محتويات
ما المقصود بالمكثف الكهربائي؟
المكثّف الكهربائي (Capacitor)، ويسمى أيضًا بالمواسعة الكهربائية أو السّعة الكهربائية، هو جهاز يتم استخدامه بغرض تخزين الكهرباء، ويتكوّن بشكل أساسي من لوحين موصلين يوضعان بالقرب من بعضهما البعض بشكل متوازي مع وجود عازل بينهما، ومن أبسط الأمثلة على المكثف بجعل أحد اللوحين الموصلين يحمل شحنة موجبة بمقدار معيّن (Q+)، وشحن اللوح الآخر بنفس المقدار بشحنة سالبة (Q-)، وحينها يكون المكثّف يحمل شحنة مقدارها (Q).[١]
المكثّف هو جهاز يستخدم في تخزين الطاقة الكهربائية لاستخدامها فيما بعد.
من هو مخترع المكثف الكهربائي؟
تم اختراع المكثّف لتخزين الطاقة الكهربائية لأول مرّة في جامعة ليدن التي تقع في هولندا عام 1746 م، وحدث ذلك من خلال تجارُب قام بها بيتر فان موشنبروك (Pieter van Musschenbroek)، إلا أن كيفية العمل الدقيقة كانت مُبهمة آنذاك، ويمكن تلخيص تجربته بزجاجة أسماها "جرّة ليدن" (Leyden jar)، حيث قام بتغليف الزجاجة بورق معدني من الداخل والخارج ثمّ جعل الجزء الخارجي منها موصولًا بالأرض، ووصّل الجهة الداخلية منها بمصدر طاقة كهربائية، وتمّ التوصّل إلى إمكانية تخزين الشحنات الكهربائية في تلك الزجاجة "جرة ليدن" حتى بعد فصل مصدر الطاقة عنها.[٢]
مخترع المكثّف الكهربائي هو بيتر فان موشنبروك، وذلك من خلال تجربته المعروفة باسم "جرّة ليدن" التي قام بها عام 1746.
ما هو مبدأ عمل المكثف الكهربائي؟
يخزّن المكثّف الطاقة الكهربائية بشكل مؤقَّت، إلا أن مبدأ عمله يختلف عن البطارية، فالبطارية تقوم على مبدأ تفاعلات كيميائية من الأكسدة والاختزال للإلكترونات، أما المكثّف فلا يقوم بأي تفاعلات كيميائية،[٣]، ويمكن توضيح مبدأ عمل المكثّف في الخطوات الآتية:
- يتم وصل المكّثف الكهربائي بدائرة كهربائية تحتوي على بطارية.
- تتكوّن شحنات سالبة (إلكترونات) على طرف المكثف الموصول بقطب البطارية السالب.
- يفقد طرف المكثف المتصل بالطرف الموجب للبطارية الإلكترونات، بحيث تنطلق الإلكترونات باتجاه قطب البطارية الموجب.
- يمتلك المكثف شحنة كهربائية بنفس شحنة البطارية، أي يصبح مشحونًا بجهد مساوٍ لجهد البطارية الموجودة في الدارة.
إنَّ مبدأ عمل المكثف سهل وبسيط، ويمكن عمله بوجود صفيحتين معدنيتين بينهما فاصل، ويتم شحنه بوجود بطارية ليتسنّى استخدامه فيما بعد.
ما هي أنواع المكثف الكهربائي؟
للمكثف الكهربائي أنواع عدَّة تبعًا لنوع العازل المُستخدم في صناعته وحجمه، ولكل نوع استخدام معين، وأنواع المكثفات الكهربائية هي كالآتي:
- مكثّف الهواء: يُستخدم مكثف الهواء عادًة في الدوائر الكهربائية التي تحتاج لضبط أمواج راديوية، وأنظمة الراديو[٣]، فيتم توصيل المكثّفات بمذبذبات خاصَّة، ويعمل المكثف عمله المعتاد من شحن وتفريغ في ملف سلكيّ لينشأ مجال مغناطيسي، وعند الانتهاء من عملية التفريغ يعود المكثّف للشحن من جديد، وتكون هذه العمليات ضمن فترات زمنية مُنتظمة ترددها مساوٍ لتردد محطة الراديو القريبة حتى يقوم النظام بالتقاط هذه الموجات المُذاعة وتضخيمها.[٤]
- مكثّف مايلر: هو مكثّف يتم استخدامه في الدوائر الكهربائية التي تحتوي على مؤقتات،[٣] ويعود سبب ذلك إلى طريقة عملها القائمة على الشحن والتفريغ على فترات محددة،[٤] ويستخدم هذا النوع من المكثفات في الساعات والعدّادات وأجهزة الإنذار.[٣]
- مكثّف الزجاج: يُناسب التطبيقات التي تتطلب وجود جهد كهربائي مرتفع، ويتم استخدامه في الوكالة الأمريكية للفضاء "ناسا" لأغراض مُعيَّنة في النظام الإلكتروني للمكوك الفضائي والمجسّات.[٣]
- مكثّف السيراميك: يُناسب التطبيقات التي تتطلب وجود تردُّد كهربائي مُرتفع مثل: أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، وأجهزة التصوير بالأشعة السينية.[٣]
- المكثّف الفائق: هو مكثّف يمكنه تخزين الطاقة الكهربائية بما يكفي لتشغيل الحافلات، ويستخدم عادًة في السيارات التي تعمل بالكهرباء، أو تلك التي تستخدم الكهرباء إلى جانب الوقود "الهايبرد".[٣]
تتنوَّع المكثّفات الكهربائية بتنوّع المادة العازلة التي يمكن أن تستخدم فيها، وتتناسب المواد المستخدمة مع الوظيفة التي يراد استخدام المكثّف فيها، فمنها يُستخدم في تطبيقات الترددات العالية مثل مكثفات السيراميك، ومنها مُستخدم في الأنظمة التي تحتاج تخزين جهد كهربائي عالي مثل مكثفات الزجاج، والمكثفات الفائقة.
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.[٤]
- تزويد الأجهزة المنزليَّة بالتيار المستمر.[٤]
- الوميض المنبعث من آلات التصوير الحديثة "فلاش الكاميرا".[٤]
- ضبط الدارات الكهربائية لتوافق أنظمة الراديو.[٤]
- في المجال الطبي، كالتصوير بالأشعة السينية وأجهزة الرنين المغناطيسي (MRI).[٣]
تدخل المكثفات الكهربائية في تطبيقات عديدة من أنظمة الدارات الكهربائية والإلكترونيات، وجميعها تعتمد بشكل أساسي على شحن الطاقة الكهربائية وتفريغها بشكل سريع عند الاستخدام.
كم يبلغ سعر المكثف؟
تُقاس تكلفة المكثفات بالدولار بالوحدة (دولار /كيلو واط) وتخلتف أسعار المكثفات باختلاف أنواعها، مثلًا؛ تترواح معدلات أسعار المكثفات الفائقة بين (160 - 401 دولار/ كليو واط)،[٥] كما يبلغ معدل سعر المكثف DC حوالي (160 دولار/كيلو واط)،[٦] أما تكلفة التشغيل والصيانة للمكثفات بشكل عام فهي قليلة جدًا وتساوي (دولار واحد/ كيلو واط) سنويًا كقيمة تقريبية. [٧]
تختلف أسعار المكثفات باختلاف أنواعها، فلكل نوع معدل سعر معين.
المراجع[+]
- ↑ "Capacitor", britannica. Edited.
- ↑ "Capacitors", ethw. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج ح خ د "How Capacitors Work", howstuffworks. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج ح "List of Uses for Capacitors"، sciencing. Edited.
- ↑ K Mongird, V Viswanathan, V Koritarov and others, Energy Storage Technology and Cost Characterization Report, Page 4 7. Edited.
- ↑ K Mongird, V Fotedar, V Viswanathan and others, Energy Storage Technology and Cost Characterization Report, Page 4 45. Edited.
- ↑ K Mongird, V Viswanathan, P Balducci and others , Energy Storage Technology and Cost Characterization Report, Page 4 46.
