ما هو تعريف مكثف. مكثف - جهاز إلكتروني ، مبدأ التشغيل ، غرض وظيفي ، أصناف

المكثف هو عنصر من عناصر الدائرة الكهربائية ، ويتكون من صفائح قطب كهربي موصلة مفصولة بعزل كهربائي ومصممة لاستخدام سعتها. السعة للمكثف هي نسبة شحنة المكثف إلى فرق الجهد الذي تنقله الشحنة إلى المكثف.

تستخدم المواد العضوية وغير العضوية ، بما في ذلك أغشية أكسيد بعض المعادن ، كعزل كهربائي في المكثفات. عندما يتم تطبيق جهد ثابت على مكثف ، يتم شحنه ؛ يتم إنفاق قدر معين من العمل ، معبراً عنه بالجول.

تُستخدم المكثفات في جميع مجالات الهندسة الكهربائية تقريبًا ، وتُستخدم المكثفات (جنبًا إلى جنب مع المحرِّضات و / أو المقاومات) لبناء دوائر مختلفة بخصائص تعتمد على التردد ، ولا سيما المرشحات ودوائر التغذية الراجعة والدوائر التذبذبية وما إلى ذلك.

في مصادر الطاقة الثانوية ، يتم استخدام المكثفات لتخفيف تموجات الجهد المصححة.

في الهندسة الكهربائية الصناعية ، تُستخدم المكثفات لتعويض الطاقة التفاعلية وفي المرشحات التوافقية الأعلى.

المكثفات قادرة على تجميع شحنة كبيرة وإنشاء جهد كبير على الألواح ، والتي تستخدم لأغراض مختلفة ، على سبيل المثال ، لتسريع الجسيمات المشحونة أو لإنشاء تفريغ كهربائي قوي قصير المدى.

محول قياس (MT) للإزاحة الصغيرة: تغيير طفيف في المسافة بين الألواح له تأثير ملحوظ للغاية على سعة المكثف. IP لرطوبة الهواء والخشب (التغيير في تكوين العازل يؤدي إلى تغيير في السعة).

مقياس مستوى السائل. يملأ سائل غير موصل الفراغ بين ألواح المكثف ، وتتغير سعة المكثف حسب المستوى.

مكثف تحويل الطور. مثل هذا المكثف ضروري لبدء ، وفي بعض الحالات ، تشغيل المحركات غير المتزامنة أحادية الطور. يمكن استخدامه أيضًا لبدء وتشغيل محركات غير متزامنة ثلاثية الطور عند تشغيلها بجهد أحادي الطور.

بطاريات طاقة كهربائية. في هذه الحالة ، يجب أن يكون هناك ما يكفي على لوحات المكثف قيمة ثابتةجهد التفريغ والتيار. في هذه الحالة ، يجب أن يكون التفريغ نفسه كبيرًا في الوقت المناسب.

حاليًا ، يجري التطوير التجريبي للمركبات الكهربائية والهجينة باستخدام المكثفات. هناك أيضًا بعض نماذج الترام التي تُستخدم فيها المكثفات لتشغيل محركات الجر عند القيادة عبر أقسام غير مفعلة بالطاقة.

تصنيف المكثفات.

الصورة 1.

التعيين التقليدي على الرسوم البيانية.

اعتمادًا على الغرض ، يتم تقسيم المكثفات إلى مجموعتين كبيرتين: الأغراض العامة والخاصة.

تتضمن مجموعة الأغراض العامة المكثفات المستخدمة على نطاق واسع والمستخدمة في معظم أنواع وفئات المعدات. تقليديا ، يتضمن المكثفات ذات الجهد المنخفض الأكثر شيوعًا ، والتي ليس لها متطلبات خاصة.

جميع المكثفات الأخرى خاصة. وتشمل هذه: الجهد العالي ، والنبض ، وكتم الضوضاء ، وقياس الجرعات ، وبدء التشغيل ، وما إلى ذلك.

اعتمادًا على طريقة التثبيت ، يمكن تصنيع المكثفات للدوائر المطبوعة وتركيب السطح ، وكذلك كجزء من الوحدات الدقيقة والدوائر الدقيقة أو للتفاعل معها. يمكن أن تكون خيوط المكثفات للتثبيت السطحي صلبة أو ناعمة ، محورية أو نصف قطرية ، مصنوعة من سلك أو شريط دائري ، على شكل بتلات ، مع مدخل كبل ، في شكل مسامير عبر من خلال ، مسامير دعم ، إلخ.

وفقًا لطبيعة الحماية من التأثيرات الخارجية ، تصنع المكثفات: غير محمية ومحمية وغير معزولة ومعزولة ومختومة ومختومة.

المكثفات غير المحمية تسمح بالتشغيل في ظروف الرطوبة العالية فقط كجزء من المعدات المغلقة بإحكام. تسمح المكثفات المحمية بالتشغيل في معدات من أي تصميم. المكثفات العارية (المطلية أو غير المطلية) لا تسمح لجسمها بلمس هيكل الجهاز. المكثفات المعزولة لها طلاء عازل جيد إلى حد ما وتسمح بلمس هيكل الجهاز. المكثفات المختومة لها بنية جسم مختومة بمواد عضوية. المكثفات محكمة الغلق لها تصميم مبيت محكم يلغي إمكانية الاتصال بيئةبداخلها. يتم الختم باستخدام علب السيراميك والمعدن أو قوارير الزجاج. وفقًا لنوع العازل الكهربائي ، يمكن تقسيم جميع المكثفات إلى مجموعات: مع عازل عضوي وغير عضوي وغازي وأكسيد.

خصائص المكثف

لا يمرر المكثف تيارًا مباشرًا وهو عازل له.

ل التيار المتناوبالمكثف ليس عائقًا. تتناقص مقاومة المكثف (السعة) للتيار المتناوب مع زيادة السعة والتردد الحالي ، والعكس صحيح ، تزداد مع انخفاض سعتها وتردد التيار.

وجدت خاصية المكثف لتوفير مقاومة مختلفة للتيار المتردد تطبيقًا واسعًا. تستخدم المكثفات للترشيح ، وفصل تردد عن آخر ، وفصل المكون المتغير عن الثابت ...

مم تصنع المكثفات؟

يتكون أبسط مكثف من لوحتين معدنيتين (لوحتين) مفصولة بعازل (عازل). إذا كانت إحدى لوحات المكثف مشحونة إيجابًا والأخرى سالبة ، فإن الشحنات المعاكسة ، المنجذبة لبعضها البعض ، ستثبت على الألواح. لذلك ، يمكن أن يكون المكثف مخزنًا للطاقة الكهربائية.

عادة ما تصنع ألواح المكثفات من الألومنيوم والنحاس والفضة والتنتالوم. تستخدم كعزل كهربائي ، ورق مكثف خاص ، والميكا ، والأفلام الاصطناعية ، والهواء ، والسيراميك الخاص ، وما إلى ذلك.

باستخدام ألواح رقائق معدنية وعازل كهربائي لفيلم متعدد الطبقات ، من الممكن تصنيع مكثفات من النوع الملفوف تتراوح سعتها التخزينية المحددة تقريبًا من 0.1 J / kg إلى 1 J / kg أو من 0.03 mWh / kg إلى 0.3 mWh / kg. نظرًا لسعة التخزين المحددة المنخفضة ، فإن المكثفات من هذا النوع ليست مناسبة للتخزين طويل الأجل لكمية كبيرة من الطاقة ، ولكنها تستخدم على نطاق واسع كمصادر للطاقة التفاعلية في دوائر التيار المتردد وك السعات. يمكن تجميع الطاقة بشكل أكثر كفاءة في المكثفات الإلكتروليتية ، والتي يظهر مبدأها في الشكل. 2.

1 صفيحة معدنية أو فويل (ألومنيوم ، تنتالوم ، إلخ) ،
2 أكسيد معدني عازل (Al2O3 ، Ta2O5 أو غيرها) ،
3 ورق ، وما إلى ذلك ، مشرب بالكهرباء (H3BO3 ، H2SO4 ، MnO2 أو غيرها) والجلسرين. نظرًا لأن سمك الطبقة العازلة في هذه الحالة يظل عادةً في حدود 0.1 ميكرومتر ، يمكن تصنيع هذه المكثفات بسعة كبيرة جدًا (أعلى إلى 1 F) ، ولكن بجهد منخفض نسبيًا (عادةً بضعة فولتات).

يمكن أن تتمتع المكثفات الفائقة (المكثفات الفائقة ، المؤيِّنات) بسعة أكبر ، وتكون ألواحها عبارة عن طبقة كهربائية مزدوجة بسماكة بضعة أعشار من النانومتر عند السطح البيني بين قطب كهربائي مصنوع من الجرافيت الصغير الذي يسهل اختراقه والإلكتروليت (الشكل 3).

1 أقطاب الجرافيت الصغيرة التي يسهل اختراقها ،
2 إلكتروليت


تصل المساحة الفعالة لألواح هذه المكثفات ، بسبب المسامية ، إلى 10000 متر مربع لكل جرام من كتلة القطب ، مما يجعل من الممكن تحقيق سعة كبيرة جدًا بأحجام مكثف صغيرة جدًا. حاليًا ، يتم إنتاج المكثفات الفائقة لجهود تصل إلى 2.7 فولت وقدرات تصل إلى 3 كيلوفولت. تتراوح سعتها التخزينية المحددة عادةً من 0.5 واط / كجم إلى 50 واط / كجم وهناك نماذج أولية بسعة تخزين محددة تصل إلى 300 واط / كجم.
تكون مفيدة عندما يتم استهلاك الطاقة في شكل نبضات قصيرة (على سبيل المثال ، لتشغيل بداية محركات الاحتراق الداخلي) أو عند الحاجة إلى الشحن السريع (الثاني) لجهاز التخزين. على سبيل المثال ، في عام 2005 ، بدأت شنغهاي التشغيل التجريبي للحافلات فائقة السرعة ، حيث يتم شحن بنك المكثف أثناء توقف الحافلة في كل محطة.

عند اختيار مكثف لجهاز معين ، يجب مراعاة الظروف التالية:

أ) القيمة المطلوبة سعة المكثف(µF ، nF ، pF) ،

ب) جهد التشغيلمكثف (أقصى قيمة للجهد يمكن أن يعمل عندها المكثف لفترة طويلة دون تغيير معلماته) ،

ج) الدقة المطلوبة (التباين المحتمل في قيم سعة المكثف) ،

د) معامل درجة حرارة السعة (اعتماد سعة المكثف على درجة الحرارة المحيطة) ،

ه) استقرار المكثف ،

هـ) تيار التسرب لعزل المكثف عند الجهد المقنن ودرجة الحرارة المعطاة. (يمكن الإشارة إلى المقاومة العازلة للمكثف.)

طلب

تستخدم المكثفات في جميع الأجهزة الإلكترونية وهندسة الراديو ، باستثناء الترانزستورات والدوائر الدقيقة. في بعض الدوائر يوجد عدد أكبر منها ، وفي دوائر أخرى يوجد عدد أقل ، لكن لا توجد مكثفات عمليًا على الإطلاق دائرة كهربائية.

في الوقت نفسه ، يمكن للمكثفات أداء مجموعة متنوعة من المهام في الأجهزة. بادئ ذي بدء ، هذه هي السعات في مرشحات المقومات والمثبتات. بمساعدة المكثفات ، يتم إرسال إشارة بين مراحل التضخيم ، ويتم إنشاء مرشحات تمرير منخفض وعالي ، ويتم ضبط الفواصل الزمنية في فترات التأخير ، ويتم تحديد تردد التذبذب في المولدات المختلفة.

تتبع المكثفات نسبها من جرة لايدن ، التي استخدمها العالم الهولندي بيتر فان موشنبروك في تجاربه في منتصف القرن الثامن عشر. عاش في مدينة ليدن ، لذلك ليس من الصعب تخمين سبب تسمية هذا البنك بذلك.

في الواقع ، كان هذا هو المعتاد جرة زجاجية، مبطنة من الداخل والخارج بورق قصدير - ستانيول. تم استخدامه لنفس الأغراض مثل الألمنيوم الحديث ، ولكن بعد ذلك لم يتم اكتشاف الألمنيوم بعد ، وكان المصدر الوحيد للكهرباء في تلك الأيام هو آلة كهربائية قادرة على تطوير الفولتية حتى عدة مئات من الكيلوفولت. تم شحن جرة ليدن منها. تصف كتب الفيزياء المدرسية الحالة عندما قام موشنبروك بتفريغ علبته من خلال سلسلة من عشرة حراس ممسكين بأيديهم ، وفي ذلك الوقت ، لم يكن أحد يعلم أن العواقب يمكن أن تكون مأساوية. تبين أن الضربة حساسة للغاية ، لكنها ليست قاتلة. لم يأت إلى هذا ، لأن سعة جرة Leyden كانت ضئيلة ، واتضح أن الدافع قصير العمر ، لذا كانت قوة التفريغ منخفضة.

المكثفات ليست فقط عناصر من دوائر الراديو والكهرباء. في الطبيعة ، نواجه المكثفات الطبيعية أثناء العواصف الرعدية ، عندما يتم تفريغ السحب المشحونة بشكل معاكس بالنسبة لبعضها البعض أو على الأرض. ضربات البرق والرعد قرقرة.

تستخدم المكثفات على نطاق واسع في أنظمة الإمداد بالطاقة المؤسسات الصناعيةومكهرب السكك الحديديةلتحسين استخدام الطاقة الكهربائية مع التيار المتردد. واحد. ملاحظة. وقاطرات الديزل ، تُستخدم المكثفات لتنعيم التيار النبضي المستلم من المقومات ومقاطعات النبض ، ولمكافحة شرارة اتصالات الأجهزة الكهربائية والتداخل الراديوي ، في أنظمة التحكم لمحولات أشباه الموصلات ، وأيضًا لإنشاء متماثل ثلاث مراحل الجهدالمطلوبة لتشغيل المحركات الكهربائية للآلات المساعدة. في الهندسة الراديوية ، تُستخدم المكثفات لإنشاء تذبذبات كهرومغناطيسية عالية التردد ، لفصل الدوائر الكهربائية للتيار المباشر والمتناوب ، إلخ. د.

