أنواع المكثفات: العازل والقطبية والسعة

الخلاصة السريعة

اسم عائلة المكثف يشرح جانبًا من بنيته؛ لكنه لا يغني عن قيم المنتج ومواصفاته.

• السيراميكي يستخدم عازلًا بين الأقطاب، ويمكن أن تتكرر الطبقات في بنية متعددة الطبقات. ^[1]
• مكثف الفيلم يستخدم فيلمًا بلاستيكيًا مع أقطاب معدنية؛ وتختلف خواصه باختلاف مادة الفيلم. ^[2]
• العازل في الإلكتروليتي الألومنيومي طبقة أكسيد؛ النوع المعتاد قطبي، وتوجد بنية ثنائية القطبية. ^[3]
• السعة C = Q/V تقاس بالفاراد؛ وهي غير الجهد المقنن الذي يحدد حد تشغيل تحت شروط المنتج. ^[4][2]
• في مثال بسعة ثابتة C = 2.2 μF: عند 5 فولت تكون الشحنة 11 ميكروكولوم والطاقة 27.5 ميكروجول؛ عند 10 فولت تصبحان 22 ميكروكولوم و 110 ميكروجول.

ما الفرق بين السيراميك والفيلم والإلكتروليتي؟

في السيراميكي متعدد الطبقات تتكرر طبقات العازل والأقطاب، لتخزين شحنة أكبر في هذا الترتيب متعدد الطبقات. ^[1]

في مكثف الفيلم يكون العازل فيلمًا بلاستيكيًا؛ وقد تكون الأقطاب رقائق معدنية أو طبقات معدنية على الفيلم. من مواده البوليستر والبولي بروبيلين، وتختلف استجابتها للحرارة والتردد. ^[2]

أما الإلكتروليتي الألومنيومي فيضم رقائق ألومنيوم وطبقة عازلة من Al₂O₃، ويعمل الإلكتروليت بوصفه الكاثود الحقيقي المتصل بهذه الطبقة. ^[3]

في جدول المقارنة الشخصي، اجعل «مادة العازل» خانة و«السعة» خانة أخرى. اسمان مختلفان للعائلة لا يخبرانك، وحدهما، أن المنتج الأول أكبر سعة من الثاني؛ تحتاج إلى قيمة كل منتج كي تجري هذه المقارنة.

هل كل مكثف إلكتروليتي قطبي؟

البنية المعتادة للإلكتروليتي الألومنيومي غير متناظرة وقطبية. لكن النوع ثنائي القطبية يستخدم رقائق أنودية على الجانبين؛ لذلك لا يصح تحويل وصف النوع المعتاد إلى حكم على كل منتج. ^[3]

للمقارنة بين قطعتين، سجل اسم المنتج ورقم طرازه وما تقوله ورقة بياناته عن القطبية. كلمة «إلكتروليتي» في عنوان الجدول تساعدك على تحديد العائلة، لكنها لا تقوم مقام مواصفة المنتج بعينه.

هذه طريقة قراءة للمعلومات، وليست دعوة لتجربة تغيير توصيل مكثف. هدف المثال التمييز بين تصنيف عام وصفة يثبتها تعريف المنتج.

كيف نحسب السعة والشحنة والطاقة؟

السعة هي نسبة الشحنة إلى فرق الجهد: C = Q/V، ووحدتها الفاراد، أي كولوم لكل فولت. لا تعني السعة الثابتة شحنة ثابتة عند تغيير الجهد. ^[4]

في نموذج مكثف خطي ذي سعة ثابتة، الطاقة المختزنة U = ½CV². ^[5]

نختار سعة 2.2 ميكروفاراد وجهدًا مقداره 5 فولت. الشحنة Q = 2.2 × 5 = 11 μC، والطاقة U = 0.5 × 2.2 × 5² = 27.5 μJ؛ استعملنا الميكروفاراد لتبقى النتيجة بالميكروجول.

عند إبقاء السعة نفسها وزيادة الجهد إلى 10 فولت، تصبح الشحنة 2.2 × 10 = 22 μC والطاقة 0.5 × 2.2 × 10² = 110 μJ.

اختبر النسب: 22/11 = 2، لكن 110/27.5 = 4. لهذا لا نستنتج من تضاعف الشحنة أن الطاقة تضاعفت فقط؛ الحسابان يستعملان الجهد بطريقة مختلفة.

ما الفرق بين السعة والجهد المقنن؟

الجهد المقنن للفيلم يحدد حد الجهد المسموح ضمن شروطه، وقد توجد قيم منفصلة للتيار المستمر والمتناوب. يتأثر الحد بشروط مثل الحرارة؛ فلا نستبدل قيمة AC بقيمة DC دون المواصفة. ^[2]

لنتصور بطاقة افتراضية مكتوبًا عليها سعة 2.2 ميكروفاراد وتصنيف 25 فولت DC. العددان يجيبان عن سؤالين مختلفين: الأول خانة السعة، والثاني خانة التصنيف. ليس حاصل ضربهما تعريفًا للسعة.

الأعداد 5 و 10 فولت في مسألة الطاقة السابقة مدخلات حسابية اختيرت لتوضيح العلاقة. أما أي قرار يخص قطعة محددة فيبدأ بورقة بياناتها، لا بصورة عامة للعائلة ولا بأرقام هذا المثال.