متفرقه

خازن چیست و نحوه‌ی عملکرد آن به چه صورت است؟

خازن چیست و نحوه‌ی عملکرد آن به چه صورت است؟

در این ویدیو، می‌خواهیم در مورد خازن‌ها صحبت کنیم. در مورد اینکه چگونه کار می‌کنند. کجا از آن‌ها استفاده می‌کنیم و چرا از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

فراموش نکنید که الکتریسیته خطرناک است و می‌تواند مرگبار باشد. برای انجام کارهای برقی، باید توانایی و مهارت کافی داشته باشید. هیچ‌وقت به پایانه‌های یک خازن دست نزنید، چون این‌ کار باعث شوک الکتریکی می‌شود.

خب، خازن چیست‏‫؟ یک خازن شارژ الکتریکی را ذخیره می‌کند. تقریبا مثل یک باتری با این تفاوت که انرژی را به شکلی متفاوت ذخیره می‌کند. نمی‌تواند به اندازه‌ی یک باتری انرژی ذخیره کند. اما شارژ شده و انرژی خود را بسیار سریع‌تر آزاد می‌کند. این مورد بسیار کاربردی است و به همین خاطر است که خازن‌ها تقریبا در تمام صفحات مدار به کار می‌روند. خب، خازن چگونه کار می‌کند‏‫؟ اول به این لوله‌ی آب نگاهی می‌اندازیم که آب از داخل آن جریان دارد. تا زمانی که سوپاپ را نبستیم جریان آب ادامه دارد. بعد جریان آب قطع می‌شود. گرچه، اگر بعد از سوپاپ اجازه بدهیم آب به درون مخزن جاری شود.

مخزن در اینجا مقداری آب ذخیره خواهد کرد، اما جریان آب به بیرون از لوله ادامه خواهد داشت. حالا وقتی که سوپاپ را می‌بندیم. جریان آب به داخل مخزن متوقف می‌شود. اما هنوز منبع ثابت آب به بیرون را خواهیم داشت تا زمانی که مخزن تخلیه شود. زمانی که مخزن دوباره پر شد می‌توانیم تا هر اندازه که بخواهیم سوپاپ را باز و بسته کنیم، تا زمانی که مخزن کاملا تخلیه نشده باشد.

به این ترتیب یک منبع بدون وقفه‌ی آب از این سمت لوله داریم. خب، می‌توانیم از مخزن آب برای ذخیره‌ی آب و برطرف کردن وقفه‌های منبع استفاده کنیم. در مدارهای الکتریکی، خازن به عنوان یک مخزن آب عمل می‌کند و انرژی را ذخیره می‌کند. می‌تواند این انرژِی را آزاد کرده و وقفه‌های منبع را برطرف کند. اگر یک مدار ساده را بسیار سریع، بدون یک خازن خاموش و روشن کنیم، چراغ شروع به چشمک زدن می‌کند. اما اگر خازن را در مدار وصل کنیم چراغ در طول وقفه‌ها روشن خواهد ماند.

حداقل برای یک مدت کوتاه، چون حالا خازن در حال تخلیه‌ی انرژی و برق‌رسانی به مدار است. داخل یک خازن ساده دو صفحه‌ی فلزی رسانا داریم که اغلب از آلومینیوم ساخته شده است و به وسیله‌ی مواد عایق دی الکتریکی سرامیک جداسازی شده است. دی الکتریک به این معنی است که ماده زمانی که با میدان الکتریکی برخورد داشته باشد قطبی شده و به زودی متوجه خواهیم شد که این به چه معنی است.

یک سمت خازن به سمت مثبت مدار وصل شده است و سمت دیگر به سمت منفی متصل می‌شود. در کنار خازن یک نوار و یک علامت مشاهده می‌کنید، این طرف منفی را به ما نشان خواهد داد. اگر خازن را به یک باتری وصل کنیم ولتاژ الکترون‌ها را از پایانه‌ی منفی به سمت خازن می‌فرستد.

الکترون‌ها بر روی صفحه‌ی خازن تشکیل می‌شوند، در حالی که صفحه‌ی بعدی مقداری الکترون آزاد می‌کند، الکترون‌ها به دلیل وجود ماده‌ی عایق توانایی عبور از خازن را نخواهند داشت. در نهایت، ولتاژ خازن و باتری یکی شده و الکترونی جاری نخواهد شد. حالا مجموعه‌ای از الکترون‌ها را در یک سمت داریم. این یعنی انرژی ذخیره کردیم و زمانی که لازم بود می‌توانیم آن را آزاد سازیم.

