آشنایی با مفاهیم خازن – بخش دوم { ولتاژ و جریان در خازن ها }

مقدمه

سلام دوستان.این جلسه دوم از آموزش خازنها هست.جلسه اول رو میتونید از این لینک بخونید: خازن چیست؟ بدون مقدمه وارد اصل مطلب میشیم.

نحوه عملکرد خازن

موقعی خازنمون به یه باتری وصل میکنیم الکترون ها از قطب منفی به قطب مثبت حرکت میکنن و  بنابراین الکترون ها از قطب منفی باتری میرن به یه سر خازن و باعث میشه که تمام صفحه دارای بار منفی بشه. مقدار زیاد بارهای منفی روی یک صفحه باعث دفع بارهای همنام در صفحه مقابل می شه که این باعث مثبت شدن صفحه مقابل می شه همونطور که میدونید بارهای مثبت و منفی همدیگه رو جذب میکنن ،  اما چون یه دی الکتریک بین اون ها هست همیشه از هم جدا هستن و این مقدار بار برای همیشه روی اون صفحه باقی میمونه (تا وقتی که جایی برای رفتن به اونجا داشته باشن) حضور این بارها باعث ایجاد یه میدان الکتریکی میشه که نتیجه اون ایجاد انرژی پتانسیل الکتریکی و ولتاژ میشه.وقتی شارژهایی از این دست در “خازن” قرار بگیرن باعث میشه خازن انرژی رو توی خودش ذخیره کنه.

شارژ و دشارژ خازنها

[post_shop]

موقعی مقدار شارژ صفحه منفی و مثبت یکی شد اون موقع میگن خازن شارژ شده.خازن میتونه میدان الکتریکی که داره رو حفظ کنه چون بارهای مثبت و منفی همدیگه رو جذب میکنن.یه نکته ای که این وسط وجود داره اینه که اگه این خازنها به طور کامل شارژ شدن دیگه هیچ گونه بار اضافی رو قبول نمیکنن.

حالا اگه این وسط یه مدار واسط ِپیدا بشه که خازن بتونه بارهاش رو انجا تخلیه کنه اون موقع شروع میکنه به دشارژ شدن.عکس زیر شارژ و دشارژ خازن رو به خوبی نشون میده:

در مدار بالا ابتدا باتری باعث میشه خازنمون شارژ بشه تا وقتی که به حداکثر ظرفیت شارژ خودش برسه بعد از اون مدار عوض میشه و به یه  led وصل میشه و خازن شروع میکنه به  دشارژ شدن.

محاسبه ولتاژ ، جریان و شارژ خازنها

همونطور که توی جلسه قبل هم گفتیم ظرفیت یک خازن به ما میگه که چه مقدار انرژی میتونه توی اون ذخیره بشه.مقدار شارژ ذخیره شده کنونی خازن هم به مقدار باری که روی صفحات اون  ذخیره میشه بستگی داره یا در واقع به پتانسیلی که روی اون صفحات وجود داره. رابطه بین سه تا پارامتری که توی بالا گفتیم(ولتاژ و جریان و بار) به شکل زیر هست:

ظرفیت یه خازن همیشه ثابت هست پس اگه میخواید یه مقداری بار رو روی خازن ذخیره کنید باید ولتاژ رو دستکاری کنید و طبیعتا هم ولتاژ بیشتر به معنی شارژ بیشتر و ولتاژ کمتر هم شارژ کمتر.

رابطه ی بالا میتونه تعریفی از یک فاراد رو هم به ما بده:

محاسبه جریان عبوری از خازنها در حین شارژ شدن

جریان عبوری از خازنها در حین شارژ به دو پارامتر بستگی داره. 

• ظرفیت خازن
• نرخ افزایش یا کاهش ولتاژ

قسمت اول جمله بالا که معلومه.برای قسمت دومش به نظرم لازمه یه سری توضیحات داده بشه:
اگه نرخ افزایش ولتاژ خازنمون خیلی زیاد باشه جریان ذخیره شده توی اون هم زیاد هم.اگه نرخ افزایش کمتر باشه جریان ذخیره شده هم کمتر هست.در نهایت هم اگه ولتاژ ثابت باشه که اصلا  جریانی توش ذخیره نمیشه.

در نهایت میتونید کل توضیحات بالا رو توی رابطه ی زیر ببینید:

به عنوان مثال ، مدار شکل زیر و نمودار ولتاژی که در این مدار ذخیره میشه رو ببینید:

در واقع با گذشت زمان ، به مرور بار الکتریکی ذخیره شده روی صفحات خازن افزایش پیدا میکنه تا وقتی که ولتاژ دو سر خازن برابر بشه با ولتاژ منبع تغذیه. همونطور که در شکل میبینید این ولتاژ به صورت نمایی افزایش پیدا میکنه و رابطه ولتاژ و زمان به صورت نمایی هست. حالا اجازه بدید برای همین مدار جریان عبوری از خازن رو ببینیم که به چه شکلی تغییر میکنه. 

همونطور که میبینید به مرور زمان جریان عبوری از خازن کاهش پیدا میکنه و از یه جایی به بعد دیگه تقریبا به صفر میرسه. این لحظه همون لحظه ای هست که ولتاژ دو سر خازن با ولتاژ دو سر منبع تغذیه یکی شده و بنابراین اختلاف پتانسیلی وجود نداره. در این حالت طبق رابطه ی گفته شده ، دیگه اختلاف پتانسیلی وجود نداره ، درواقع  عبارت dv/dt برابر صفر میشه و جریانی دیگه از مدار عبور نمیکنه. از نگاهی دیگر در لحظات اولیه جریان زیادی در مدار جاری هست ولی به مرور زمان و با گذشت زمان ( و در واقع در زمان بی نهایت) جریان عبوری از خازن برابر صفر میشه اون موقع دیگه از خازن جریانی نمیگذره. علت این پدیده وجود باتری است که دارای ولتاژ ثابتی است. 

[/post_shop]

خوب اینم پایان این جلسه.اگه انتقاد یا پیشنهادی دارید حتما به ما بگید.چون باعث میشه مطالب کیفیت بالاتری داشته باشن.درضمن اگه میخواید از آخرین اخبار سایت مطلع بشید و یا مطالب منحصر به فرد دیگه ای رو ببینید که در سایت منتشر نمیشن میتونید از لینک های زیر ما رو دنبال کنید: