خازن در جریان مستقیم

صفحه 1:
به نام خدا فصل بانزدهم خازن در جريان مستقيم 

صفحه 2:
خازن خازن وسیله ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی استفاده می شود و اثر خازنی ایجاد می کند. انرژی الکتریکی در خازن به صورت میدان الکتریکی نخیره می شود. خازن ها به صورت های مختلف ساخته می شوند که مهم ترین آن ها خازن های مسطح می باشند. خازن مسطح. از دو صفحه مسطح که بین آنها عایق قرار دارد درست شده است. عایق را دی الکتریک نیز می گویند. دی الکتریک را با یک ضریب به نام ضریب دی الکتریکی با هوا می سنجند و با ع (ابسیلون) نشان می دهند. 4- ای الکریکی ازن 

صفحه 3:
میدان الکتریکی هنگامی که خازن شارژ می شود یک صفحه دارای بار مثبت و یک صفحه دارای بار منفی مى شود. عایق باعث می شود دو صفحه به طرف هم حرکت نکنند. بین دو صفحه یک میدان الکتریکی یکنواخت ایجاد می شود. Bo ua =e dese ‏میدن‎ میدان الکتریکی قوی / ‎ex‏ ۱ 

صفحه 4:
شارژ خازن هر گاه یک خارن را به باری وصل کنیم خازن شارژ می شود. صفحه ای که به قطب منفی وصل دارای بار منفی و صفحه ای که به قطب مثبت وصل است دارای بار مثبت می باشد. الکترون ها از قطب منفی به طرف صفحه ای که به آن وصل است رفته و همان تعداد الکترون از صفحه دیگر به طرف قطب مثبت باتری رفته. در اين مدت از خازن جریان (جریان شارژ) عبور کرده و وقتی خازن شارژ شد اين جريان صفر می شود. جربنی از مدار نمی‌گذرد و خازن شارژ نمی‌شود. وقتی کلید بسته است. جریان از مدار می‌گذرد و خازن را شارژ م ىكد. 

صفحه 5:
باید توجه داشت که شارژ خازن به اندازه ولتاژ باتری انجام می گیرد و جریان خازن و ولتاژ خازن در هنگام شارژ عکس یکدیگر می باشند. مدار باز بوده و ۲ جریان نمی‌گذرد خازن در حال شارژ خازن کاملاً شارژشده و جریان نمی‌گذرد 

صفحه 6:
دشارژ خازن پس از شارژ خازن با جدا کردن باتری از خازن » خازن به صورت شارژ شده باقی می ماند. عمل از دست دادن شارژ خازن را دشارژ گویند. برای دشارژ خازن کافی است که دو صفحه خازن را توسط یک سیم به هم وصل کرد. در اين هنگام الکترون ها از صفحه منفی به صفحه مثبت حرکت کرده و یک جریان دشارژ ایجاد می کند. خازن در حال شارز خازن نمارژشده خازن در حال تخلید 

صفحه 7:
ظرفیت خازن ظرفیت خازن را با 0 نشان می دهند و واحد آن فارا می باشد. و تعریف آن عبارت است از مقدار باری که باید روی دو صفحه ذخیره شود تا بین دو صفحه اختلاف پتانسیل 0 ولت ایجاد شود. ae om واحد های دیگر ظرفیت عبارنند از جكرنكى تبديل || ضریب | حرف اختصاری| ‏ واحد برای تدیل از | راحداصلی 1 ۳1 واحد بالا به 5 - واعد باييندر ی ‎ese |e‏ ضراب قرب | ۲۳ ‎oe‏ | کرو راد ا 5 ‎af‏ ثانو فاراد اش ‎Ab Se pi‏ 

صفحه 8:
تعریف فاراد: یک فاراد ظرفیت يك خازن می باشد که اگر در در صفحه یک کولن بار ذخیره شده باشد بين دو صفحه اختلاف يتأنسيل يك ولت ايجاد شود. مثال: اكر در هر كدام از صفحه هاى خازن 00 كولن بار زخيره شده باشد و بین دو صفحه اختلاف پتانسیل 0© ولت ايجاد شده باشد ظرفيت اين خازن جقدر است؟ مثال: خازن با ظرفيت ©ميكرو فاراد و اختلاف يتانسيل 000 ولت جقدر بار در روى صفحه هاى ذخيره شده است؟ 