2. في تكنولوجيا الرادار - للحصول على نبضات ذات قدرة أكبر ، وتشكيل النبضات ، وما إلى ذلك.

3. في الاتصالات الهاتفية والبرقية - لفصل دوائر التيار المتردد والتيار المستمر ، وفصل التيارات ذات الترددات المختلفة ، وقمع الشرر في التلامس ، والموازنة خطوط الكابلاتإلخ.

4. في الأتمتة والميكانيكا عن بعد - لإنشاء أجهزة استشعار على مبدأ السعوية، فصل دوائر التيارات المباشرة والنابضة ، قمع الشرارة في التلامس ، في دوائر مولدات نبضات الثيراترون ، إلخ.

5. في تكنولوجيا أجهزة الحوسبة - في أجهزة التخزين الخاصة ، إلخ.

6. في تكنولوجيا القياس الكهربائي - لإنشاء عينات من السعة ، احصل عليها قدرة متغيرة(سعة المخازن والمختبرات المكثفات المتغيرة)، خلق أدوات القياسعلى مبدأ السعوية ، إلخ.

7. في تقنية الليزر - للحصول على نبضات قوية.

في صناعة الطاقة الكهربائية الحديثة ، تجد المكثفات أيضًا تطبيقًا متنوعًا ومسؤولًا للغاية:

لتحسين عامل الطاقة والتركيبات الصناعية (مكثفات جيب التمام أو التحويلة) ؛

لسعة التعويض الطولي لخطوط النقل لمسافات طويلة ولتنظيم الجهد في شبكات التوزيع (المكثفات التسلسلية) ؛

لاستخراج الطاقة بالسعة من خطوط نقل الجهد العالي وللتوصيل بخطوط نقل معدات الاتصالات الخاصة ومعدات الحماية (مكثفات الاتصالات) ؛

لحماية الطفرة

للاستخدام في دوائر نبض الجهد (GVP) ومولدات النبض الحالية القوية (PCG) المستخدمة في اختبار المعدات الكهربائية ؛

ل اللحام الكهربائيتسريح؛

لبدء المحركات المكثفة ( مكثفات البدء) ولإحداث تغيير الطور المطلوب في الملف الإضافي لهذه المحركات ؛

في أجهزة الإنارة مصابيح فلورسنت;

لقمع التداخل الراديوي المتولد آلات كهربائيةوعربات النقل المكهربة.

بالإضافة إلى صناعة الإلكترونيات والطاقة الكهربائية ، تُستخدم المكثفات أيضًا في مجالات التكنولوجيا والصناعة الأخرى غير الكهروتقنية للأغراض الرئيسية التالية:

في صناعة المعادن - في التركيبات عالية التردد لصهر المعادن والمعالجة الحرارية لها ، في التركيبات الكهربية (الكهربائية) ، لمعالجة النبضات المغناطيسية للمعادن ، إلخ.

في صناعة التعدين (الفحم ، وخام المعادن ، وما إلى ذلك) - في نقل المناجم على قاطرات كهربائية مكثفة ذات تردد عادي ومتزايد (غير ملامس) ، في الأجهزة المتفجرة الكهربية باستخدام التأثير الكهروهيدروليكي ، إلخ.

في تكنولوجيا السيارات - في دوائر الإشعال لإطفاء الشرارة في جهات الاتصال ولقمع التداخل اللاسلكي.

في التكنولوجيا الطبية - في معدات الأشعة السينية ، وأجهزة العلاج الكهربائي ، إلخ.

في تقنية استخدام الطاقة الذرية للأغراض السلمية - لتصنيع مقاييس الجرعات ، للإنتاج قصير المدى للتيارات العالية ، إلخ.

في تكنولوجيا التصوير الفوتوغرافي - للتصوير الجوي ، الحصول على وميض من الضوء أثناء التصوير العادي ، إلخ.

يؤدي تنوع التطبيقات إلى وجود تنوع كبير بشكل استثنائي من أنواع المكثفات المستخدمة في التكنولوجيا الحديثة. لذلك ، إلى جانب المكثفات المصغرة التي يقل وزنها عن جرام وأبعادها التي تصل إلى عدة مليمترات ، يمكن للمرء أن يجد مكثفات تزن عدة أطنان وتتجاوز ارتفاع الإنسان. يمكن أن تتراوح سعة المكثفات الحديثة من كسور بيكوفاراد إلى عدة عشرات وحتى مئات الآلاف من الميكروفاراد لكل وحدة ، ويمكن أن يتراوح جهد التشغيل المقنن من عدة فولت إلى عدة مئات من الكيلوفولت.

يتمثل دور المكثف في الدائرة الإلكترونية في تجميع شحنة كهربائية ، وفصل مكونات التيار المستمر والتيار المتردد ، وترشيح التيار النابض ، وغير ذلك الكثير.

في الوقت السوفياتي، عندما تم تشغيل العديد من الساعات الإلكترونية الثابتة من المخرج ، ولم يتم اختراع البطاريات الصغيرة والرخيصة بعد ، وضع الحرفيون المكثفات هناك حتى يتمكنوا من العمل وعدم الإبطاء أثناء انقطاع التيار الكهربائي ، على سبيل المثال ، قصير.

§ 1.1. الوظائف والتطبيقات


المكثفات الكهربائية في الإلكترون-

نيويورك ، الهندسة الراديوية والكهربائية

وأجهزة الطاقة الكهربائية

يؤدون وظائف جهاز تخزين الطاقة ، المصدر

القوة التفاعلية ، تعتمد على التردد

مفاعلة سيم. تطبيق

يفعلون ذلك بفضل طريقتهم-

القدرة على تجميع الطاقة الكهربائية ،

ثم أعطه لدائرة التحميل.

نبضات تيار عالية الطاقة

تستخدم لخلق المتطرفة

حسب قوة المجالات المغناطيسية والقوة

تصريف القوس في الغازات والسائل

نبضات عالية وعالية للغاية

تستخدم الفولتية العالية

kih الفولتية في الاختبار والبحث

اعطاء الأغراض.

تستخدم أجهزة تخزين الطاقة السعوية

تستخدم في مرافق البحث

فيزياء البلازما التفاعلات النووية الحرارية، يكون-

اختبار المعدات المختلفة في الكهرباء

الأجهزة التكنولوجية (المغناطيسية

اللكم الدافع ، التثبيتات ،

صدمة كهربائية هيدروليكية zuyuschie ، im-

لحام كهربائي نبضي ، مغنطة ،

تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية ، شرارة كهربائية

تكنولوجيا المعالجة ، البلازما الكهربائية

ليز ، وما إلى ذلك). مكثفات التخزين

تستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة

الاتصالات النبضية ، الرادار ،

الملاحة ، في مصادر الضوء النبضي

تا (مصادر عالية الكثافة - لام-

ومضات py ، وتركيبات الإشارات - مايو-

كي ، مولدات الكم البصرية - LA-

الحبوب ، إلخ) ، الأشعة السينية النبضية

تستخدم المكثفات في الهندسة

الاستكشاف الزلزالي (im electodynamic im-

الإثارة النبضية للموجات المرنة في الأرض

نوح) ، لتقويض صواعق ، في-

ديسين (مزيل الرجفان النبضي)

بطاريات لمولدات الطاقة القوية

يمكن أن تكون النبضات الحالية أبسط (في

شكل مكثف أو بطاريات مكثف-

tori) وأكثر تعقيدًا (اصطناعي

خطوط طويلة ، على سبيل المثال ، شكل سلسلة

خلاط ، أو مجموعة متوازية LC-

صائغي).

