السعة الكهربائية

ما هي السعة الكهربائية؟

تبيّن السعة كمية الشحنة الكهربائية التي يمكن لمكثف (عنصر من لوحين موصلين بينهما مادة عازلة) تخزينها عند جهد معين. والصيغة هي: C = Q / U، حيث Q الشحنة المخزنة وU الجهد.

تعتمد السعة فقط على الخصائص الفيزيائية للمكثف (مساحة اللوحين، المسافة بينهما، نوع المادة العازلة بينهما)؛ وهي قيمة ثابتة، مستقلة عن الجهد أو كمية الشحنة في الدائرة.

وحدة السعة في النظام الدولي: الفاراد

الفاراد هو الوحدة المشتقة للسعة في النظام الدولي ويُرمز له بالحرف F؛ سُمّي تيمنًا بالعالم البريطاني مايكل فاراداي، رائد أعمال الكهرومغناطيسية.

يمكن لسعة مقدارها 1 فاراد تخزين شحنة مقدارها 1 كولوم عند جهد مطبَّق مقداره 1 فولت. وهذه قيمة كبيرة جدًا لعناصر الإلكترونيات اليومية -- لذلك تقع المكثفات العملية غالبًا في نطاق الميكروفاراد أو النانوفاراد أو البيكوفاراد.

لماذا تُستخدم البيكوفاراد والميكروفاراد؟

تتراوح قيم معظم المكثفات المستخدمة في الدوائر الإلكترونية القياسية بين البيكوفاراد (جزء من تريليون من الفاراد) والميكروفاراد (جزء من مليون من الفاراد)؛ ما يُظهر كم الفاراد وحدة كبيرة فعليًا.

يقع مكثف ضبط التردد في دائرة راديو مثلًا عادة في نطاق البيكوفاراد، بينما قد يبلغ مكثف الترشيح في مصدر طاقة عدة مئات من الميكروفاراد.

المكثفات الفائقة: تخزين على مستوى الفاراد

بخلاف المكثفات التقليدية، يمكن للمكثفات الفائقة (فوق المكثفات) بلوغ قيم سعة عدة فاراد، وأحيانًا آلاف الفاراد. ويتحقق ذلك بفضل مواد أقطاب خاصة ومساحة سطح فعّالة كبيرة جدًا.

يمكن شحن المكثفات الفائقة وتفريغها أسرع بكثير من البطاريات، وتمتلك عمرًا أطول بكثير، لكنها تخزن عادة طاقة إجمالية أقل لكل حجم من البطاريات -- لذلك تُستخدم غالبًا مع البطاريات وليس بديلًا عنها (لاحتياجات القدرة العالية قصيرة الأمد).

صيغة مكثف الصفائح المتوازية

تُحسب سعة أبسط أنواع المكثفات، مكثف الصفائح المتوازية، بالصيغة: C = ε × (A/d)، حيث ε نفاذية المادة العازلة، وA مساحة الصفيحة، وd المسافة بين الصفيحتين.

تُظهر هذه الصيغة أن الصفائح الأكبر والمسافة الأقل (أو المواد ذات ثابت العزل الكهربائي الأعلى) تعطي سعة أعلى -- وهذا المبدأ أساس تصميم المكثفات.

لماذا تُستخدم المكثفات في الدوائر؟

تُستخدم المكثفات لأغراض كثيرة: لتنعيم تقلبات الجهد في مصادر الطاقة (الترشيح)، ولإحداث تأخير زمني محسوب في دوائر التوقيت عبر الشحن والتفريغ المحدد، أو للسماح بمرور ترددات معينة وحجب أخرى في الأنظمة الصوتية (دوائر الترشيح).

تعمل الشاشات اللمسية أيضًا وفق هذا المبدأ: فهي تكتشف تغيّر السعة الناتج عن لمسة إصبع -- وهذا هو مبدأ العمل الأساسي لتقنية اللمس السعوي.

البدء الأسرع

إذا كنت تبحث عن تحويل مباشر، ابدأ من قائمة التحويلات الشائعة في أعلى الصفحة. وإذا كنت تريد توسيع التصفح خارج هذه الفئة، فانتقل إلى بوابة كل التحويلات أو راجع معجم الوحدات في هذه الصفحة.