صفحه 9:
عولمل موثر در ظرفیت خازن عوامل موثر بر ظرفیت خازن عبارتند از مساحت صفحه های خازن 2 فاصله صفحه ها از یکدیگر ©- جنس عایق بین دو صفحه 

صفحه 10:
مساحت هر چه مساحت صفحه های خازن بزرگتر باشد ظرفیت خازن نيز بزرك تر مى باشد. 

صفحه 11:
هر چه فا صله بین دو صفحه کم باشد ظرفیت خازن بیشتر شده و برعکس, انكته: كم ترين فاصله اى كه بين دو صفحه قرار مى كيرد به ولتاز و نوع عایق بستگی دارد. 

صفحه 12:
دی الکتریک بین دو صفحه ماده عايقى كه بين دو صفحه قرار دارد را دی الکتریک گویند. دی الکتریک می تواند هوا » کاغته چوب + پلاستیک و شيشه و غیره می باشد. بعضی از دی الکتریک ها ظرفیت زیادی در خازن ایجاد می کنند. ظرفیت خازن سمت جب است. 

صفحه 13:
ثابت دی الکتریک جنس دی الکتریک در ظرفيت خازن تاثير دارد. از اين رو خواص دی الکتریک ها را نسبت به هوا می سنجند. ثابت دی الکتریک هوا را با 60 نشان می دهند و ثابت دی الکتریک هر عایق دیگر را با معع نشان می دهند. ع را ثابت دی الکتریک نسبی گویند. .ع بيائكر ليناستكه ثابتدىا لكتريكمادم چند بسرلبر شابتدیا اکتریکهولست 

صفحه 14:
حد اکثر ولتاژی که دی الکتریک می تواند تحمل كند را قابليت دى الكتريك كويند. آن را بر حسب ولت بر متر می سنجند. مثال: ظرفیت خازنی به سطح ۸06 متر مربع و فاصله 00 سانتی متر با ثابت دی الکتریک نسبی 9 را بدست آورید. C= ee d d 12 0.03 12 C=8.85x1 0" x2x 7 =8.85x10!°x0.2=1.7 7PF 

صفحه 15:
ضریب‌های دیا لکتریک وقابلیّت تحمل دی‌الکتریکی جند نوع عایق نوع عايق ضریب دی‌الکتریک | قابليت تحمل دی‌الکتریک | قابلیت تحمل دی‌الکتریک View (iu) (ey) YAP ۸۰ Ae ۱ ۱۳۹۴۰۵۰ ‏لا‎ ۳ ‏ی‎ ۱۳۰ ۸ YAP ۷۵ ۳۷۵ ۴ ۱۳۹۴ ۰۱۰۰ ۱۵۰۰ ‏ی‎ Vee ۷ ‏ی‎ ۷-۰ ۷ ۱۳۹ ۷۱۴.۰ ۲۶ ۱۳۹۴ ۷۰۰ Wee Sl. نکته: در خازن علاوه بر ظرفیت حداکثر ولتاژ 00 خازن مشخص شده است. 

صفحه 16:
ضریب حرارتی همانطور که در مقاومت تغییر دما باعث تغییر مقارمت می شود در خازن نیز تغییر دما ظرفیت خازن را تغییر می دهد. انواع ضریب حرارتی را نام ببرید. نشت در خازن ها دی الکتریک خازن ها باید طوری باشد که از عبور جریان در خازن جلوگیری کند. در عمل عایق صد در صدی وجود ندارد. لذا دی الکتریک ها جریان کمی را از خود عبور می دهند. مقاومتی که هر دی الکتریک در مقابل عبور جریان نشان می دهد را مقاومت نشتی خازن گویند. سس صفحدی خازن مامت نت ری یی شتا لم 