في نفوسهم المكثفات نسبيا

يقومون بتخزين الطاقة الكهربائية من

مصدر طاقة منخفض نسبيًا ، و

ثم تعطيه بسرعة للحمل. ناكو-

مكثفات الشرب المستخدمة ، في

على وجه الخصوص ، في القاع مكثف ذكي

سكان التوتر.

سير العمل الرئيسي في عدد من

الأجهزة مع تخزين الطاقة بالسعة

جي لا يعطيه للحمل ، ولكن

تراكم. قدرة المكثف

تتراكم بسرعة الطاقة الكهربائية

gyu يستخدم في إنشاء ملفات

أجهزة لحماية المعدات الكهربائية

خام وعناصره من الجهد الزائد

zhenii بسبب العواصف الرعدية أو com-

أحداث الطفرة. هذا هو خاصية و

أيضًا أبعاد صغيرة نسبيًا ،

الموثوقية العالية للمكثفات

vili ، على وجه الخصوص ، استخدامها على نطاق واسع

في دوائر التخميد القوية

محولات الجهد العالي ، من أجلك-

معادلة الفولتية على الخلف -

لكن الصمامات تعمل.

في محولات الثايرستور (أنت-

مقومات ، محولات ، منظمات نبض

lyators) ، في التبديل غير الاتصال

المكثفات المستخدمة في المعدات

للتشغيل والإيقاف القسري

الثنائيات والصمامات ذات التحكم غير الكامل

قابلية. تبديل المكثفات

في الأجهزة التي تعمل بدون تلامس

الوضع التراكمي ، بينما في ما قبل

المربين مع إجراءات العمل عادة

ولكن يتم الشحن والتفريغ (أو إعادة-

شحنة) من المكثف.

خاصية مكثف للتراكم

تستخدم الطاقة الكهربائية على نطاق واسع

Xia ولقمع ضوضاء الاندفاع في

مختلف المعدات الإلكترونية

إنشاء خلايا ذاكرة كمبيوتر متكاملة

نيا والتمايز من الكهربائية

الإشارات (أجهزة الكمبيوتر التناظرية ، وأنظمة السيارات

الطماطم ، الضوابط ، إلخ).

يستخدم التخزين على نطاق واسع

خصائص المكثفات في تطبيقها

في أجهزة الدفع المختلفة

طاقة منخفضة: في مولدات النبض

التيار والجهد بشكل خاص

(أجهزة المسح والقياس

va n إلخ). في تأرجح ذاتي وتنازلي

أجهزة الخرج. غالبًا ما تعمل المكثفات كمصدر للقوة التفاعلية

نيس. تظهر هذه الخاصية عندما

عندما تتأثر بمتغير

(عادة جيبية الشكل) الجهد

زيني. التيار يتدفق عبر المكثف

torus ، يقود الجهد بزاوية ، تقريبًا.

إشارة إلى π / 2 ، أي مكثف ، تقريبًا لا تفعل ذلك

تستهلك الطاقة النشطة، يولد

رد الفعل. يتم استخدام هذه القدرة

لتحسين معامل القدرة

مستهلكي الطاقة الكهربائية

تعويض جزئي أو كامل عن

القدرة على رد الفعل ، مما يقلل من الخسائر

الطاقة في المولدات والمحولات

الشبكات الكهربائيةيزيد من الاستقرار

قدرة التشغيل المتوازي لأنظمة الطاقة ،

يستقر الجهد عند المستهلكين.

لزيادة استقرار الفقرة-

العمل الجاد و عرض النطاق

خطوط الكهرباء ، وكذلك لتحسين

من طريقة تشغيل أنظمة الطاقة في-

تغيير اعدادات التعويض الطولي

، العنصر الرئيسي منها

شيا البنوك مكثف قوية ، نفذت

حثي تعويض

مقاومة خطوط الجهد العالي

نقل الطاقة. تركيب طولي

تعويض القوة التفاعلية

تعمل على مكهربة الحديد

في الآونة الأخيرة ، بطاريات مكثفة

تعويض طولي خندق الصلب

لاستخدامها في مصاهر الخام الحراري

أفران عالية الطاقة (بالآلاف وعشرة

كيلو ألف كيلووات) ، أي مع تغيير حاد

تغيير الحمل.

التعويض السعوي الطولي

يتم استخدام القوة التفاعلية بشكل فعال

تستخدم لبدء تشغيل الآلات غير المتزامنة

طاقة عالية عندما يتم تشغيلها بواسطة بولي

خطوط ذات مقاومة عالية (خطوط

قوة غير كافية ونسبيًا

طول العظيم). في أنظمة الطاقة ،

تستخدم المكثفات في البطاريات

مركزية طولية وعرضية

حمام تعويض الطاقة التفاعلية.

أنها توفر انخفاضًا في فقد الطاقة

gies وتحسين أوضاع تشغيل الطاقة

أنظمة (مع محطات توليد الطاقة

توفير الجهد المطلوب

العقد وتدفقات الطاقة). في كلا النوعين

البطاريات المستخدمة في سلسلة pa-

اتصال موازية عدد كبير

المكثفات المفردة.

تستخدم المكثفات على نطاق واسع

فقط في التركيبات المركزية

تعويض القدرة التفاعلية ، ولكن أيضًا في

منشآت للجماعة والفردية

تعويض نوح. مثل هذه الأمثلة يمكن

يمكن أن تكون بمثابة مكثفات للإضاءة

كوف ق مصابيح التفريغقاذفات

ومكثفات العمل أحادية الطور asin-

محركات كهربائية متزامنة (في هذه الحالة

الوظيفة الرئيسية للمكثفات

يشارك في إنشاء تحول طور π / 2

بين تيارات اللفات الحركية) ،

المكثفات تصعد منخفضة جدا

تحريض عامل الطاقة

المنشآت الصناعية الكهروحرارية

نوح وترددات عالية. المجموعة و

التعويض التفاعلي الفردي

تعطي قوة المستهلكين تأثيرًا كوميديًا بيئيًا كبيرًا بسبب التخفيض

تقليل خسائر الطاقة أثناء انتقالها

انخفاض الجهد في الذروة

إعادة بناء شبكات الطاقة (بسبب

خطوط إمداد الطاقة غير الكافية ،

المحولات ، إلخ).

قدرة المكثفات على التعويض

ضبط القوة التفاعلية للمستهلكين

يتم استخدام الكهرباء ليس فقط ل

التردد 50-6 0 هرتز ، ولكن أيضًا عند الارتفاع

ترددات التشغيل ، على سبيل المثال ، الأنظمة الموجودة على متن الطائرة

تلك المركبات ، الكهروحرارية

منشآت السماء. في هذه الحالة ، من الضروري

لكن وزن وأبعاد الابتدائية

المولد ال للكهرباء.

التعويض مع المكثفات التفاعلية

قوة آلة غير متزامنةيترك-

يسمح لخلق مولدات غير متزامنة,

فعال بسرعة متغيرة

المحرك الرئيسي (هيدروليكي

السماء ، توربينات الغاز). تحتوي على مكثفات

توفر الإثارة المغناطيسية

تعويض التدفق والقدرة التفاعلية

حمولة.

تعويض كامل بالمكثفات

القوة التفاعلية للملفات الاستقرائية

يحدث أيضًا في تذبذبات قوية

دوائر بطارية مولدات الراديو

المحررين. مستحيل بدون المكثفات

تشغيل هذه الأجهزة بمعامل عالي

مفيد وصغير

المؤشرات ، وكذلك توليد الألم

شيه القوى النشطة.

خاصية أخرى للمكثفات هي التغيير

تأخذ مفاعلتها في

التيار المتردد يتناسب عكسيا

التردد (x s \ u003d 1/2 π / C) - استخدام واسع لـ

تُستخدم عند إنشاء عوامل تصفية مختلفة بتنسيق

هندسة الراديو والإلكترونية والكهربائية

الأجهزة التقنيةيخدم ل

فصل الفولتية والتيارات المختلفة

مرشحات الترددات المنخفضة والعالية والبولو-

البومة والشق ، يمثلان

محاربة مزيج من الاستقراء والسعة ،

العناصر المقاومة والسعة ، وهي

هي جزء لا يتجزأ من معظم

الأجهزة الإلكترونية وهندسة الراديو.

تستخدم المرشحات أيضًا في الطاقة

الأنظمة الإلكترونية. بمساعدتهم ، قوة منخفضة

استخدام إشارات عالية التردد

للاتصالات والميكانيكا عن بعد والمحترفين

أتمتة مكافحة الطوارئ وأغراض أخرى ،

منفصلة عن الفولتية الصناعية

ترددات عالية الجهد. قوة

تستخدم الفلاتر في الطاقة الكهربائية

كه لتقريب شكل الجهد إلى

جيبية في وجود المصادر

التوافقيات العليا (المقومات) ، القوس-

أفران الإخراج ، وما إلى ذلك) ، في أشباه موصلات الطاقة

محولات النيكل التي تعمل في

مستقل أو متصل بالشبكة.

في المرشحات التفاعلية ، الرنين

مضاعفات الجهد والأجهزة الأخرى

يتم استخدام خصائص الرنين

دوائر تتكون من مكثفات إلى ii-

ليونة.

تستخدم المكثفات في المرشحات

ليس فقط متغير ، ولكن دائم

الحالي ، الذي فيه المكون المفيد

هو جهد ثابت ، والمهمة

مرشح لتنعيم الرصاص

محطات الجهد (عن طريق تقليل

مكون متغير) ، أي هنا واحد

القدرة على السيطرة-

مكثف لتجميع الطاقة وتقليلها

مقاومته مع التردد. هذه

تستخدم المرشحات في إمدادات الطاقة

مختلف الإلكترونية والكهربائية

أجهزة كال ، على سبيل المثال ، في الجهد العالي

تركيبات الطلاء الكهروستاتيكي

كي ، تنقية الغاز ، في مثبتات النبض

توري الجهد ، EV M ، إلخ.

خاصية المكثفات لتقليل

المقاومة بتردد متزايد

يؤدي إلى استخدامها على نطاق واسع في الإلكترونية

المعدات المدرعة والإلكترونية في

كإعاقة أو قمع تدخل

وضع العنصر. دور المكثف في

هذا وفي الحالات السابقة يخلص

هو إغلاق مسار الترددات العالية

مجموع التيارات التي تمنع مرورها

من خلال الدوائر وعناصر الجهاز الأخرى

roystvo ، على سبيل المثال في شبكة التوريد.

المكثفات ضرورية

عنصر من دوائر تحويل الطور الكهربائية

الأجهزة الإلكترونية لأنظمة التشغيل الآلي ، حتى-

التحكم ، في مولدات LC و RC ، في ak-

المرشحات النشطة ، إلخ.

تم حل إحدى المشاكل العديدة

بمساعدة المكثفات ، استنتج-

شيا في التقسيم AC الجهد,

أجريت مع تغييرات مختلفة

نعم في دوائر الجهد العالي ، في الطاقة الكهربائية

أنظمة وراثية ومعدات اختبار

novkah ، في توزيع موحد على-

التوتر في فترات الاستراحة

قواطع الدارات الكهربائية عالية الجهد وانسداد

لأغراض أخرى.

تستخدم المكثفات على نطاق واسع:

في مقسمات الجهد السعوية

لاختيار الطاقة من خطوط الجهد العالي

نقل الطاقة (بطاقة منخفضة

تكلفة استخراج المكثف

أقل من تكلفة جهاز إقلاع الطاقة

باستخدام المحولات التقليدية) ؛

كمقاومة الصابورة في أي

مصادر الضوء المناجم والمصابيح

المتوهجة ، وكذلك في الولايات المتحدة منخفضة الطاقة-

ثلاثة توائم لشحن البطاريات ؛

في إمدادات الطاقة الثانوية مع

خصائص خاصة (استقرار

تيار الازدحام ، الجهد) ، على وجه الخصوص ، في

محولات الاستقراء بالسعة ،

موظفين للتوريد الحالي المباشر

تركيبات تكنولوجيا البلازما واللحام

أجهزة سعوية حثي مع-

يتغير أيضًا لموازنة الجهد

زيني شبكة ثلاثية الطوربحضور النمس-

مستهلكين متريين ، وكذلك لإنشاء

مقسم البيانات لعدد من المراحل اللازمة

لتزويد المستهلكين على ثلاث مراحل

من شبكة أحادية الطور.

لذا فإن النطاق

المكثفات واسعة بما يكفي: الطاقة

الساج ، الصناعة ، النقل ، الأجهزة

الاتصالات ، التشغيل الآلي ، البث ، الموقع ،

القياس وتكنولوجيا الكمبيوتر

الدليل

بالكهرباء

المكثفات

معلومات عامة,

الاختيار والتطبيق

تحت رئاسة التحرير العامة

مرشح العلوم التقنية

في في إرموراتسكي

مكثف كهربائي (من المكثف اللاتيني - الشخص الذي يتكثف ويثخن) ، وهو جهاز مصمم للحصول على القيم المطلوبة من السعة الكهربائية وقادر على تجميع (إعادة توزيع) الشحنات الكهربائية.

يتكون المكثف الكهربائي من قطبين كهربائيين (أكثر في بعض الأحيان) متحركين أو موصلين ثابتين (لوحات) مفصولة بعازل كهربائي. يجب أن يكون للألواح شكل هندسي وأن تكون موجودة بالنسبة لبعضها البعض بحيث يتم إنشاؤها بواسطتها الحقل الكهربائيتتركز في الفراغ بينهما. كقاعدة عامة ، المسافة بين الألواح ، التي تساوي سماكة العازل ، صغيرة مقارنة بالأبعاد الخطية للألواح. لذلك ، المجال الكهربائي الذي يحدث عندما تكون الصفائح متصلة بمصدر بجهد كهربائي يو، يتركز بشكل كامل تقريبًا بين اللوحات. في نفس الوقت ، جزئية القدرات الخاصة أغطية كهربائيةضئيلة.

وبالتالي ، يُطلق على المكثف نظامًا يتكون ، كقاعدة عامة ، من موصلين مشحونين بشكل معاكس ، في حين أن الشحنة التي يجب نقلها من موصل إلى آخر لشحن أحدهما سلبًا والآخر إيجابيًا تسمى شحنة مكثف. التباينات المحتملة يوبين ألواح المكثف يتناسب طرديا مع حجم الشحنة ستقع على كل منها:

مع- يسمى المعامل الذي يميز المكثف بالسعة الكهربائية للمكثف أو السعة.

عدديًا ، سعة المكثف الكهربائي C تساوي الشحنة Q لإحدى الألواح بجهد 1 فولت:

C = Q / U.

في النظام الدولي للوحدات ، وحدة السعة هي فاراد - 1 فهرنهايت. السعة التي تساوي واحد فاراد يمتلكها مثل هذا المكثف ، بين الألواح التي يوجد بها فرق جهد يساوي واحد فولت ، مع تساوي شحنة كل لوحة. لقلادة واحدة.

يتم تحديد المعلمات والتصميم ونطاق المكثفات بواسطة العازل الذي يفصل لوحاته ، وبالتالي يتم تنفيذ التصنيف الرئيسي للمكثفات الكهربائية وفقًا لنوع العازل. اعتمادًا على نوع العازل الكهربائي المستخدم ، يمكن أن تكون المكثفات عبارة عن هواء ، ورق ، ميكا ، سيراميك ، تحليل كهربائي ، إلخ.

المكثفات تتميز بالسعة قدرة ثابتةوالمكثفات المتغيرة. يتم تصنيع المكثفات المتغيرة وشبه المتغيرة بسعة يتم التحكم فيها ميكانيكيًا وكهربائيًا. غالبًا ما يتحقق التغيير في السعة في مكثف كهربائي يتم التحكم فيه ميكانيكيًا عن طريق تغيير مساحة لوحاته أو (في كثير من الأحيان) عن طريق تغيير الفجوة بين الألواح. الكائنات الاوليه مكثف الهواءتتكون السعة المتغيرة من نظامين منفصلين من الألواح المعدنية التي تدخل في بعضها البعض عند تدوير المقبض: يمكن لمجموعة واحدة (الدوار) أن تتحرك بحيث تدخل لوحاتها في الفجوات بين ألواح مجموعة أخرى (الجزء الثابت). عن طريق دفع وسحب نظام من الألواح إلى نظام آخر ، يمكنك تغيير سعة المكثف. تستخدم المكثفات الكهربائية ذات السعة المتغيرة مع عازل صلب (سيراميك ، ميكا ، زجاج ، غشاء) بشكل أساسي كشبه متغير (منخفض) مع تغيير بسيط نسبيًا في السعة. حاليًا ، يتم استخدام المكثفات المتغيرة الخاضعة للرقابة على نطاق واسع - varicaps و variconds.

تعتمد سعة مكثف كهربائي على ثابت العزل للعزل الذي يملأ المكثف ، وعلى شكل وحجم ألواحه. وفقًا لشكل الألواح ، يتم تمييز المكثفات المسطحة ، الأسطوانية ، الكروية.

يتكون المكثف المسطح من لوحين مسطحين يفصل بينهما دصغيرة مقارنة بأبعادها الخطية. هذا يجعل من الممكن إهمال مناطق صغيرة من عدم التجانس الحقل الكهربائيعند حواف الألواح وافترض أن الحقل بأكمله متجانس ومركّز بين الألواح. تهمة مكثف سهي الشحنة على لوحة موجبة الشحنة.

سعة المكثف المسطح مع:

C = ee o S / d

S هي مساحة كل بطانة أو أصغرها ، د- المسافة بين الألواح ، ه س- ثابت كهربائي ، ه- السماحية النسبية للمادة بين الصفائح. يؤدي ملء الفراغ بين الألواح بعازل كهربائي إلى زيادة السعة فيها همرة واحدة.

الطاقة المخزنة بواسطة مشحونة بجهد ثابت يومكثف كهربائي مسطح يساوي:

W = CU 2/2.

إلى جانب المكثف المسطح ، غالبًا ما يتم استخدام مكثف مسطح متعدد الصفائح نلوحات متصلة بالتوازي.

سعة المكثف الأسطواني ، اللوحان عبارة عن أسطوانتين مجوفتين متحدتين محوريتين يتم إدخالهما في بعضهما البعض ويفصل بينهما عازل ، تساوي:

C \ u003d 2pee o h¤ln (r 2 / r 1),

حيث r 2 و r 1 هما نصف قطر الأسطوانات الخارجية والداخلية ، على التوالي ، و حهو طول الاسطوانة. في هذه الحالة ، لا تؤخذ في الاعتبار تشوهات تجانس المجال الكهربائي عند حواف الصفائح (تأثير الحافة) ، وبالتالي فإن هذه الحسابات تعطي قيم سعة أقل من الواقع إلى حد ما ج.

إن سعة مكثف كروي ، وهو عبارة عن كرة مدمجة في بعضها البعض ، تساوي:

C \ u003d 4pee o r 2 r 1 / (r 2 -r 1) ،

أين r2و r1هي أنصاف أقطار المجالات الخارجية والداخلية ، على التوالي.

بالإضافة إلى السعة ، فإن للمكثف الكهربائي مقاومة نشطة. صوالحث إل. عادة، المكثفات الكهربائيةيستخدم عند ترددات أقل بكثير من التردد الرنان ، حيث يتم إهمال محاثةها عادة. تعتمد المقاومة النشطة للمكثف على مقاومة العازل الكهربائي ، ومواد الألواح والخيوط ، وشكل المكثف وحجمه ، والتردد ودرجة الحرارة. يتم استخدام اعتماد تفاعل المكثفات الكهربائية على التردد في المرشحات الكهربائية.

عندما يتم توصيل الألواح بمصدر جهد ثابت ، يتم شحن المكثف بجهد المنبع. يسمى التيار الذي يستمر في التدفق عبر المكثف بعد شحنه بتيار التسرب.

تتميز المكثفات بجهد الانهيار - فرق الجهد بين ألواح المكثف ، والذي يحدث عنده الانهيار - يحدث تفريغ كهربائي من خلال الطبقة العازلة في المكثف. يعتمد جهد الانهيار على شكل الألواح وخصائص العازل وسماكته.

تنجذب لوحات المكثف لبعضها البعض. تسمى قوة التجاذب بين ألواح المكثف بالقوة الدافعة للعقل ويتم حسابها بالصيغة:

F \ u003d -Q 2 / 2ee o S.

