مقاله در مورد خازن

بخشی از مقاله

خازن تشكيل شده است ازدوصفحه هادي كه بوسيله جسم عايق ازهم جداشده باشند.كاغذ،ميكاوسراميك از جمله عايقهايي هستند كه درساخت خازن بكارميروند.خازن درمداردواثرمهم دارد.اولا با دادن ولتاژبه دو سرآن بارالكتريكي درآن ذخيره ميشود.ثانيا ذخيره شدن بارهاي الكتريكي باعث ايجاداختلاف پتانسيلي در دو سرخازن ميشود.وقتي كه ولتاژخازن برابر

ولتاژداده شده شود ديگرجابجايي بارالكتريكي بيشتري به وجود نميآيد.اين بارالكتريكي درخازن چه به منبع وصل باشديا آنرا قطع كنيم درخازن باقي مي ماند.وقتي كه دوسريك خازن شارژشده كه ازمنبع تغذيه جدا كرديم رابه وسيله يك سیم رابط به هم وصل كنيم خازن خالي ميشودعملاكافي است كه ولتاژخازن بيشترازولتاژداده شده به سرآن باشد تاخازن به عنوان يك منبع ولتاژموقت براي ايجاد يك جريان تخليه درمسير تخليه اقدام كند دراين دوحالت جريان تخليه خازن ادامه خواهد

داشت تا اينكه ولتاژبه صفرويا برابرولتاژ داده شده به دوسرآن برسد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته میشوند که متداول ترین آنها خازنهای مسطح هستند.این نوع خازنها ازدوصفحه هادی که بین آنها عایق یادی الکتریک قراردارد،تشکیل میشوند.صفحات هادی نسبتا بزرگ اندودرفاصله ای بسیار نزدیک به هم قرارمیگیرند.دی الکتریک انواع مختلفی دارد وباضریب مخصوصی که نسبت به هواسنجیده میشود معرفی میگردد.این ضریب راضریب دی الکتریک میگویند.

پر کردن خازن:
ساده‌ترین راه برای باردارکردن یک خازن این است که دوسرآنرابه یک باتری متصل کنیم،جریانی که به هنگام بستن کلید برای باراول تنها برای چند لحظه درمداربرقرارمیشود بارراروی تیغه‌ها انباشته میکند. ظرفیت هرخازن محدود است،به همین دلیل خازن پس ازگرفتن مقدارمعینی بار (Q = CV) پر می‌شود. دراین حالت با آنکه کلیدهمچنان بسته است جریانی ازمدارعبورنمیکند،لذا نتیجه میگیریم

که جریان مستقیم درمداری که شامل خازن است نمیتواند بطوردائمی برقرارباشد. بعضی ازخازنها پلاریته دارند یعنی باید درهنگام اتصال به باتری قصب مثبت باتری به مثبت خازن وصل شود وقطب منفی باتری به منفی خازن وصل شود

ظرفیت خازن:
خازن یکی ازاجزای مدارهای الکترونیکی است که وقتی درمدار قرارمی گیرد برخلاف مقاومت ، بار الکتریکی راازخودعبورنمیدهد،بلکه آنرا درخود ذخیره میکندوبه این دلیل کاربرد مهمی درمداردارند.اگر خازن با صفحات موازی را درنظربگیریم ویک گالوانومتربه آن وصل کنیم،بعدازبستن کلید برای مدت

کوتاهی عبور جریانی را در مدارنشان می دهد.جریان اخیر را روی یک صفحه خازن انباشته می کند وازصفحه دیگربار را دورمیکند وباعث می شود بارخالص درآن باقی بماند،درچنین وضعیتی خازن بار را درخود ذخیره کرده کرده،هرچه اختلاف پتانسیل دوسرمنبع بیشترباشد مقدارباری که روی صفحات خازن انباشته میشود بیشترخواهد بود،به طوری که نسبت به برای یک خازن معین مقداری است

ثابت، این مقدارثابت را با نمایش داده،ظرفیت خازن می نامیم. واحد ظرفیت در فاراد است که با نشان داده میشود وآن ظرفیت خازنی است که هرگاه اختلاف پتانسیل بین صفحات آن یک ولت باشد، بارذخیره شده روی هریک ازصفحات یک کولن شود.

