المكثف ذو الصفيحتين المتوازيتين: التعريف، الصيغة، والتطبيقات

المحث المسطح هو جهاز يمكنه تخزين الشحنة الكهربائية والطاقة على شكل حقل كهربائي بين لوحين موصلين. يتم فصل اللوحين بمقدار صغير وربطهما بمصدر جهد مثل البطارية. يمكن ملء المساحة بين اللوحين بالهواء أو الفراغ أو مادة عازلة يمكن تقطيرها بواسطة حقل كهربائي.

ما هو المحث المسطح؟

يُعرف المحث المسطح بأنه ترتيب لوحين معدنيين متساويين في المساحة A ومعارضين للشحنة Q، ومفصولة بمسافة d. يتم ربط اللوحين بمصدر جهد V، مما يخلق فرق جهد بينهما. الحقل الكهربائي E بين اللوحين موحد ويكون عمودياً على اللوحين كما هو موضح في الشكل 1.

يتم إعطاء الحقل الكهربائي E بين اللوحين بالمعادلة التالية:

حيث V هو الجهد عبر اللوحين، d هي المسافة بين اللوحين، σ هي الكثافة السطحية للشحنة على كل لوحة، وϵ0 هي السماحية الكهربائية للفراغ.

يؤدي الحقل الكهربائي E إلى قطبية P في المادة العازلة، وهي اللحظة القطبية لكل وحدة حجم من المادة. تقلل القطبية P من الحقل الكهربائي الفعال E داخل المادة العازلة وتزيد من القدرة السعوية C للمحث.

القدرة السعوية C للمحث المسطح هي نسبة الشحنة Q على كل لوحة إلى الجهد V عبر اللوحين:

تعتمد القدرة السعوية C على الهندسة الهندسية لللوحات والمادة العازلة بينهما. بالنسبة للمحث المسطح مع الهواء أو الفراغ بين اللوحين، تكون القدرة السعوية C كالآتي:

حيث A هي مساحة كل لوحة وd هي المسافة بين اللوحين.

بالنسبة للمحث المسطح مع مادة عازلة بين اللوحين، تكون القدرة السعوية C كالآتي:

حيث k هي السماحية النسبية أو الثابت العازل للمادة، وهي كمية بدون أبعاد تقيس مدى سهولة قطبية المادة بواسطة حقل كهربائي.

تكون السماحية النسبية k لمادة عازلة دائماً أكبر من أو تساوي 1. كلما ارتفعت قيمة k، زادت الشحنة التي يمكن تخزينها في المحث عند جهد معين، وبالتالي ارتفعت القدرة السعوية.

تطبيقات المحث المسطح

للمحث المسطح العديد من التطبيقات في مجالات مختلفة من العلوم والهندسة. بعضها ما يلي:

• الترشيح: يمكن استخدام المحث المسطح لترشيح الترددات غير المرغوب فيها أو الضوضاء من الإشارة الكهربائية. على سبيل المثال، يمكنهم حجب الإشارات المباشرة (DC) والسماح بإشارات التيار المتردد (AC) بالمرور. يمكنهم أيضاً تسوية التقلبات في الجهد في مصادر الطاقة.

• التنغيم: يمكن استخدام المحث المسطح لتنغيم الدوائر الكهربائية ليرن لها تردد معين. على سبيل المثال، يمكن استخدامها في الراديو والتلفزيون وأجهزة الاتصال الأخرى لاختيار قناة أو نطاق تردد معين.

• الاستشعار: يمكن استخدام المحث المسطح لقياس الكميات الفيزيائية مثل الضغط والحرارة والرطوبة والازاحة وغيرها. على سبيل المثال، يمكن استخدامها في الميكروفونات والثيرمومترات والأجهزة الهيدروميترية والأجهزة المتسارعة وغيرها. تتغير القدرة السعوية للمحث المسطح بسبب هذه الكميات الفيزيائية بسبب التغير في المسافة بين اللوحات أو المادة العازلة بينهما.

• تخزين الطاقة: يمكن استخدام المحث المسطح لتخزين الطاقة الكهربائية في حقوله الكهربائية. على سبيل المثال، يمكن استخدامها في الأضواء الكاشفة والكاميرات وأجهزة الصدمات الكهربائية وغيرها. الطاقة المخزنة في المحث المسطح تعطى بالمعادلة التالية:

حيث U هي الطاقة المخزنة بالجول (J)، C هي القدرة السعوية بالفاراد (F)، وV هو الجهد بالفولت (V).

ملخص

• المحث المسطح هو جهاز يمكنه تخزين الشحنة الكهربائية والطاقة في حقل كهربائي بين لوحين موصلين مفصولة بمسافة.

• القدرة السعوية للمحث المسطح تناسبية مع مساحة كل لوحة ومعكوسة بالنسبة للمسافة بينهما. كما تعتمد على المادة العازلة بين اللوحين، والتي تقلل من الحقل الكهربائي الفعال وتزيد من القدرة السعوية.

• للمحث المسطح العديد من التطبيقات في الترشيح والتنغيم والاستشعار وتخزين الطاقة. يمكن استخدامها لحجب أو السماح بتمرير ترددات معينة، واختيار تردد معين، وقياس الكميات الفيزيائية، وتخزين الطاقة الكهربائية.

المصدر: Electrical4u.

بيان: احترام الأصل، المقالات الجيدة مستحقة النشر، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال للحذف.