تشير علامة الطرح إلى أن القوة الدافعة للعقل هي قوة جذابة.

وفقًا للتطبيق ، يتم تمييز المكثفات الكهربائية جهد منخفضالتردد المنخفض (السعة النوعية العالية مع) ، الجهد المنخفض التردد العالي (عالية مع)، الجهد العالي التيار المباشر، الجهد العالي المنخفض والتردد العالي (قوة رد فعل محددة عالية).

لزيادة السعة وتغيير قيمها المحتملة ، يتم توصيل المكثفات بالبطاريات ، باستخدام توصيلاتها المتسلسلة أو المتوازية أو المختلطة (التي تتكون من سلسلة ومتوازية).

تتحقق الزيادة في السعة عن طريق توصيل المكثفات بالتوازي مع البطارية. في هذه الحالة ، يتم توصيل المكثفات بألواح مشحونة بشكل مشابه. مع مثل هذا الاتصال ، فإن القيمة المحفوظة على جميع المكثفات هي فرق الجهد ، ويتم تلخيص الشحنات. إجمالي سعة البطارية في اتصال موازيةالمكثفات تساوي مجموع سعات المكثفات الفردية:

C \ u003d C 1 + C 2 + ... + C n

عندما يتم توصيل المكثفات في سلسلة ، تكون السعة الناتجة دائمًا أقل من أصغر سعة مستخدمة في البطارية ، ويمثل كل مكثف جزءًا فقط من فرق الجهد بين أطراف البطارية ، مما يقلل بشكل كبير من احتمالية انهيار المكثف. في توصيلات تسلسليةالمكثفات متصلة بلوحاتها المعاكسة. في هذه الحالة ، تتم إضافة معادلات السعات ويتم تحديد السعة الناتجة على النحو التالي:

1 / ج = (1 / ج ن).

تستخدم المكثفات الكهربائية في الدوائر الكهربائية(السعات المركزة) ، صناعة الطاقة الكهربائية (معوضات الطاقة التفاعلية) ، مولدات الجهد النبضي ، لأغراض القياس (قياس المكثفات وأجهزة الاستشعار بالسعة).

وزارة التربية والتعليم في الاتحاد الروسي.

مدرسة GOU NPO SO الاحترافية رقم 16

عمل الدورة

المكثفات

الفنان: طالبة

PL. رقم 16 لمجموعة R-316

بيانكوف الكسندر بوريسوفيتش

مدير المدرسة

مواد الراديو

PL. №16 بوتابوفا أولغا

الكسندروفنا

كاميشلوف 2009

مقدمة

1. الجسم الرئيسي

مواد

مخطط تاريخي

أنواع المكثفات

2. التطبيق والتشغيل

الأحمال الميكانيكية

التعرض للإشعاع

الأحمال الكهربائية

مقدمة

هدف:استكشف العمل والتكوين و ميزات التصميممكثف.

مهام:مهمتي الرئيسية هي دراسة المكثفات بعمق ، لفهم تكوينها. اكتشف المواد المعلمات الكهربائية. مزيد من تفكيك العلامات وتحليل التطبيق.

مكثف - ناز. جهاز يستخدم لجمع كمية صغيرة من المادة على السطح عدد كبيرالكهرباء بدون زيادة ملحوظة في جهد الكهرباء في الجسم. نفس الكمية من الكهرباء ، التي تُعطى لأجسام مختلفة ، ستسبب فيها زيادة غير متكافئة في الجهد ، تمامًا كما أن نفس كمية الحرارة سترفع درجة حرارة أجسام مختلفة بعدد مختلف من الدرجات. على العكس من ذلك ، من أجل زيادة الجهد (الإمكانات) لأجسام مختلفة بنفس المقدار ، هناك حاجة إلى كميات مختلفة من الكهرباء ، لبعض الأجسام الصغيرة جدًا ، والبعض الآخر كبير جدًا. يُقال عن الأجسام الأولى أن لها سعة كهربائية صغيرة ، بينما يُقال في الثانية أن سعتها الكهربية كبيرة جدًا. بشكل عام ، يتم تحديد السعة الكهربائية للجسم من خلال عدد وحدات الكهرباء - كولوم ، والتي يجب أن تُعطى للجسم من أجل زيادة إمكاناته بوحدة واحدة. الجهد الكهربائي- واحد فولت. لذلك ، يتم أخذ سعة الجسم كوحدة من السعة الكهربائية ، والتي يجب أن ترتبط بها قلادة واحدة لزيادة قدرتها بمقدار فولت واحد. سميت وحدة السعة هذه باسم فاراد تكريما للعالم الإنجليزي فاراداي. لذلك ، إذا كان من الضروري إعطاء بعض الجسم n كولوم من أجل زيادة إمكاناته بمقدار 1 فولت ، 2 ن - لزيادته بمقدار 2 فولت ، وما إلى ذلك ، فإن سعة هذا الجسم ستكون ن فاراد. تعتمد قدرة كل جسم على شكله الهندسي وعلى أبعاده ، ولكنها لا تعتمد في أقل تقدير على المادة التي يتم تحضيرها منها أو على كتلة الجسم. لذا ، فإن سعات كرة الرصاص والألومنيوم من نفس القطر ، سواء كانت ضخمة أو مجوفة ، متساوية ، لكن سعة كرة الرصاص ستتغير عندما نتسطح كتلتها ونعطيها شكل إهليلجي. لا يوجد قانون عام يعطي ببساطة علاقة بين شكل وحجم الجسم وقدرته. أبسط قانون يتبعه كرة تتناسب سعتها مع نصف قطرها. باستخدام هذا ، من الممكن أخذ سعة الكرة التي يبلغ نصف قطرها 1 سم كوحدة للسعة ، وتسمى وحدة السعة هذه الوحدة النظرية المطلقة وهي أقل بمقدار 900000000000 مرة من فاراد واحد. من هذا نرى أنه من أجل سعة 1 فاراد ، ستكون هناك حاجة إلى كرة نصف قطرها 9 ملايين كيلومتر ، أي بقطر 7 أضعاف قطر الشمس. من الناحية العملية ، يُؤخذ المليون من فاراد كوحدة سعة - واحد ميكرو فاراد ، وهو بالتالي أكبر بمقدار 900000 مرة من الوحدة النظرية. كهربائي سعة الوعاء ، يساوي الأرض، يساوي 708 ميكروفاراد. تعتمد قدرة الهيئات ، بالإضافة إلى:

1) من طبيعة الوسط غير الموصّل المحيط بالجسم. كل ما سبق ينطبق على الحالة التي يكون فيها الجسم في فراغ (أو تقريبًا في الهواء). إذا كان الجسم محاطًا بعازل كهربائي آخر ، فإن سعته ستكون أكبر أو أقل من الفراغ ؛ الرقم الذي يعطي نسبة سعة الجسم في عازل معين إلى سعة نفس الجسم في فراغ يسمى ثابت العزل لهذه المادة. جميع العوازل الصلبة والسائلة لها ديال. الثابت أكبر من الهواء الذي يختلف قليلاً عن الوحدة.

