ما هو المواسع؟

تعريف المواسع:

هناك ثلاثة مكونات إلكترونية أساسية تشكل أساس الدائرة وهي المقاومات والمحاثات والمكثفات، يعمل المكثف في الدائرة الكهربائية كجهاز تخزين للشحنة، إنها تحمل الشحنة الكهربائية عندما نطبق جهداً عبرها، وتتخلى عن الشحنة المخزنة للدائرة عند الحاجة، يتكون أبسط بناء للمكثف من موصلين متوازيين (عادة ألواح معدنية) مفصولة بمادة عازلة.
عندما نقوم بتوصيل مصدر جهد عبر المكثف، يصبح الموصل (لوحة المكثف) المتصل بالطرف الموجب للمصدر مشحوناً بشكل إيجابي، ويصبح الموصل (لوحة المكثف) المتصل بالطرف السالب للمصدر مشحوناً سالباً نظراً لوجود عازل بين الموصلات، من الناحية المثالية، لا يمكن لأي شحنة أن تنتقل من لوحة إلى أخرى.

لذلك، سيكون هناك اختلاف في مستوى الشحن بين هذين الموصلات (اللوحات)، كما أنه يظهر فرق الجهد الكهربائي عبر الألواح، إن تراكم الشحنة في ألواح المكثف ليس فورياً بل يتغير تدريجياً، حيث يظهر الجهد عبر المكثف ويرتفع أضعافاً مضاعفة حتى يصبح مساويا لمصدر الجهد المتصل.

ما هي السعوية؟

نحن ندرك الآن أن تراكم الشحنة في الموصلات (الصفائح) يسبب فرق الجهد أو الجهد عبر المكثف، يشار إلى كمية الشحنة المتراكمة في المكثف لتطوير جهد معين عبر المكثف على أنها سعة الاحتفاظ بالشحنة للمكثف، نقيس قدرة تراكم الشحنة لمكثف في وحدة تسمى السعوية،
السعوية هي الشحنة المخزنة في مكثف لتطوير فرق جهد قدره 1 فولت عبره، ومن ثم، توجد علاقة مباشرة بين شحنة وفولتية المكثف، الشحنة المتراكمة في المكثف تتناسب طردياً مع الجهد المتولد عبر المكثف.

حيث (Q) هي الشحنة و (V) هو الجهد.

هنا (C) هو ثابت التناسب، وهذه ما تسمى بالسعوية.

تعتمد السعوية على ثلاثة عوامل فيزيائية، وهي المنطقة النشطة للموصل المكثف (اللوحات)، والمسافة بين الموصلات (الصفائح)، وكذلك سماحية الوسط العازل.

هنا، (ε) هي سماحية الوسط العازل، (A) هي المنطقة النشطة للوحة و (d) هي المسافة العمودية بين الألواح.

توصيل المواسعات:

المواسعات على التوالي:

على فرض نريد ربط عدد (n) من المكثفات على التوالي، يتم تطبيق الفولتية عبرهذه المجموعة من المكثفات المتسلسلة.

لنفترض أن سعة المكثفات هي (C1 ، C2 ، C3 ……Cn) على التوالي، والسعة المكافئة لمجموعة سلسلة من المكثفات هي (C)، هبوط الجهد عبر المكثفات يعتبر (V1 ، V2 ، V3 …… .Vn)، على التوالي .

الآن ، إذا كانت (Q coulomb) هي الشحنة المنقولة من المصدر عبر هذه المكثفات .

نظراً لأن الشحنة المتراكمة في كل مكثف كانت عبارة عن سلسلة كاملة من المكثفات ستكون متشابهة وتعتبر Q.

المواسعات على التوازي:

تم تصميم المكثف لتخزين الطاقة في شكل مجالها الكهربائي، أي الطاقة الكهروستاتيكية، وعندما تكون هناك ضرورة لزيادة سعة تخزين الطاقة الكهروستاتيكية، يلزم وجود مكثف مناسب بسعة متزايدة، يتكون المكثف من لوحين معدنيين متصلين على التوازي ويفصل بينهما وسيط عازل مثل الزجاج والميكا والسيراميك وما إلى ذلك.
يوفر العازل وسيطاً غير موصل بين الألواح ولديه قدرة فريدة على حمل الشحنة والقدرة من المكثف لتخزين الشحنة تعرف بأنها سعة المكثف، عندما يتم توصيل مصدر جهد عبر ألواح المكثف، يتم ترسيب شحنة موجبة على إحدى اللوحين وشحنة سالبة على اللوحة الأخرى.

يتناسب الإجمالي للشحنة (q) المتراكمة بشكل مباشر مع مصدر الجهد (V) بحيث يكون:

حيث (C) هو ثابت التناسب أي السعوية، وتعتمد قيمته على الأبعاد المادية للمكثف.

حيث (ε) ثابت العزل الكهربائي، (A) مساحة اللوحة الفعالة و (d) المسافة بين الألواح.

لزيادة قيمة السعة للمكثف، يتم توصيل اثنين أو أكثر من المكثفات بالتوازي، حيث أن لوحين متشابهين مرتبطان ببعضهما البعض، ثم يتم إضافة مساحة التداخل الفعالة بينهما مع تباعد ثابت بينهما، وبالتالي تصبح قيمة السعة المكافئة لهما مزدوجة (C ∝ A ) وهي السعة الفردية.
يتم استخدام بنك المكثف في العديد من الصناعات التحويلية والمعالجة التي تتضمن مكثفاً بالتوازي؛ وذلك لتوفير سعة بالقيمة المرغوبة كما هو مطلوب من خلال تنظيم اتصال المكثفات المتصلة بالتوازي، وبالتالي يتم استخدامه بكفاءة كمعوض ثابت لتوازن الطاقة التفاعلية في تعويض نظام الطاقة.
عندما يتم توصيل مكثفين على التوازي، يكون الجهد (V) عبر كل مكثف هو نفسه، أي (Veq = Va = Vb) وينقسم التيار (ieq) إلى جزأين (ia) و (ib)، كما هو معروف أن:

عندما يتم ربط عدد (n) من المكثفات بالتوازي، عبر مصدر جهد (V) فولت.

لنفترض أن سعة المكثفات هي (C1 ، C2 ، C3… ..Cn)، والسعة المكافئة لمزيج المكثف هي (C)، حيث أن المكثفات متصلة على التوازي، مثل الشحنة الحالية في كل مكثف ستكون نفسها، وإجمالي الشحنة للتوليفة المتوازية، سيتم تقسيمها في كل مكثف وفقاً لقيمة السعة الخاصة به، لكن الجهد عبر كل مكثف سيكون متماثلًا وفي حالة الحالة المستقرة يكون مساوياً تماماً للجهد المطبق.

حيث، (Q1، Q2، Q3، …… .Qn)، هي شحنة المكثف (C1، C2، C3… .. Cn) بالترتيب.

الآن يمكن كتابة المعادلة (2)، كالتالي: