قانون سعة المكثف

تنشا السعة الكهربائية بين لوحي المكثف كما بالشكل السابق. دعنا نعتبر أن المكثف غير مشحون وتم توصيله بالبطارية، في هذه الحالة تتراكم الشحنات الموجبة والسالبة على اللوحين، بنفس قطبية المصدر الكهربائي أو البطارية أي أن اللوح الموصل بالطرف الموجب للبطارية تتراكم عليه شحنات موجبة وكذلك بالنسبة للوح السالب تتراكم عليه الشحنات السالبة، تنتقل الشحنات من المصدر إلى المكثف عبر الموصلات الخارجية (الأسلاك) ويكون هنالك بالتأكيد مجال كهربي حول الأسلاك أثناء انتقال هذه الشحنات، يستمر هذا الانتقال حتي الوصول إلي نقطه أو مرحله تعرف بمرحله الاتزان. جهد و تيار شحن مكثف في دائرة تحتوي على مقاومة و مكثف. تراكم هذه الشحنات يؤدي إلى نشوء فرق في الجهد بين الموصلين (اللوحين) وعند الاتزان لا يكون هنالك انتقال للشحنات من المصدر إلي الألواح ويكون كل من اللوحين قد تشبع بالشحنات ويصبح فرق الجهد بينهما مساويا لفرق الجهد بين طرفي المصدر، في هذه الحالة نقول أن المكثف قد شحن كليا جهد المصدر. كلما زادت مساحة سطح الموصل أو اللوح، زادت كمية الشحنات المتراكمة Q وبالتالي تزيد سعة المكثف في هذه الحالة، منطقيا كلما زاد فرق الجهد ∆V (جهد المصدر) المطبق على اللوحين يزداد تزاحم الشحنات المتراكمة عليهما أي أنّ Q ∝ ∆V حيث أن: Q: تمثل مقدار الشحنة الكهربائية مقاسه بوحدة الكولوم.

جهد و تيار شحن مكثف في دائرة تحتوي على مقاومة و مكثف

والمعادلة التالية تستخدم لحساب جهد المكثف أثناء التفريغ عند الزمن t ثانية. وجهد المقاومة فى هذه الحالة هو نفسه جهد المكثف. والمعادلة التالية تستخدم لحساب تيار المكثف أثناء التفريغ عند الزمن t ثانية. والتيار المار فى المقاومة هو نفسه التيار المار فى المكثف. والشكل التالى توضح منحنى الجهد والتيار, وفيها نلاحظ أن شكل منحنى الجهد هو نفس شكل منحنى التيار. وأن العلاقة بينهما علاقة طردية, فعند بداية التفريغ تكون القيمة عظمى, وتقل مع مرور الزمن الى أن تصل الى الصفر. عمليا يمكن أن نعتبر أن المكثف قد وصل الى أقل قيمة للجهد والتيار بعد مرور زمن مقداره 5 T وذلك مناسب لمعظم التطبيقات. وباستخدام الجدول السابق يمكن أن نحدد النسبة المئوية التى يصل اليها المكثف سواء للجهد أوالتيار بعد فترة زمنية تساوى مضاعفات الثابت الزمنى. فى الدائرة السابقة اذا كان جهد المكثف لحظة توصيله بالدائرة يساوى 5 فولت, والمقاومة تساوى 10 K أوم, احسب قيمة جهد وتيار المقاومة بعد مرور فترة زمنية تساوى مرة واحدة من الثابت الزمنى. لاحظ أن جهد وتيار المقاومة هما نفس جهد وتيار المكثف. من الجدول نلاحظ ان النسبة المئوية المقابلة لثابت زمنى مقداره واحد تساوى 36.

مثال الدائرة التالية تبين مكثف غير مشحون سعته C = 10 ميكرو فاراد تم شحنه بجهد كهربى E = 9 فولت من البطارية خلال المقاومة R = 10K, أحسب قيمة كلا من الجهد والتيار لكل من المكثف والمقاومة عند زمن مقداره 1, 100, 500 ملى ثانية. يتم التعويض فى المعادلات الثلاثة السابقة فنحصل على النتائج المجودة بالجدول التالى باستخدام الجدول السابقة احسب قيمة جهد كلا من المكثف والمقاومة بعد مرور زمن مقداره 3 مرات الثابت الزمنى. من جدول الأول (1) نجد أن النسبة المئوية عند ثابت الزمنى يساوى 3 هى% 95. 021 عند حساب جهد المقاومة نستخدم جدول التيار (2) لأن شكل منحنى التيار هو نفس شكل منحنى المقاومة, ونجد أن النسبة المئوية هى% 4. 9787 والثابت الزمنى فى الدائرة السابقة يحسب كالتالى أى أن النتائج السابقة تم حسابها عند 0. 3 ثانية. نحتاج أحيانا لحساب الزمن الذى يصل فيه جهد المكثف أثناء الشحن الى قيمة معينة, ونستخدم لذلك المعادلة التالية ==> (4) t: الزمن بوحدة الثانية. T: التابت الزمنى. E: جهد البطارية. Vc: جهد المكثف. فى الدائرة السابقة, كم يمر من الزمن حتى يصل جهد المكثف الى 4. 5 فولت؟ بالتعويض فى المعادلة السابقة (4) اذا كان جهد البطارية 5 فولت, صمم دائرة كما فى الشكل السابق لجعل جهد المكثف يصل الى 1 فولت عند مرور 0.