خازن - 2

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.

 

خازن

 

 

شارژ و دشارژ خازنها

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:

 

خازن

 

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:

 

equation-q-c-v

 

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:

فاراد
یک فاراد به مقدار ظرفیت خازنی گفته میشه که اگه بهش ولتاژ یک ولت رو وصل کنیم یک واحد انرژی(بار(بر حسب کولن)) توی اون ذخیره بشه.

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:

current-capacitor

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. 

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:

شاید دوست داشته باشید مطالب زیر را نیز بخوانید:

9 نظر

  • سینا

    با سلام وتشکر از مطالب عالیتون

    در مورد این که خازن با ولتاژ مستقیم شارژ نمیشه ، اصولا چون یه طرف خازن منفیه و ازدیاد الکترون هست و منفی ها همدیگر رو دفع میکنند خازن شاژ میشه

    خود جمله ویکی پدیا  در مورد شارژ خازن :

    “وقتی که یک خازن بی‌بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترون‌ها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی وجود اینکه کلید همچنان بسته‌است، ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده‌است”

    آدرس :

    https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AE%D8%A7%D8%B2%D9%86

    • حامد قاسمی

      با سلام و سپاس از کامنت شما.
      البته بنده منظور شما رو به صورت دقیق متوجه نشدم. منظور شما این بود که جمله “نمیتوان در خازن جریانی ذخیر کرد” اشکال دارد؟
      در مورد شارژ خازن که قطعا خازن شارژ میشود ولی ما در متن اشاره کردیم که با ولتاژ ثابت نمیتوان جریانی را در خازن ذخیره کرد. قطعا در خازن مقداری ولتاژ ذخیره میشود و تنها تاکید ما در متن این بود که در خازن جریانی ذخیره نمی شود.
      موفق باشید.

      • سینا

        ممنون از پاسخگویی سریع و مطالب عالیتون

        وقتی که خازن شارژ شد ، خازن هم ولتاژ و هم جریان خواهد داشت؛ وقتی از خازن به عنوان منبع در مدار استفاده کنیم، با توجه به مقاومت،جریانی هم خواهد داشت و به نظر من غیر ممکن است که ولتاژ در منیع ذخیره شود اما جریان نه

        مصداق شارژ شدن خازن توسط ولتاژ مستقیم و بدون دست کاری ولتاژ، شوکر های اسباب بازی است که در فروشگاه ها فروخته می شوند و تنها 3 قسمت دارند: خازن ، باتری ، الکترودها که فاقد بخش نوسان ساز ولتاژ می باشند.

        باتشکر از استاد گرامی

        • حامد قاسمی

          با سلام مجدد خدمت شما. شاید استفاده از واژه ذخیره خیلی درست نباشه.
          من متن مربوط به جریان خازن رو دوباره ویرایش کردم و یه سری توضیحات رو اضافه کردم. لطفا اون بخش رو دوباره مطالعه بفرمایید و اگه سوالی مطرح بود باز بفرمایید تا پاسخ داده بشه.
          موفق باشید.

  • ali

    باسلام و تشکر بابت مطالب خوبتون، بنده یک سوال بابت جمله زیر داشتم :

    اگه میخواید یه مقداری بار رو روی خازن ذخیره کنید باید ولتاژ رو دستکاری کنید”

    یعنی اگر یه پایه خازن را به GND بزنیم و پایه دیگر را مثلا به 5 ولت، این خازن شارژ نمیشه ؟ و باید این 5 ولت هی کم و زیاد بشه ؟ مثلا بشه 4 ولت باز بشه 5 ولت ؟

    ممنون میشم یک توضیح مختصر بدید، تشکر.

    • حامد قاسمی

      با سلام خدمت شما.
      همونطور که در متن این جلسه هم اشاره شده ، با استفاده از باتری و ولتاژهای DC نمیشه یک خازن رو شارژ کرد. ما در این جلسه گفتیم که جریان خازن برابر میشه با ظرفیت اون خازن در مشتق ولتاژ. حالا اگه ولتاژ ثابت باشه که مشتق ولتاژ برابر صفر میشه و طبیعتا هم جریان برابر صفر میشه و جریانی در خازن ذخیره نمیشه و همونطور که خودتون در متن سوالتون گفتید با زدن دو پایه خازن به GND و 5 ولت خازن شارژ نمیشه. ذخیره سازی جریان در خازن صرفا با تغییرات ولتاژ امکان پذیر هست.
      موفق باشید.

  • زهره باقری

    با سلام وخسته نباشید خدمت شما ،ابتدا بابت مطالب مفیدی که دراختیار ما قرار دادید کمال تشکر وسپاس رو دارم اما یه انتقادی راجع به این جلسه دارم که مباحث این جلسه دربعضی موارد گنگ بود و نفهوم رو نمیرسوند مثل قسمت اخر وهمچنین قسمتی که راجع به میدان وپتانسیل صحبت کردید.باتشکر ازشما

    • حامد قاسمی

      سلام. ممنون از شما. چشم. در اولین فرصت موارد رو به طور کاملا ساده تر توضیح خواهیم داد و متن نوشته رو کاملتر خواهیم کرد. لطفا چند روز دیگه این نوشته رو دوباره بخونید و اگه باز هم موردی گنگ بود به ما اطلاع بدید تا تصحیح کنیم. قطعا همین انتقاد های شما باعث پیشرفت و بهتر شدن سایت میشه. ممنون از انتقادات و پیشنهادات شما.

      • حامد قاسمی

        دوست عزیز من مطلب رو بررسی کردم. مطلب بیشتر از این نمیتونه ساده بشه. شما فکر کنم مشکلتون در مفاهیم پایه ای مثل میدان الکتریکی است. هر کدوم از این مفاهیم رو که نمیدونید یا هر کدوم از جملات که به نظرتون گنگ میان رو به من بگید براتون توضیح بدم دوباره

  • نوشتن نظر

    پاسخ دادن به حامد قاسمی لغو پاسخ

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    اضافه کردن تصویر ( فقط فرمت jpg)