آموزش الکترونیک

فرمول های خازن (محاسبه انرژی و ظرفیت خازن ها)

ظرفیت به عنوان نسبت تغییر در بار الکتریکی یک سیستم به تغییر مربوطه در پتانسیل الکتریکی آن تعریف می شود. این اصطلاح برای خازن ها (اجزای الکتریکی طراحی شده برای ذخیره بار الکتریکی) استفاده می شود. در این مقاله، ما مفهوم ظرفیت و چگونگی کاربرد آن در الکترونیک روزمره را بررسی خواهیم کرد.

تاریخچه ظرفیت

لیدن جار - Leyden Jar

مفهوم ظرفیت با ایجاد یک جزء الکتریکی (خازن) معرفی شد. در سال 1975 توسط اوالد جرج فون کلایست کشف شد. وی کشف کرد که بار های الکتریکی ناشی از دستگاه الکترواستاتیک می توانند ذخیره و پس از مدت کوتاهی آزاد شوند. وسیله ای که وی برای انجام این کار استفاده می کرد به لیدن جار (بطری لید) معروف شد.

فرمول ظرفیت خازن

ظرفیت در فاراد اندازه گیری می شود و بر حسب نسبت تغییر بار الکتریکی سیستم به تغییر مربوطه در پتانسیل الکتریکی آن بیان می شود.

انرژی ذخیره شده در یک خازن

انرژی ذخیره شده در یک خازن

انرژی ذخیره شده در یک خازن معادل مساحت زیر نمودار ولتاژ اندازه گیری شده در یک خازن در برابر کل بار خازن است. این را می توان به صورت زیر بیان کرد:

فرمول انرژی خازن

که وقتی بجای Q معادل آن را جایگزین کنیم، به صورت زیر بدست می آید:

فرمول نهایی محاسبه ظرفیت خازن

ظرفیت در خازن سری و موازی

شاید این پیکربندی های مدار را از مقاله ما در مورد مقاومت بخاطر داشته باشید. با این حال، معادلاتی که برای بدست آوردن ظرفیت کل در مدار های سری و موازی استفاده می کنیم، با آن ها متفاوت است. برای خازن های سری، از معادله زیر برای محاسبه ظرفیت کل استفاده می کنیم.

ظرفیت در خازن سری و موازی

پیکربندی مدار سری:

پیکربندی خازن در مدار سری

برای خازن ها با پیکربندی موازی، از معادله زیر برای محاسبه ظرفیت کل استفاده می کنیم.

اگر در مورد این مطلب سوالی دارید در قسمت نظرات بپرسید

فرمول ظرفیت کل خازن ها

پیکربندی مدار موازی:

پیکربندی خازن ها در مدار موازی

خازن های شارژ و دشارژ (تخلیه)

ثابت زمانی

مفهوم ثابت زمانی مهم است، زیرا تعیین می کند که خازن چه مدت طول می کشد تا شارژ و تخلیه شود. ثابت زمانی خازن را می توان با استفاده از T = R x C محاسبه کرد.

در یک ثابت زمانی، خازن هنگام شارژ به 63 درصد ولتاژ کل می رسد. در 5 ثابت زمانی می توان گفت که یک خازن کاملاً شارژ یا تخلیه شده است.

مدار نمونه شارژ خازن

خازن را فقط می توان در صورت جفت شدن با یک بار (یک مقاومت) شارژ یا تخلیه کرد که مقدار R در معادله ثابت زمانی است. در ثابت زمانی، C فقط ظرفیت خازن است.

این نمودار های مورد استفاده برای مدل سازی ولتاژ در خازن با توجه به ثابت زمانی است.

نمودار شارژ خازن
نمودار شارژ خازن

معادله ای که برای مدل سازی یک خازن در حال شارژ استفاده می شود:

فرمول معادل سازی خازن در حال شارژ

نمودار تخلیه شارژ خازن
نمودار تخلیه شارژ خازن

معادله ای که برای مدل سازی خازن در حال تخلیه استفاده می شود:

معادله خازن در حال تخلیه

جریان AC

در طول این مقاله، ما به تعامل بین جریان مستقیم و خازن ها اشاره می کنیم. به این صورت که، یک بار الکتریکی به جاری شدن ادامه می دهد تا زمانی خازن به طور کامل شارژ شود. در این مرحله، هنگامی که خازن کاملا شارژ می شود دیگر هیچ جریانی جاری نخواهد شد. این امر بطور ناخواسته جریان DC را مسدود می کند زیرا فقط در یک جهت جریان دارد. از طرف دیگر، جریان AC در جهات مختلف نوسان می کند و در نتیجه یک سوئیچ مداوم بین شارژ و تخلیه خازن ایجاد می شود: پدیده ای که به طور گسترده در صنعت ارتباطات استفاده می شود.

این بود پایه و اساس ظرفیت! لطفا در صورت وجود هر گونه سوال در بخش نظرات در زیر صفحه، سوالات خود را بیان کنید.

فرمول انرژی ذخیره شده در خازن چیست؟

انرژی ذخیره شده در خازن برابر است با نصف ظرفیت Q * (ولتاژ V به توان دو)

محاسبه ظرفیت خازن چگونه انجام میشود؟

ظرفیت یک خازن برابر است با مقدار بار الکتریکی Q تقسیم بر ولتاژ V

3.7 (30 نفر)

برای دریافت مطالب جدید کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام ما را دنبال کنید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید قرار بدهم. سوالات مربوط به این مطلب را در قسمت نظرات همین مطلب اعلام کنید. سعی میکنم در اسرع وقت به نظرات شما پاسخ بدهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *