خازن چیست؟ ساختار داخل خازن چگونه است و چه کاربردهایی دارد؟

خازن چیست؟ ساختار داخل خازن چگونه است؟

خازن تجهیزی است که بار الکتریکی و انرژی را در خود ذخیره می‌کند در واقع این بار ذخیره شده در خازن را می‌توان برای ایجاد میدان الکتریکی یکنواخت و پایداراستفاده کرد. خازن‌ها شامل دو صفحه هادی است که در بین آن ها هوا یا عایق قرار می‌گیرد. خازن‌ها می‌توانند میدان های الکتریکی را در حجم های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.

آیا شما می‌دانید که خازن چیست؟ از کجا آمده است؟ مخترع آن کیست؟ ثابت دی‌الکتریک و ولتاژ و ظرفیت این تجهیز به چه معنی هستند؟ خازن عدسی، سرامیکی، میکا و خازن صنعتی چه هستند؟ آیا با خازن اصلاح ضریب قدرت آشنایی دارید؟

اصول اولیه و تعاریفی که هر مهندسی باید در مورد خازن‌ها بداند را در این مطلب به صورت خلاصه  و کاربردی برای شما توضیح داده‌ایم. با ما همراه باشید.

تاریخچه‌ خازن:‌

شاید تمام این داستان از یک پارچ آغاز شد. یک پارچ جادویی به نام پارچ  لِیدِن یا  leyden jar.

احتمالا برای اولین بار گیلبرت William Gilbert از واژه الکتریسیته برای نام‌گذاری نیروی ناشی از ساییدگی بین اجسام استفاده کرد. بعد از او، استفان گری Stephan Gray هادی الکتریکی را شناسایی کرد. چارلز دوفی Charles Dufay نیز برای اولین بار میدان الکتریکی را مورد بررسی قرار داد. این اکتشافات  تماما در قرن هفدهم رخ دادند.

پیتر فان Pieter van Munchen Broek در سال 1745 در زمینه ریاضی و فیزیک در دانشگاه لیدن در هلند، نگهدارنده بار الکتریکی را اختراع کرد. او آزمایش خود را با یک پارچ شیشه‌ای انجام داد که بعدها «پارچ لِیدِن» نام گرفت.

اعتقاد برخی بر این است که مخترع خازن، اوالد آلمانی Ewald  بوده است. اولین خازن، پارچی شیشه‌ای بود که نصف آن آب بود و درب آن با چوب‌پنبه محصور بود. از بین چوب‌پنبه سیمی فلزی به درون پارچ می‌رفت.

سیم فلزی با منبع تولید الکتریسیته ساکن تماس پیدا می‌کرد و پارچ باردار می‌شد. قرار گرفتن یک هادی الکتریکی در نزدیکی سیم یا در صورت تماس با آن موجب تخلیه شدن خازن می‌شود.

بنجامین فرانکلین Benjamin Franklin ، طی آزمایش با پارچ لِیدِن نشان داد که بار الکتریکی را می‌توان از صاعقه نیز به دست آورد. او تئوری سیال الکتریکی را ارائه داد تا ثابت کند صاعقه پدیده‌ای الکتریکی است. فرانکلین برای اولین بار از علامت‌های مثبت و منفی برای نیروهای الکتریکی جاذب و دافع استفاده کرد. اکتشافات او با پارچ لِیدِن ثابت کرد که از یک قطعه صاف شیشه‌های هم می‌توان برای تولید خازن استفاده کرد.

واحد اندازه‌گیری ظرفیت خازن:

نخستین بار، فارادی Michael Faraday متوجه شد که حرکت آهنربا در یک سیم‌پیچ موجب تولید جریان می‌گردد. این امر منجر به تولید ماشین‌های گردان نظیر ژنراتور و موتور شد. واحد ظرفیت خازن، به افتخار او فاراد انتخاب شد.

اگر قدری از مسائل تاریخی و سیر پیشرفت و تحول این تجهیز الکتریکی فاصله بگیریم، جا دارد که به ساختار و انواع آن و همچنین موارد استفاده آن نگاهی انداخت.

ساختار و کاربردهای خازن:

خازن یکی از چندین تجهیزات الکتریکی مختلفی می‌باشد که در تمامی گرایش‌های برق، از قدرت گرفته تا مخابرات و الکترونیک و کنترل و …، با تغییر در ساختمان (نه در اصول) کاربردهای فراوانی را متحمل می‌باشد.

در اصول، تجهیزی است که برای ذخیره انرژی الکتریکی در قالب ولتاژ (نه جریان) به وسیله میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی)، در مدار استفاده می‌شود و با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود. می‌توان از آن برای ایجاد میدان الکتریکی یکنواخت و پایدار استفاده کرد.

خازن از دو صفحه فلزی موازی (رسانا) تشکیل شده است که در بین صفحات هوا یا عایق (دی الکتریک) وجود دارد.

کاربرد خازن الکترونیکی:

در صنایع الکترونیک، خازن‌ها اغلب در مدارهای الکتریکی با کاربری کنترلی استفاده می‌شوند. این تجهیز در اشکال و اندازه‌های مختلف تولید می‌شوند. مواد مورد استفاده در آن‌ها می‌تواند آلومینیوم، پلی‌پروپیلن، پلی‌استر، پلی‌کربنات، میکا، رزین‌های اپوکسی، تفلون، و تانتالیوم باشد.

و در واقع بر اساس این نوع متریال، انواع خازن الکترونیکی هم دسته‌بندی می‌شوند.

ظرفیت الکتریکی خازن جدا از نوع و کاربرد آن به سطح مقطع و فاصله صفحات و جنس عایق می‌باشد.

فرمول محاسبه ی ظرفیت خازن:

خازن یا Capacitor را با حرف C نمایش می‌دهند.

واحد ظرفیت خازن فاراد است و ظرفیت آن طبق فرمول تصاویر زیر بدست می‌آید:

 C=kε0A/d 

پارامترهای این فرمول به شرح زیر است:

• A: سطح مقطع صفحات رسانا
• d:  فاصله صفحات رسانا از همدیگر
• Kε : ثابت دی الکتریک

فاراد برای خازن واحد بزرگی است که به همین دلیل برای ظرفیت از واحدهای کوچکتر مانند میکرو فاراد یا پیکو فاراد استفاده می‌کنند.

در تصویر زیر ساختار و فرمول محاسبه‌ی ظرفیت خازن که در بالا پارامتر های آن شرح داده شده است را مشاهده می‌کنید:

انواع خازن چیست؟

این المان از لحاظ ساختار به گروه‌های زیر تقسیم می‌شود:

• عدسی
• سرامیکی
• الکترولیتی
• ورقه‌ای
• میکا
• روغنی و گازی، معدنی و رزینی

خازن‌های عدسی‌:

خازن عدسی دارای ابعاد ریز  بدون پلاریته مثبت و منفی (بدون قطب) که در محدوده ظرفیتی پیکو فاراد و نانو فاراد هستند. سایز این مدل مرتبط با ظرفیت و میزان آن می‌باشد. اعدادی بر روی این مدل‌ها وجود دارد که نمایانگر ظرفیت می‌باشند.

خازن‌های سرامیکی:

از دیگر نوع خازن‌های بدون قطب، خازن‌های سرامیکی هستند که جنس دی‌الکتریک آن سرامیک است. چون ثابت دی الکتریک سرامیک بالاست، این مدل،‌ عایق مناسبی دارد و می‌توان ظرفیت های بالا در حد میکرو فاراد در ابعاد کوچک فراهم کرد. همچنین دارای ولتاژ کاری بالا می‌باشند .

خازن‌های الکترولیتی یا شیمیایی:

در این نوع، برخلاف انواع سرامیکی و عدسی دارای قطب‌های مثبت و منفی و معمولا در رنج میکروفاراد می‌باشند. ظرفیت خازن و ولتاژ قابل تحمل بر روی آن درج شده است و هنگام استفاده در مدار باید به جهت آن توجه داشت. انواع خازن‌های الکترولیتی تانتالیومی و آلومینیومی می‌باشد. از مهم‌ترین کاربردهای این نوع، در مدار یکسوکننده دیودی به عنوان فیلتر و کوپلینگ در مدار بایاس ترانزیستورها است.

بر روی بدنه این مدل، نواری با رنگ مخالف و دارای علامت “منفی” برای مشخص شدن پایه منفی وجود دارد. بر روی بردها نیم دایره مشکی رنگی را برای مشخص شدن پایه منفی طراحی می‌کنند که زمان لحیم‌کاری اشتباهی رخ ندهد.

خازن‌های ورقه‌ای کاغذی و پلاستیکی:

نوع کاغذی به دلیل ارزان بودن، مورد استفاده فراوان قرار می‌گیرند. دی الکتریک در این مدل، کاغذ آغشته به پارافین است و در ولتاژ بیش از 600 ولت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاغذ آغشته به پارافین بین دو صفحه، حکم دی‌الکتریک را دارد و این هر سه بصورت لوله، پیچیده شده‌اند و داخل یک استوانه قرار می‌گیرند.

از مزایای این خازن‌ها آن است که در ولتاژ و جریان بالا می‌توان از آنها استفاده کرد.

خازن‌های پلاستیکی نسبت به تغییرات دما حساسیت بالایی ندارند. لذا کاربرد آن‌ها در مدارهایی است که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از معروف‌ترین دی‌الکتریک‌هایی که در این نوع به کار می‌رود، پلی‌استایرن Polystyrene است، به همین دلیل به این نوع خازن “پلی استر” نیز می‌گویند.

خازن‌های روغنی، گازی، معدنی و رزینی:

این مدل‌ها بیشترین کاربرد را در صنعت برق در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت دارند. به همین دلیل این خازن‌ها را خازن صنعتی یا اصلاح ضریب قدرت نیز می‌نامند که در سطح ولتاژهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خازن‌های سه فاز و صنعتی توسط شرکت‌های بسیاری تولید می‌شوند و نمونه‌های تقلبی این برندها نیز در بازار موجود هستند.

به همین دلیل در هنگام خرید این تجهیز، باید به اصالت خازن حتما توجه کرد.

خازن صنعتی

• انواع خازن سه فاز صنعتی
• با گارانتی معتبر
• قیمت کف بازار تهران

قیمت خازن سه فاز >

خازن‌های متغیر:

با سه فاکتور می توان ظرفیت این المان را تغییر داد:

• فاصله بین صفحات هادی
• تغییر مساحت صفحات
• نوع دی‌الکتریک

اصولا تعداد معدودی شرکت در این زمینه تخصصی کار می‌کنند و در صنعت رسانه و امواج رادیویی کاربرد وسیعی دارند.

جمع بندی:

در صنعت برق انواع مختلفی از خازن تولید می‌شود که باید با توجه به پروژه و کاربرد مورد نظر خود از نوع مناسب این تجهیز استفاده کنید. تسلا کالا، مرجع آنلاین فروش تجهیزات برق صنعتی است که مدل‌های مختلف خازن صنعتی و اصلاح ضریب قدرت را عرضه می‌کند. برای استعلام قیمت، مشاوره فنی رایگان و خرید این تجهیزات می‌توانید با شماره ۲۱۱۰۴۳۵۲۳۲ تماس بگیرید یا به سایت تسلا کالا مراجعه کنید.