأثیر ناچیزی برروی ظرفیت خازن می گذارد، در بسیاری از موارد ضریب حرارتی خازن مورد توجه قرار نمی گیرد و حتی بر روی بعضی از خازنها اصلا درج نمی شود.