صفحه 17:
انواع مدارهای ‎٩0‏ مدارهای ۲0) نیز مانند مدارهای راچ) دو نوع می باشند. که عبارتند از 0- 6۲0 با منبع: مدار شامل خازن و مقاومت و منبع می باشد. ©- 0 بدون منبع : مدار شامل خازن با ولتاژ اولیه و مقاومت می باشد. ثابت زمانی اگر خازن و یک مقامت را به يك باترى وصل كنيم مدتى طول مى كشد تا خازن شارث شود. كه إين مدت به ثابت زمانى مدار بستكى دارد. ثابت زمائى را با 7 (تاو) نشان مى دهند و بر حسب ثانيه است. 22۳ eae ثابت زمانی مدت زمانی است که طول مى کشد ولتاژ خازن به 00.0 درصد نهایی خود برسد. ثابت زمانی مدت زمانی است که طول می کشد ولتاژ خازن به 00.0 درصد اولیه خود برسد. 

صفحه 18:
الف) ولعاز در حالافزایش ارت ب) ولتازدر حال كاهس (سارق) Bs Sones نکته: ولتاژ خازن پس از 0 ثابت زمانی شارژ یا دشارژ می شود. نکته: خازن در مدار 00) در حالت دائم به صورت مدار باز رفتار می کند. درصد بقی انهماکزیسم ولاز 

صفحه 19:
درصد شارز و دشارژ خازن از ولتاژ ماکزیم درصد بانی‌مانددی| تعداد درصد ‎pas‏ | تعداد ولتاژ دشارز ‏ ابت زمانی ‎hic | julio jt,‏ ۳۷ ۱ ۶ ۱ ‎Ay ۳ 1‏ ۳ ۵ ۳ لله فد ‎AA ۴ ۲‏ ۴ ‎١‏ ۵ ۵ ‎els‏ نکته: ولتاژ خازن پس از 6 ثابت زمانی شارژ یا دشارژ می شود. 

صفحه 20:
انرژی ذخیره شده در خازن ‎aah‏ شد که خازن انرژی الکتریکی را به صورت میدن الکتریکی در خود ذخیره می کند. مثال: انرزى ذخيره در يك خازن به ظرفيت ©ميكرو فاراد و ولتاژ 0000 ولت چقدر می باشد. 

صفحه 21:
اتصال خازن ها خازن را برای بدست آوردن ظرفیت های مختلف باهم ترکیب(متصل) می كنند. انواع اتصال خازن ها 4 سری موازی ‎Jail‏ مختلط اتصال سری ‏شکل زیر اتصال سری خازن ها را نشان مى دهد. در اتصال سرى بار خازن ها برابر مى باشد و ولتاز منبع بين خازن ها تقسيم مى شود. ‏لانن ‎Ye‏ عر" ‎Cy 6 Cy ‎ ‎ ‎ ‏له ‎ ‎ 

صفحه 22:
نکته: اگر خازن ها داری ظرفیت برابر باشند و سری هم باشند ظرفیت معادل به صورت زير بدست می آید. اتصال موازی خازن ها در اتصال موازی خازن ها ولتاژ خازن ها برابر می باشد و بار کل بین خازن ها تقسیم می شوند. در شکل زیر اتصال موازی خازن ها تشان داده شده است. ‎al 5 "‏ ‎Cy Cy‏ EEF 

صفحه 23:
نکته: در اتصال موازی چند خازن مساوی ظرفیت از رابطه زير بدست می آید. نکته: در اتصال سری ظرفیت معادل از همه ظرفیت ها کم تر است. نکته: در اتصال موازی ظرفیت معادل از همه ظرفیت ها بزرگتر است. اتصال مختلط خازن ها در نوع اتصال» خازن ها به صورت سری و موازی به هم بسته می شوند. 

صفحه 24:
جمع بندی خولص سری و مولزی خازن ها خواص سری و موازی خازن ها به صورت زير می باشد. 