به این خاطر که الکترون‌ها در یک سمت نسبت به سمت دیگر بیشتر هستند، الکترون‌ها شارژ منفی دارند. این یعنی یک سمت منفی داریم و سمت دیگر مثبت است. بنابراین پتانسیل یا ولتاژ بین این دو متفاوت است و این تفاوت‌ها را می‌توانیم به کمک یک مولتی‌متر محاسبه کنیم، ولتاژ مثل فشار است.

زمانی که فشار را می‌سنجیم در واقع در حال اندازه‌گیری تفاوت یا اختلاف پتانسیل دو نقطه هستیم. یک لوله‌ی آب پرفشار را در نظر بگیرید. می‌توانیم با استفاده از فشارسنج فشار را مشاهده کنیم. فشارسنج دو نقطه‌ی متفاوت را مقایسه می‌کند، همچنین فشار درون لوله با فشار اتمسفری بیرون لوله مقایسه خواهد شد.

زمانی که مخزن خالی باشد فشارسنج عدد صفر را نشان می‌دهد، چون حالا فشار درون مخزن با فشار بیرون آن برابر است. بنابراین فشارسنج چیزی برای مقایسه ندارد. هر دو فشار مشابه هستند. در مورد ولتاژ هم همینطور است. ما تفاوت دو نقطه را مقایسه می‌کنیم. اگر یک باتری ۱.۵ ولتی را اندازه‌گیری کنیم، به این ترتیب تفاوت ولتاژ بین هر سمت ۱.۵ خواهد بود.

اما اگر یک سمت را اندازه‌گیری کنیم، این عدد صفر خواهد بود. چون هیچ تفاوتی وجود ندارد و بنابراین مشابه خواهد بود. در مورد خازن، ولتاژ را اندازه‌گیری کرده و تفاوت ولتاژ میان دو نقطه را به دلیل وجود مجموعه‌ی الکترون‌ها مشاهده می‌کنیم.

این عدد حتی زمانی که از باتری قطع شده باشد، همچنان قابل مشاهده است. اگر به خاطر داشته باشید، در آهنربا قطب‌های مخالف یکدیگر را جذب کرده و به سمت یکدیگر می‌کشند. همین موضوع در مورد مجموعه‌ی الکترون‌های منفی صدق می‌کند. آن‌ها به ذرات با شارژ مثبت اتم‌ها در صفحه‌ی مخالف جذب می‌شوند. آن‌ها به خاطر وجود ماده‌ی عایق هرگز به یکدیگر نمی‌رسند.

این کشش بین دو طرف یک میدان الکتریکی است که الکترون‌ها را تا زمانی که یک مسیر دیگر آماده شود، نگه می‌دارد. اگر حالا یک لامپ کوچک در مدار قرار دهیم یک مسیر برای جریان الکترون‌ها به وجود می‌آید و به سمت مخالف می‌رسد. بنابراین الکترون‌ها درون لامپ جاری می‌شوند، برق‌رسانی می‌کنند و الکترون‌ها به سمت دیگر خازن می‌رسند.

این تنها یک مدت کوتاه دوام دارد، تا زمانی که مجموعه‌ی الکترون‌ها در هر سمت برابر شود. بعد ولتاژ صفر خواهد بود. خب، هیچ نیروی رانشی وجود ندارد و هیچ الکترونی جریان نخواهد داشت. زمانی که باتری‌ها را دوباره وصل کنیم خازن شروع به شارژ شدن می‌کند. به این ترتیب امکان وقفه در منبع توان به وجود می‌آید و خازن در طول این وقفه‌ها توان ایجاد می‌کند.

خب، از خازن‌ها در چه مواردی استفاده می‌کنیم‏‫؟ ظاهر آن‌ها کمی متفاوت است، اما به راحتی جاگذاری می‌شوند. در صفحات مدار این شکلی هستند و در نقشه کشی‌های مهندسی آن‌ها را با این علامت‌ها می‌بینیم. همچنین می‌توانیم خازن‌های بزرگتری داشته باشیم که مثلا در موتورهای القایی، پنکه سقفی و کولرها استفاده می‌شوند. همچنین می‌توانیم از خازن‌های بزرگتر هم استفاده کنیم که برای اصلاح توان ضعیف در ساختمان‌های بزرگ استفاده می‌شوند.

