خازن چیست؟

خازن چیست؟

خازن یا انباره عبارتست از دو صفحه موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و تحت شرایطی این انرژی الکتریکی را آزاد می‌کند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنال‌های متناوب را عبور می‌دهند، ولی مانع عبور سیگنال‌های مستقیم می‌شوند.

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدار‌های الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C. که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدان‌های الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازن‌ها می‌توانند میدان‌های الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آن‌ها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.

 

ظرفیت خازن

ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانائی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. ۱ فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌باشد. بنابراین استفاده از واحد‌های کوچکتر نیز در خازن‌ها مرسوم است. میکروفاراد µF، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحد‌های کوچکتر فاراد هستند.

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن (C) گویند؛ که مقداری ثابت است.


در این رابطه:
C. = ظرفیت خازن بر حسب فاراد Q. = بار ذخیره شده برحسب کولن
V. = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت
ε۰ = قابلیت گذر دهی خلا است
k. (بدون یکا) = ثابت دی‌الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ ۱=K است و برای محیط‌های دیگر مانند شیشه و روغن ۱
A. = سطح خازن بر حسب m^۲
d. =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب متر (m)

به صفحات خازن، جوشن‌های خازن نیز می‌گویند که معمولا از آلومینیوم، نقره، قلع و روی ساخته می‌شوند. صفحات خازن َدر فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. عایق بین صفحات خازن معمولا از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم می‌باشد. به عایق بین صفحات خازن دی الکتریک می‌گویند. دی الکتریک‌ها انواع مختلفی دارند و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردند. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند و آن را با εr (اپسیلن آر) نمایش می‌دهند. ضریب دی الکتریک هوا را ۱ در نظر می‌گیرند. ضریب دی الکتریک K. برخی مواد در زیر آمده است:

 

ساختمان خازن

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:
۱-صفحات هادی ۲-عایق بین هادی‌ها (دی‌الکتریک)

هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آن‌ها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آن‌ها عایقی (دی‌الکتریک) از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی‌الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی‌الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال، ضریب دی‌الکتریک هوا ۱ و ضریب دی‌الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد؛ بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است.

 

نمایش خازن در مدار

جهت نمایش خازن‌ها در مدار‌های الکتریکی از نماد‌های استانداردی استفاده می‌شود مثلا برای نمایش خازن‌های ثابت، متغیر و پلاریته مطابق شکل زیر می‌باشد