صفحه 25:
مثال: در شکل زير ولتاژ و بار هر خازن و ظرفیت کل چقدر است. 3 3 ۱ ۲ yey ۲ YV> PE ۴۷۰ ۲ 

صفحه 26:
مثال: ظرفیت معادل مدار زیر را بدست آورید. ۱۰ Fue Ter Ter سروو 0,06 موازیمیب‌اشند. 

صفحه 27:
مثال: در شکل زیر شکل جریان و ولتاژ خازن را رسم کنید. 

به نام خدا فصل پانزدهم خازن در جریان مستقیم خازن خازن وسیله ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی استفاده می شود و اثر خازنی ایجاد می کند .انرژی الکتریکی در خازن به صورت میدان الکتریکی ذخیره می شود. خازن ها به صورت های مختلف ساخته می شوند که مهم ترین آن ها خازن های مسطح می باشند .خازن مسطح از دو ص-فحه مس-طح ک-ه بی-ن آنه-ا عای-ق قرار دارد درس-ت شده اس-ت .عای-ق را دی الکتری-ک نی-ز می گویند .دی الکتریک را با یک ضریب به نام ضریب دی الکتریکی با هوا می سنجند و با ( εابسیلون) نشان می دهند. میدان الکتریکی هنگامی که خازن شارژ می شود ی-ک صفحه دارای بار مثبت و یک صفحه دارای بار منفی می شود .عایق باع-ث م-ی شود دو ص-فحه ب-ه طرف ه-م حرک-ت نکنند .بی-ن دو ص-فحه ی-ک میدان الکتریک-ی یکنواخت ایجاد می شود. شارژ خازن ه-ر گاه ی-ک خارن را ب-ه باتری وص-ل کنی-م خازن شارژ م-ی شود .ص-فحه ای ک-ه ب-ه قط-ب منف-ی وصل دارای بار منف-ی و ص-فحه ای ک-ه ب-ه قط-ب مثب-ت وص-ل اس-ت دارای بار مثب-ت م-ی باشد .الکترون ه-ا از قط-ب منف-ی به طرف ص-فحه ای ک-ه ب-ه آ-ن وص-ل اس-ت رفت-ه و همان تعداد الکترون از ص-فحه دیگ-ر ب-ه طرف قط-ب مثبت باتری رفته .در ای-ن مدت از خازن جریان (جریان شارژ) عبور کرده و وقت-ی خازن شارژ ش-د این جریان صفر می شود. باید توجه داشت که شارژ خازن به اندازه ولتاژ باتری انجام می گیرد و جریان خازن و ولتاژ خازن در هنگام شارژ عکس یکدیگر می باشند. دشارژ خازن پ-س از شارژ خازن ب-ا جدا کردن باتری از خازن ،خازن ب-ه ص-ورت شارژ شده باق-ی م-ی ماند .عم-ل از دست دادن شارژ خازن را دشارژ گویند .برای دشارژ خازن کاف-ی اس-ت ک-ه دو ص-فحه خازن را توس-ط ی-ک س-یم ب-ه ه-م وصل کرد .در این هنگام الکترون ها از صفحه منفی به صفحه مثبت حرکت کرده و یک جریان دشارژ ایجاد می کند. ظرفیت خازن ظرفیت خازن را با Cنشان می دهند و واحد آن فاراد می باشد .و تعریف آن عبارت است از مقدار باری که باید روی دو صفحه ذخیره شود تا بین دو صفحه اختالف پتانسیل 1ولت ایجاد شود. فاراد ()F واحد های دیگر ظرفیت عبارتند از ‏Q ‏C ‏V تعریف فاراد :یک فاراد ظرفیت یک خازن می باشد که اگر در دو صفحه یک کولن بار ذخیره شده باشد بین دو صفحه اختالف پتانسیل یک ولت ایجاد شود. مثال :اگر در هر کدام از صفحه های خازن 10کولن بار زخیره شده باشد و بین دو صفحه اختالف پتانسیل 20ولت ایجاد شده باشد ظرفیت این خازن چقدر است؟ ‏Q  ‏C ‏V  ‏ 10 ‏Q 10C  C  0.5F 20 ‏ ‏V 20V ‏ ‏ مثال :خازن با ظرفیت 3میکرو فاراد و اختالف پتانسیل 10ولت چقدر بار در روی صفحه های ذخیره شده است؟ ‏Q  ‏C ‏V  ‏ ‏Q 3C  Q CV 3F 1030C ‏V 10V  ‏ ‏ عوا-مل موثر در ظرفیت خازن عوامل موثر بر ظرفیت خازن عبارتند از -1مساحت صفحه های خازن -2فاصله صفحه ها از یکدیگر -3جنس عایق بین دو صفحه مساحت هر چه مساحت صفحه های خازن بزرگتر باشد ظرفیت خازن نیز بزرگ تر می باشد. فاصله بین صفحات هر چه فا صله بین دو صفحه کم باشد ظرفیت خازن بیشتر شده و برعکس. نکته :کم ترین فاصله ای که بین دو صفحه قرار می گیرد به ولتاژ و نوع عایق بستگی دارد. دی الکتریک بین دو صفحه ماده عایقی که بین دو صفحه قرار دارد را دی الکتریک گویند .دی الکتریک می تواند هوا ،کاغذ ،چوب ، پالستیک و شیشه و غیره می باشد .بعضی از دی الکتریک ها ظرفیت زیادی در خازن ایجاد می کنند. ثابت دی الکتریک جنس دی الکتریک در ظرفیت خازن تاثیر دارد .از این رو خواص دی الکتریک ها را نسبت به هوا می سنجند. ثابت دی الکتریک هوا را با ε0نشان می دهند و ثابت دی الکتریک هر عایق دیگر را با εrε0نشان می دهند. εrرا ثابت دی الکتریک نسبی گویند. ‏ 0 8.8510 12F / m ست εrب---یانگر ا-ینا-ستک---ه -ث---ابتدیا--لکتریکماده -چند ب---را-بر ث---ابتدیا--لکتریکهوا . ظرفیت خازن مسطح ‏A ‏A ‏C   r 0 ‏d ‏d حد اکثر ولتاژی که دی الکتریک می تواند تحمل کند را قابلیت دی الکتریک گویند .آن را بر حسب ولت بر متر می سنجند. مثال :ظرفی-ت خازن-ی ب-ه س-طح /03مت-ر مرب-ع و فاص-له 30س-انتی مت-ر ب-ا ثاب-ت دی الکتری-ک نسبی 2را بدست آورید. ‏A ‏A ‏C   r 0  ‏d ‏d 0.03 ‏C 8.8510 2 ‏8.8510 12 0.2 1.77PF 0.3 ‏ 12 نکته :در خازن عالوه بر ظرفیت حداکثر ولتاژ DCخازن مشخص شده است. ضریب حرارتی همانطور که در مقاومت تغییر دما باعث تغییر مقاومت می شود در خازن نیز تغییر دما ظرفیت خازن را تغییر می دهد. انواع ضریب حرارتی را نام ببرید. نشت در خازن ها دی الکتری-ک خازن ه-ا بای-د طوری باشد ک-ه از عبور جریان در خازن جلوگیری کند .در عمل عای-ق صد در صدی وجود ندارد .لذا دی الکتریک ها جریان کمی را از خود عبور می دهند. مقاومتی که هر دی الکتریک در مقابل عبور جریان نشان می دهد را مقاومت نشتی خازن گویند. انواع مدارهای RC مدارهای RCنیز مانند مدارهای RLدو نوع می باشند .که عبارتند از RC -1با منبع :مدار شامل خازن و مقاومت و منبع می باشد. RC -2بدون منبع :مدار شامل خازن با ولتاژ اولیه و مقاومت می باشد. ثابت زمانی اگر خازن و یک مقاومت را به یک باتری وصل کنیم مدتی طول می کشد تا خازن شارژ شود .