خازن

خازن

دو صفحه فلزی که بین آنها عایق وجود داشته باشد و صفحات به منبع ولتاژ وصل شود تشکیل خازن می دهد . کار خازن ذخیره انرژی الکتریکی با استفاده از میدان الکتریکی می باشد . در خازن در ولتاژ متناوب مانند سلف جریان و ولتاژ همفاز نمی باشند و در خازن ایده ال جریان نسبت به ولتاژ 90 درجه پیش فاز می باشد . با این شرح خازن و سلف رفتاری عکس هم دارند بدین مفهوم که در یک مدار الکتریکی شامل سلف و خازن هنگامی که خازن انرژی را ذخیره می کند سلف انرژی ذخیره شده را ازاد می کند و بالعکس .

با شرح فوق در صنعت برق برای کاهش مصرف انرژی الکتریکی در کارخانه جات که عمده مصرف کننده ها سلفی می باشند از تابلو های بانک خازنی استفاده می شود .

در این آموزش مقدمه ای بر خازن ها، خواهیم دید که خازن ها اجزای الکترونیکی غیرفعال هستند که از دو یا چند قطعه ماده رسانا تشکیل شده اند که توسط یک ماده عایق از هم جدا شده اند. خازن قطعه ای است که توانایی یا "ظرفیت" ذخیره انرژی را به شکل یک بار الکتریکی دارد که باعث ایجاد اختلاف پتانسیل ( ولتاژ ساکن ) در صفحات خود می شود، بسیار شبیه به یک باتری قابل شارژ کوچک.

انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارد، از مهره‌های خازن بسیار کوچکی که در مدارهای تشدید استفاده می‌شوند تا خازن‌های بزرگ تصحیح کننده ضریب توان، اما همه آنها یک کار را انجام می‌دهند، یعنی شارژ را ذخیره می‌کنند.

در شکل اصلی خود، یک خازن از دو یا چند صفحه رسانا (فلزی) موازی تشکیل شده است که به یکدیگر متصل نیستند یا با یکدیگر تماس ندارند، اما به صورت الکتریکی یا توسط هوا یا توسط نوعی ماده عایق خوب از هم جدا می شوند. این ماده عایق می تواند کاغذ مومی، میکا، سرامیک، پلاستیک یا نوعی ژل مایع باشد که در خازن های الکترولیتی استفاده می شود.

به عنوان یک مقدمه خوب برای خازن ها، شایان ذکر است که لایه عایق بین صفحات خازن معمولاً دی الکتریک نامیده می شود

با توجه به این لایه عایق، جریان DC نمی تواند از طریق خازن عبور کند زیرا آن را مسدود می کند و به جای آن اجازه می دهد ولتاژی در سراسر صفحات به شکل بار الکتریکی وجود داشته باشد.

صفحات فلزی رسانای خازن می توانند مربع، دایره یا مستطیل باشند یا می توانند به شکل استوانه ای یا کروی با شکل، اندازه و ساختار کلی یک خازن صفحه موازی بسته به کاربرد و درجه ولتاژ آن باشند.

هنگامی که در یک مدار جریان مستقیم یا DC استفاده می شود، یک خازن تا ولتاژ تغذیه خود شارژ می شود اما جریان جریان را از طریق آن مسدود می کند زیرا دی الکتریک یک خازن نارسانا است و اساساً یک عایق است. با این حال، هنگامی که یک خازن به یک جریان متناوب یا مدار AC متصل می شود، به نظر می رسد جریان جریان مستقیماً با مقاومت کم یا بدون مقاومت از خازن عبور می کند.

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد، یک بار مثبت به شکل پروتون و یک بار منفی به شکل الکترون. هنگامی که یک ولتاژ DC در یک خازن قرار می گیرد، بار مثبت (+ve) به سرعت در یک صفحه جمع می شود در حالی که یک بار منفی متناظر و مخالف (-ve) در صفحه دیگر انباشته می شود. برای هر ذره بار +ve که به یک صفحه می رسد، باری با همان علامت از صفحه -ve خارج می شود.

سپس صفحات خنثی می مانند و اختلاف پتانسیل ناشی از این بار بین دو صفحه ایجاد می شود. هنگامی که خازن به حالت پایدار خود رسید، جریان الکتریکی به دلیل خواص عایق دی الکتریک مورد استفاده برای جداسازی صفحات، قادر به عبور از خود خازن و اطراف مدار نیست.

جریان الکترون ها بر روی صفحات به عنوان جریان شارژ خازن شناخته می شود که تا زمانی که ولتاژ در هر دو صفحه (و بنابراین خازن) برابر با ولتاژ اعمال شده Vc شود، به جریان خود ادامه می دهد . در این مرحله گفته می‌شود که خازن با الکترون‌ها «کاملاً باردار» شده است.

قدرت یا نرخ این جریان شارژ زمانی که صفحات کاملاً دشارژ می شوند (شرایط اولیه) به حداکثر مقدار خود می رسد و به آرامی مقدار آن به صفر کاهش می یابد زیرا صفحات تا اختلاف پتانسیل در صفحات خازن برابر با ولتاژ منبع شارژ می شوند.

مقدار اختلاف پتانسیل موجود در خازن بستگی به مقدار باری دارد که توسط کار انجام شده توسط ولتاژ منبع و همچنین به مقدار ظرفیت خازن بر روی صفحات رسوب شده است و این در زیر نشان داده شده است.