در کنار خازن دو مقدار مشاهده می‌کنیم که همان ظرفیت خازنی و ولتاژ هستند. ظرفیت خازنی خازن را در واحد فاراد محاسبه می‌کنیم که با حرف ‏‫F بزرگ نشان داده می‌شود. گرچه اغلب یک خازن را با میکروفاراد محاسبه می‌کنیم، در میکروفارادها یک علامت این شکلی داریم که شبیه حرف ‏‫U با یک دم است. مقدار بعدی ولتاژ ما است که با ولت اندازه‌گیری می‌کنیم و با حرف ‏‫V نشان می‌دهیم.

در خازن، مقدار ولتاژ حداکثر ولتاژی است که خازن می‌تواند کنترل کند. همانطور که گفتم، خازن برای تحمل یک ولتاژ خاص اندازه‌گیری می‌شود. اگر از این حد بالاتر برود، خازن منفجر خواهد شد. حالا آهسته‌تر نگاه می‌کنیم. آها…خیلی عالی. خب… چرا از خازن‌ها استفاده می‌کنیم‏‫؟ یکی از رایج‌ترین کاربردهای خازن در ساختمان‌های بزرگ، اصلاح توان است. زمانی که بارهای القایی بسیار زیاد در یک مدار قرار بگیرند.

شکل موج ولتاژ و جریان از هماهنگی با یکدیگر خارج می‌شوند و جریان به خاطر ولتاژ کند خواهند شد. سپس از بانک خازنی برای خنثی‌سازی آن استفاده می‌کنیم و آن دو را به توازن برمی‌گردانیم. قبلا در مورد فاکتور توان به طور مفصل صحبت کردیم. حتما تماشا کنید، در لینک زیر قرار دادیم. یکی دیگر از کاربردهای رایج آن هموار کردن نقاط اوج در زمان تبدیل توان‏‫ AC به DC است.

وقتی از یکسوساز تمام پل استفاده می‌کنیم، موج سینوسی‏‫ AC وارونه می‌شود. تا یک جریان چرخه‌ی منفی در جهت مثبت ایجاد کند. به این ترتیب امکان دریافت جریان مستقیم برای مدار فراهم می‌شود. اما یکی از مشکلات این روش فاصله‌ی بین نقاط اوج آن است.

اما همانطور که قبلا هم دیدیم می‌توانیم از یک خازن برای آزادسازی انرژی به مدار در طول وقفه‌ها استفاده کنیم و از این طریق منبع توان هموار شده و بیشتر شبیه یک منبع ‏‫DC می‌شود. می‌توانیم با استفاده از مولتی‌متر، ظرفیت خازنی و ولتاژ ذخیره شده را محاسبه کنیم. همه‌ی مولتی‌مترها عملکرد ظرفیت خازنی ندارند.

در مورد خازن‌ها باید بسیار مراقب باشید. همانطور که می‌دانید، آن‌ها انرژی را ذخیره می‌کنند و می‌توانند مقادیر ولتاژ بالا را برای مدت طولانی نگه دارند. حتی زمانی که به مدار وصل نیستند. برای بررسی ولتاژ، ولتاژ ‏‫DC را در سنجه تغییر می‌دهیم و بعد سیم قرمز را به سمت مثبت خازن وصل می‌کنیم و بعد سیم سیاه را به سمت منفی وصل می‌کنیم.

اگر مقدار ولت بیش از حد باشد باید شارژ را با اتصال پایانه‌ها به یک رزیستور، تخلیه کنیم و به خواندن ولتاژ ادامه دهیم. باید مطمئن شویم که میزان آن کاهش یافته باشد و پیش از شروع کار به محدوده‌ی میلی ولت رسیده باشد. در غیر این صورت شوک می‌گیریم برای محاسبه‌ی ظرفیت خازنی تنها کافی است که سنجه را بر روی عملکرد خازن قرار دهیم.

سیم قرمز را به سمت مثبت و سیم مشکی را به سمت منفی وصل می‌کنیم. پس از یک وقفه‌ی کوتاه، سنجه یک عدد به ما نشان می‌دهد و احتمالا عدد آن نزدیک به مقدار مورد نظر خواهد بود. اما نه دقیقا مثلا این ۱۰۰۰ میکروفاراد است. اما وقتی اندازه‌گیری می‌کنیم، عدد ۹۴۶ را نشان می‌دهد. این ۳۳ میکروفاراد است. اما وقتی اندازه‌گیری می‌کنیم حدود ۳۶ است.

 

ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم ترجمه‌ی فروشگاه اینترنتی ویک)

منبع ویدیو: YouTube

بازگشت به لیست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.