که این مدت به ثابت زمانی مدار بستگی دارد .ثابت زمانی را با ( τتاو) نشان می دهند و بر حسب ثانیه است. بر حسب ثانیه ‏ RC ثابت زمانی مدت زمانی است که طول می کشد ولتاژ خازن به 63.8درصد نهایی خود برسد. ثابت زمانی مدت زمانی است که طول می کشد ولتاژ خازن به 36.8درصد اولیه خود برسد. نکته :ولتاژ خازن پس از 5ثابت زمانی شارژ یا دشارژ می شود. نکته :خازن در مدار DCدر حالت دائم به صورت مدار باز رفتار می کند. نکته :ولتاژ خازن پس از 5ثابت زمانی شارژ یا دشارژ می شود. انرژی ذخیره شده در خازن قبال“ گفته شد که خازن انرژی الکتریکی را به صورت میدان الکتریکی در خود ذخیره می کند. 1 1 1 2 2 ‏W  CV  QV  Q 2 2 2C مثال :انرژی ذخیره در یک خازن به ظرفیت 2میکرو فاراد و ولتاژ 300ولت چقدر می باشد. ‏C 2F ‏V 300V 1 ‏W  2 3002 90000 ‏1 0.09J 2 اتصال خازن ها خازن را برای بدست آوردن ظرفیت های مختلف باهم ترکیب(متصل) می کنند. انواع اتصال خازن ها -1سری -2موازی -3اتصال مختلط اتصال سری شکل زیر اتصال سری خازن ها را نشان می دهد .در اتصال سری بار خازن ها برابر می باشد و ولتاژ منبع بین خازن ها تقسیم می شود. ‏ ‏Q1 Q2 Q3 Q ‏ ‏Q Q Q ‏Q Q Q Q ‏V V1  V2  V3   V     ‏  ‏ ‏C ‏C ‏C ‏Ct ‏C ‏C ‏C3 1 2 3 1 2 ‏Q ‏Q ‏C  V   ‏V ‏C 1 1 1 1 ‏ ‏  ‏ ‏Ct C1 C2 C3 نکته :اگر خازن ها داری ظرفیت برابر باشند و سری هم باشند ظرفیت معادل به صورت زیر بدست می آید. ‏C ‏Ct  ‏n اتصال موازی خازن ها در اتصال موازی خازن ها ولتاژ خازن ها برابر می باشد و بار کل بین خازن ها تقسیم می شوند .در شکل زیر اتصال موازی خازن ها نشان داده شده است. ‏ ‏V1 V2 V3 V  ‏ ‏Q Q1  Q2  Q3   Q C1V  C2V  C3V  CtV (C1  C2  C3)V ‏ ‏Q ‏C   Q CV ‏V ‏ نکته :در اتصال موازی چند خازن مساوی ظرفیت از رابطه زیر بدست می آید. ‏Ct nC نکته :در اتصال سری ظرفیت معادل از همه ظرفیت ها کم تر است. نکته :در اتصال موازی ظرفیت معادل از همه ظرفیت ها بزرگتر است. اتصال مختلط خازن ها در نوع اتصال ،خازن ها به صورت سری و موازی به هم بسته می شوند. جمع بندی خوا-ص سری و موا-زی خازن ها خواص سری و موازی خازن ها به صورت زیر می باشد. . در شکل زیر ولتاژ و بار هر خازن و ظرفیت کل چقدر است:مثال V1 V2 V 10V C1 ||C2  C1,2 C1  C2 270p  470p 740pF Q  Q1 C1V 270P 102700PC V Q2 C2V 470P 104700PC Q Q1  Q2 2700 47007400PC C مثال :ظرفیت معادل مدار زیر را بدست آورید. C1,C2س--ریو C3,C4موازیمیب---اشند. 1 1 1 1 1 1 4 1 16 ‏ ‏ ‏ ‏  ‏ ‏ Ct  F ‏Ct C1,2 C3,4 ‏Ct 4 16 16 5 1 1 1 1 1 2 1 ‏  ‏  ‏ ‏ C1,2 4F ‏C1,2 C1 C2 6 12 12 ‏C3,4 C3  C4 10 6 16F مثال :در شکل زیر شکل جریان و ولتاژ خازن را رسم کنید.