الفيزياء · المسرد

ما معنى المكثّفة والسعة الكهربائية؟

يُعرف أيضًا باسم: مكثّفة · سعة كهربائية · فاراد

تعريف 30.1 فيزياء المرحلة الثانوية · الفصل 30 — دارتا RC وRL

المكثّفة صفيحتان معدنيتان متقابلتان يفصل بينهما عازل رقيق. وإذا وُصلت بمنبع، حملت الصفيحتان شحنتين متعاكستين +q+q وq-q — فيملأ مجال كهربائي الفجوة (الفصل 14) — ويتناسب التوتر uu بين الصفيحتين مع الشحنة المخزونة:

q=Cu.q = C\,u .

والثابت CC هو السعة الكهربائية، وتقاس بوحدة الفاراد (F\mathrm{F}): 1F=1C/V1\,\mathrm{F} = 1\,\mathrm{C}/\mathrm{V}.

أمثلة

مثال 30.2 (رتب القدر)

الفاراد الواحد هائل — أي كولوم واحد مركون لكل فولط. فالمكثّفات الخزفية في دارات الراديو: من pF\mathrm{pF} إلى nF\mathrm{nF}؛ والإلكتروليتية في مغذّيات التيار وفي الأجهزة الوامضة: من µF\text{µ}\mathrm{F} إلى mF\mathrm{mF}؛ والمكثّفات الفائقة: آلاف الفارادات.

مثال 30.9 (أرقام وحدة وماضة)

وماض تصوير يشحن C=800µFC = 800\,\text{µ}\mathrm{F} عبر R=1.0kΩR = 1.0\,\mathrm{k}\Omega: فيكون τ=103×8.0×104=0.80s\tau = 10^3 \times 8.0\times10^{-4} = 0.80\,\mathrm{s}، ومن ثم ينتظر ضوء “الجهوزية” — المضبوط ليعمل عند 95%95\% — مدةَ 3τ2.4s3\tau \approx 2.4\,\mathrm{s}: وهو أزيز الخطّاف. وإذا أُطلق عبر 0.50Ω0.50\,\Omega لا غير في أنبوب الوماض، فرغت المكثّفة نفسها بثابت زمن قدره τ=0.40ms\tau' = 0.40\,\mathrm{ms}: أي أسرع خروجًا بألفي مرة منها دخولًا.

مثال 30.16 (رتب قدر الطاقة)

مكثّفة الوماض ذات المثال 30.9: 12×8.0×104×3002=36J\tfrac12 \times 8.0\times10^{-4} \times 300^2 = 36\,\mathrm{J}. ومكثّفة فائقة قدرها 3000F3000\,\mathrm{F} عند 2.7V2.7\,\mathrm{V}: 1.1×104J1.1 \times 10^{4}\,\mathrm{J} — أي ما يعادل بطارية AA. ووشيعة قدرها 10mH10\,\mathrm{mH} عند 10A10\,\mathrm{A}: 0.50J0.50\,\mathrm{J}. وهي أقل مما تحمله البطاريات — لكنها قابلة للتحرير في ميلي ثانية واحدة.

اقرأ في الفصل ←