المكثف الكهربائي ما هو مبدأ عمله؟

المكثف الكهربائي
المكثف الكهربائي

ما هو مبدأ عمل المكثف الكهربائي؟

يخزن المكثف الطاقة الكهربائية مؤقتًا، لكن مبدأ عمله يختلف عن البطارية، حيث تعتمد البطارية على مبدأ التفاعلات الكيميائية للأكسدة واختزال الإلكترونات، بينما لا يقوم المكثف بأي تفاعلات كيميائية و يمكن توضيح مبدأ عمل المكثف في الخطوات التالية:

  • توصيل المكثف، تحتوي الدائرة الكهربائية على بطارية.
  • تتكون الشحنات السالبة (الإلكترونات) عند طرف المكثف المتصل بالقطب السالب للبطارية.
  • يفقد طرف المكثف المتصل بالطرف الموجب للبطارية الإلكترونات لذلك يتم إطلاق الإلكترونات باتجاه القطب الموجب للبطارية.
  • يحتوي المكثف على نفس الشحنة الكهربائية مثل البطارية ، أي أنه يتم شحنه بجهد مساوٍ لجهد البطارية في الدائرة.

المكثف الكهربائي

يعد المكثف الكهربائي أداة من الأدوات الكهرباية المستهلكة للطاقة، بحيث إن مهمة المكثف الكهربائي الأساسية هي تخزين الطاقة الكهربائية بداخله، ويتكون المكثف الكهربائي من صفيحتين موصلتين للتيار الكهربائي بينهما صفيحة تتكون من مادة عازلة للتيار الكهربائي، وحين يتصل المكثف الكهربائي بدارة كهربائية فإنه يعمل على تمرير التيار المتردد من خلاله ولا يسمح بمرور التيار الثابت ويعمل على إبقائه وتخزينه بداخله.

تختلف المكثفات الكهربائية عن بعضها البعض بالسعة الكهربائية والتي تعبر عن مقدار الشحنة التي بإمكان المكثف تخزينها بداخله، وتعتمد كمية الشحنة المخزنة بشكل كبير على نوع المادة العازلة المستخدمة في تصميم المكثف الكهربائي، بحيث إن لكل مادة عازلة ثابت عزل يؤثر بشكل كبير في قدرة المكثف على تخزين الشحنات الكهربائية.

يتكون المكثف الكهربائي من طبقتين موصلتين للتيار الكهربائي تفصلهما طبقة عازلة قادرة علةى تخزين الشحنات بداخلها اعتمادََا على ثابت العزل الخاص بهذه المادة العازلة. يوجد العديد من الأنواع المختلفة للمكثفات الكهربائية، وتختلف من حيث السعة الكهربائية والتي تعتمد بشكل رئيس على المادة العازلة الموجودة بين الصفيحتين الموصلتين للتيار الكهربائي، إذ إن المادة العازلة تحتوي على خصائص تركيبية تحدد قدرة المكثف على تخزين الطاقة الكهربائية.

من هو مخترع المكثف الكهربائي؟

تم اختراع المكثف لتخزين الطاقة الكهربائية لأول مرة في جامعة لايدن، الواقعة في هولندا عام 1746 م، وحدث ذلك من خلال التجارب التي أجراها بيتر فان موشنبروك، لكن طريقة العمل الدقيقة كانت غامضة في ذلك الوقت، وتجربته يمكن تلخيصه في زجاجة سماها “ليدن جرة، حيث قام بلف الزجاجة بورق معدني من الداخل والخارج ثم ربط الجزء الخارجي منها بالأرض، وربط من الداخل بمصدر طاقة كهربائي، و وقد وجد أن الشحنات الكهربائية في تلك الزجاجة “ليدن جرة” حتى بعد فصل مصدر الطاقة الخاص بها.

ما هي أنواع المكثف الكهربائي؟

للمكثف الكهربائي أنواع عدة تبعًا لنوع العازل المستخدم في صناعته وحجمه، ولكل نوع استخدام معين، وأنواع المكثفات الكهربائية هي كالآتي:

  • مكثف السيراميك: يناسب التطبيقات التي تتطلب وجود تردد كهربائي مرتفع مثل: أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، وأجهزة التصوير بالأشعة السينية.
  • المكثف الفائق: هو مكثف يمكنه تخزين الطاقة الكهربائية بما يكفي لتشغيل الحافلات، ويستخدم عادة في السيارات التي تعمل بالكهرباء، أو تلك التي تستخدم الكهرباء إلى جانب الوقود “الهايبرد“.
  • مكثف الهواء: يستخدم مكثف الهواء عادة في الدوائر الكهربائية التي تحتاج لضبط أمواج راديوية، وأنظمة الراديو، فيتم توصيل المكثفات بمذبذبات خاصة، ويعمل المكثف عمله المعتاد من شحن وتفريغ في ملف سلكي لينشأ مجال مغناطيسي، وعند الانتهاء من عملية التفريغ يعود المكثف للشحن من جديد، وتكون هذه العمليات ضمن فترات زمنية منتظمة ترددها مساو لتردد محطة الراديو القريبة حتى يقوم النظام بالتقاط هذه الموجات المذاعة وتضخيمها.
  • مكثف الزجاج: يناسب التطبيقات التي تتطلب وجود جهد كهربائي مرتفع، ويتم استخدامه في الوكالة الأمريكية للفضاء “ناسا” لأغراض معينة في النظام الإلكتروني للمكوك الفضائي والمجسات.
  • مكثف مايلر: هو مكثف يتم استخدامه في الدوائر الكهربائية التي تحتوي على مؤقتات، ويعود سبب ذلك إلى طريقة عملها القائمة على الشحن والتفريغ على فترات محددة، ويستخدم هذا النوع من المكثفات في الساعات والعدادات وأجهزة الإنذار.

كم يبلغ سعر المكثف؟

تقاس تكلفة المكثفات بالدولار بالوحدة (دولار /كيلو واط) وتخلتف أسعار المكثفات باختلاف أنواعها، مثلًا؛ تترواح معدلات أسعار المكثفات الفائقة بين (160 – 401 دولار/ كليو واط)، كما يبلغ معدل سعر المكثف DC حوالي (160 دولار/كيلو واط)، أما تكلفة التشغيل والصيانة للمكثفات بشكل عام فهي قليلة جدًا وتساوي (دولار واحد/ كيلو واط) سنويًا كقيمة تقريبية.

ما أبرز استخدامات المكثف الكهربائي؟

للمكثف الكهربائي استخدامات متعددة نظرًا لأهميته في تخزين الطاقة الكهربائية حيث يتم شحنه ليتم استخدامها في العديد من التطبيقات، ومن أبرز استخدامات المكثف الكهربائي ما يأتي:

  • المؤقتات.
  • تزويد الأجهزة المنزلية بالتيار المستمر.
  • الوميض المنبعث من آلات التصوير الحديثة “فلاش الكاميرا”.
  • ضبط الدارات الكهربائية لتوافق أنظمة الراديو.
  • في المجال الطبي، كالتصوير بالأشعة السينية وأجهزة الرنين المغناطيسي (MRI).

اظهر المزيد

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى