معرفی کامل انواع خازن ها و کاربردهای آن
به نوعی، خازن کمی شبیه باتری است. اگرچه خازن ها و باتری ها به روش های کاملاً متفاوتی کار می کنند، اما هر دو انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند. اگر نحوه کار باتری ها را خوانده باشید، می دانید که باتری دارای دو ترمینال است. در داخل باتری، واکنشهای شیمیایی الکترونهایی را روی یک ترمینال تولید میکنند و ترمینال دیگر آنها را هنگام ایجاد یک مدار جذب میکند. یک خازن بسیار سادهتر از باتری است، زیرا نمیتواند الکترونهای جدیدی تولید کند و فقط آنها را ذخیره میکند. خازن به این دلیل نامیده می شود که “ظرفیت” ذخیره انرژی را دارد.
خازنها را میتوان برای انجام هر هدفی، از کوچکترین خازن پلاستیکی در ماشینحساب شما گرفته تا خازنهای فوقالعاده که میتواند یک اتوبوس رفتوآمد را تامین کند، تولید کرد. در اینجا برخی از انواع خازن ها و نحوه استفاده از آنها آورده شده است.
خازن هوا: اغلب در مدارهای تنظیم رادیویی استفاده می شود
خازن مایلار: بیشتر برای مدارهای تایمر مانند ساعت، زنگ هشدار و شمارنده استفاده می شود
شیشه ای: برای کاربردهای ولتاژ بالا مناسب است
خازن سرامیکی: برای اهداف فرکانس بالا مانند آنتن ها، دستگاه های اشعه ایکس و ام آر آی (MRI) استفاده می شود
اَبَر خازن: ماشین های الکتریکی و هیبریدی را تامین می کند
در داخل یک خازن، ترمینال ها به دو صفحه فلزی متصل می شوند که توسط یک ماده نارسانا یا دی الکتریک از هم جدا شده اند. از دو تکه فویل آلومینیومی و یک تکه کاغذ (و چند گیره برقی) به راحتی می توانید خازن بسازید. از نظر ظرفیت ذخیره سازی خازن خوبی نخواهد بود، اما کار خواهد کرد.
در تئوری، دی الکتریک می تواند هر ماده غیر رسانایی باشد. با این حال، برای کاربردهای عملی، از مواد خاصی استفاده می شود که بهترین عملکرد خازن را دارد. میکا، سرامیک، سلولز، چینی، مایلار، تفلون و حتی هوا از جمله مواد نارسانای مورد استفاده هستند. دی الکتریک تعیین می کند که چه نوع خازن و برای چه چیزی مناسب تر است. بسته به اندازه و نوع دی الکتریک، برخی از خازن ها برای استفاده در فرکانس بالا بهتر هستند، در حالی که برخی برای کاربردهای ولتاژ بالا بهتر هستند.
هنگامی که یک خازن را به باتری وصل می کنید، این اتفاق می افتد:
صفحه روی خازن که به ترمینال منفی باتری متصل می شود، الکترون هایی را می پذیرد که باتری در حال تولید است.
صفحه روی خازن که به ترمینال مثبت باتری متصل می شود، الکترون های باتری را از دست می دهد.
پس از شارژ شدن، ولتاژ خازن برابر با باتری است (1.5 ولت روی باتری یعنی 1.5 ولت در خازن). برای یک خازن کوچک، ظرفیت کم است. اما خازن های بزرگ می توانند شارژ زیادی را تحمل کنند. میتوانید خازنهایی به بزرگی قوطیهای نوشابه پیدا کنید که شارژ کافی برای روشن کردن چراغ قوه را برای یک دقیقه یا بیشتر نگه دارند.
حتی طبیعت، خازن در حال کار را به صورت رعد و برق نشان می دهد. یک صفحه ابر، صفحه دیگر زمین و صاعقه باری است که بین این دو صفحه آزاد می شود. بدیهی است که یک خازن به این بزرگی می تواند بار زیادی را نگه دارد!
فرض کنید یک خازن را به این شکل وصل کرده اید:
این عکس نحوه اتصال خازن به باتری را نشان می دهد.
در اینجا شما یک باتری، یک لامپ و یک خازن دارید. اگر خازن بسیار بزرگ باشد، چیزی که متوجه میشوید این است که وقتی باتری را وصل میکنید، لامپ روشن میشود زیرا جریان از باتری به خازن میرسد تا آن را شارژ کند. لامپ به تدریج کم نور می شود و در نهایت زمانی که خازن به ظرفیت خود برسد خاموش می شود. اگر باتری را خارج کرده و با یک سیم جایگزین کنید، جریان از یک صفحه خازن به صفحه دیگر جریان می یابد. لامپ ابتدا روشن می شود و سپس با تخلیه خازن کم نور می شود تا زمانی که کاملاً خارج شود.
مطالعه بیشتر: تابلو برق چیست؟
در بخش بعدی، به تاریخچه خازن و چگونگی کمک برخی از درخشان ترین ذهن ها به پیشرفت آن خواهیم پرداخت.
مدارکی وجود دارد که نشان می دهد دانشمند آلمانی به نام اوالد گئورگ فون کلایست در نوامبر 1745 خازن را اختراع کرد. چند ماه بعد پیتر ون موشنبروک، استاد هلندی دانشگاه لیدن، دستگاه بسیار مشابهی به شکل شیشه لیدن اختراع کرد. ، که معمولاً به عنوان اولین خازن در نظر گرفته می شود.
از آنجایی که فیزیک دان، اوالد جورج فون کلایست سوابق و یادداشت های دقیق و بدنامی همتای هلندی خود نداشت، اغلب به عنوان یکی از مشارکت کنندگان در تکامل خازن نادیده گرفته می شود. با این حال، در طول سال ها، به هر دو اعتبار یکسان داده شده است زیرا مشخص شد که تحقیقات آنها مستقل از یکدیگر و صرفاً یک تصادف علمی بوده است.
بنجامین فرانکلین در آزمایشات خود با الکتریسیته با شیشه لیدن کار کرد و به زودی متوجه شد که یک تکه شیشه صاف به خوبی مدل شیشه کار می کند و او را بر آن داشت تا خازن تخت یا مربع فرانکلین را توسعه دهد.
سالها بعد، مایکل فارادی، شیمیدان انگلیسی، اولین کاربردهای عملی خازن را در تلاش برای ذخیره الکترونهای استفاده نشده از آزمایشهای خود آغاز کرد. این منجر به اولین خازن قابل استفاده شد که از بشکه های بزرگ نفت ساخته شد.
پیشرفت مایکل فارادی در زمینه خازنها همان چیزی است که در نهایت ما را قادر ساخت تا توان الکتریکی را در فواصل دور تحویل دهیم. در نتیجه دستاوردهای فارادی در زمینه الکتریسیته، واحد اندازه گیری خازن ها یا خازن به فاراد معروف شد.