عواملی که بر ظرفیت خازن اثر می گذارد:
*ظرفیت خازن با فاصله دو صفحه از یکدیگر نسبت عکس دارد.
*ظرفیت خازن با مساحت بخشی از دو صفحه که در مقابل هم قرار دارد نسبت مستقیم دارد.
*اگربین دو صفحه خازنی که عایق آن هواست، قطعه‌ای از یک ماده عایق قراردهیم ظرفیت آن زیاد

می شود.مقداراین افزایش به جنس ماده عایق بستگی دارد،ضریب این افزایش برای مواد مختلف را ثابت دی الکتریک آن ماده مینامند.ماده‌ای که برای پرکردن فضای بین دوصفحه خازن بکارمیرود بایدعایق خوبی باشدوبرای آنکه ظرفیت خازن زیاد شود باید ثابت دی الکتریک بالایی داشته باشد. ظرفیت خازن دی الکتریک با صفحات موازی

C = Kε0A/d که ε0 = 8.85X10-12 C²/Nm²
به جنس ماده دی الکتریک بستگی دارد و برای هوا تقریبا 1 است.
برای محاسبه ظرفیت خازن ابتدا از قانون گاوس استفاده کرده، برای این منظورسطح گاوسی فرضی مناسبی اختیارکنید،با استفاده ازاین روش بدست می‌آید
(E.ds = q/ε0∫)
ظرفیت خازن کروی:
خازنی که ازدوصفحه کروی تو درتو با بارهای مخالف بوجود آمده است،برابراست با
که شعاع کره کوچکتر و شعاع کره بزرگتر است.(C=4πε0 ab/(b-a

ظرفیت خازن استوانه ای:
خازنی که از دو صفحه استوانه‌ای تو در تو با بارهای مخالف بوجود آمده است.
که و شعاع سطح مقطع استوانه ها و طول استوانه است.(C=2πε0 l/ln(b/a
ظرفیت یک کره متروی:
پتانسیل یک کره رسانای متروی به شعاع و حامل بار برابر
این کره رامیتوان مانندیکی ازصفحات خازنی درنظرگرفت که صفحه دیگرآن رسانایی V = q/4πε0R
به شعاع بی‌نهایت و برروی این کره دربی نهایت صفراست،پس ظرفیت این کره
است.C = 4πε0R

کد رنگی خازن ها:
درخازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی ازکدهای رنگی برروی بدنه آنها استفاده می شد.دراین کدها سه رنگ اول ظرفیت رانشان میدهند ورنگ چهارم تولرانس رانشان می دهد. برای مثال قهوه‌ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است.خازن‌های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورداستفاده قرارمیگیرند.این خازنهادربرابرحرارت زیادمعیوب

میشوندوبنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت.
ترتیب رنگی خازن‌ها به ترتیب از ۰تا ۹به صورت زیراست:
سیاه، قهوه ای، قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، خاکستری، سفید
خازن‌ها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطورمثال خازن‌های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن‌های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند.

نقش دی الکتریک در خازن:
آزمایش نشان میدهد که ظرفیت الکتریکی یک خازن نه فقط به شکل هندسی،اندازه وآرایش متقابل رسانا های آن بلکه به خواص عایق (دی الکتریک) پرکننده فضای بین این رساناها نیزبستگی دارد.
خازن مسطحی را باردارکنید واندازه ولتاژدوسر آنرا ازروی ولت متربخوانید. بعد یک صفحه کائوچویی خنثی درفاصله بین صفحات خازن بگذارید