2) من التواجد في محيط الجثة مع مراعاة وجود أجسام أخرى لها كهرباء مختلفة. محتمل. وبالتالي ، فإن كل ما قيل أعلاه ينطبق بدقة تامة فقط على حالة جسم موصل واحد محاط بوسط عازل لانهائي. تزداد سعة الأجسام بشكل كبير إذا تم تقريب أجسام أخرى موصلة لها ، خاصة الأجسام التي دائمًا ما يكون لها احتمال الصفر ، أي متصل بالأرض. ستكون الزيادة في السعة أكبر ، وكلما اقتربت هذه الأجسام من الجسم المشحون وكلما أحاطت به بشكل كامل. لذا ، إذا أردنا إعطاء سعة كبيرة جدًا لأي جسم ، فعلينا أن نضعها في وسط به ثابت عازل كبير ، وربما بالقرب منه ، نضع جسمًا آخر متصلًا بالأرض. هذا المزيج من الموصلات يسمى مكثف. في أبسط أشكالها ، K. عبارة عن لوحين معدنيين A و B ، قريبان جدًا من بعضهما البعض ويفصل بينهما نوع من الطبقة العازلة (الألواح): يتم شحن A. بواسطة الكهرباء من مصدر ثابت (سيارات ، بطاريات) ودعا. جامع ، و B متصل بالأرض ويسمى. مثخن. إذا كانت A مشحونة بالكهرباء الموجبة ، فسيتم تحفيز الكهرباء السالبة على B ؛ إذا قمت بعد ذلك بفصل الاتصال B بالأرض ، فقم II بتوصيل A و B بموصل ، ثم يتم تفريغ K. تعتمد سعة المكثف على شكل وحجم المجمع والمكثف ، وعلى بعدهما وعلى ثابت العزل للوسيط الموجود بينهما. في بعض الحالات الأبسط ، يمكن حساب السعة K.

1) تمثل الألواح سطحين كرويين متحد المركزين قريبين جدًا ، أو لوحين لانهائيين قريبين جدًا من بعضهما البعض. إذا كانت المسافة بين الألواح 1 (سم) ، فإن سطح المجمع هو S "(سم مربع) ، فإن السعة C تساوي microfarads ، حيث K هو ثابت diel للوسيط ، و (النسبة من المحيط إلى القطر (p = 3.1416) على سبيل المثال ، K من لوحين بمساحة 1 متر مربع ، مفصولة بلوحة زجاجية (K = 5) من 1 مم ، بسعة حوالي 1/23 ميكروفاراد. إذا كانت اللوحات لها نسبيًا حجم صغير ، فهذه الصيغة صحيحة تقريبًا ؛ تم تقديم صيغ أكثر دقة لهذه الحالة بواسطة Kirchhoff و Maxwell. 2) تمثل الألواح أسطوانتين متحدتين المركز من نصف قطر R1 و R2 (بالسنتيمتر) مفصولة بوسيط به ثابت كهربي K. ثم السعة هي microfarads حيث يشير lg إلى الطبيعي نابير لوغاريتم. هذه الحالة مهمة جدًا في الممارسة العملية ، حيث إنها قابلة للتطبيق مباشرة على كبلات التلغراف البحرية ، التي تتكون من قلب داخلي محاط بـ gutta-percha محمي بدروع معدنية. يعمل الوريد كمجمع ، ويعمل الدرع الملامس للماء كمثخن. مائة كيلومتر من هذا الكبل بنواة 2 مم. نصف قطر و 4 ملم. نصف القطر الخارجي ، المعزول بـ guta-percha (K = 2.5) ، لديه قدرة حوالي 20 ميكروفاراد. السعة الكبيرة للكابلات الطويلة هي العقبة الرئيسية أمام النقل السريع للإشارات عبر كبل بحري .3) أحد البطانات عبارة عن سلك نصف قطره r (vcm) ، والآخر عبارة عن مستوى لانهائي متباعد عن محور السلك بمقدار hcm. إن سعة مثل K. من الطول L (سم) تساوي microfarads ، ويمثل هذا النوع K بسلك تلغراف ممتد فوق الأرض. الكيلومتر من السلك 4 مم ، ممتد على ارتفاع 10 أمتار. من الأرض ، تبلغ السعة (K للهواء = 1) حوالي 0.012 ميكروفاراد. من أجل الحصول على بطاريات ذات سعة عالية جدًا ، يتم أحيانًا توصيل عدة بطاريات في بطارية واحدة على التوازي ، أي يأخذون سلسلة كاملة من K. (يتم تصوير K. بشكل تخطيطي ومجازي ، يمثل مثخنًا ، وخطًا مستقيمًا متضمنًا فيه ، يصور جامعًا) ويربطون جميع المجمعات معًا بموصل واحد ، وجميع المكثفات مع آخر . يتم شحن مثل هذه البطارية على أنها واحدة K. وسعتها تساوي مجموع قدرات الفرد K. ، ومع ذلك ، إذا كانت البطارية K. متصلة في سلسلة ، أو ، كما يقولون ، في سلسلة ، ثم ستكون سعة البطارية أقل بعدة مرات من سعة واحد ك ، كما هو الحال في بطارية كل ك. آلة كهربائية أو بطارية كلفانية ، ولوحة سميكة مع الأرض أو مع قطب آخر من الجهاز ، أو البطارية. يشحن تدفق الكهرباء تدريجيًا K. إذا كانت سعة K. هي C ، ويتم شحنها بواسطة بطارية بفرق جهد في القطبين E ، و R هي مقاومة الدائرة بأكملها إلى جانب K. ، ثم بعد t ثانية بعد إغلاق الدائرة ، يتدفق تيار الشحن خلالها بقوة وفرق محتمل عند المشابك ، تساوي K. في هذه اللحظة حيث e هي قاعدة لوغاريتمات Neper (e \ u003d 2.718) ، يتم التعبير عن الوقت بـ ثواني ، قيم V و E بالفولت ، R بالأوم ، C بالفاراد. من هذا يمكن أن نرى أنه ، من الناحية النظرية ، تستغرق K. وقتًا طويلاً لشحنها ، و V لا تصبح أبدًا مساوية لـ E. ولكن بالفعل بعد فترة زمنية قصيرة جدًا ، يصبح الفرق V - E صغيرًا للغاية. الفرق بين V و E يساوي - من E بعد الوقت t = Crlog n ، على سبيل المثال ، مع مكثف 10 ميكرو فاراد في دائرة مقاومة 10 أوم ، ستختلف الشحنة عن الشحن الكامل بمقدار 0.1 بعد 0.00023 ثانية ، و واحد بالألف بعد 0.00069 ثانية. يشحن بهذه الطريقة ، يحتوي K. على كمية معينة من الطاقة المخزنة فيه ، والتي تم إنفاق تكوينها في عمل CG. - م ، حيث C هي السعة بالفاراد ، و V هو فرق الجهد بين الأسلاك بالفولت. عند تفريغها ، يتم إطلاق هذه الطاقة ويمكنها القيام بنفس العمل. يصاحب شحن K عدد من الظواهر التي تحدث داخل K. بين لوحاتها ، في العازل. تجذب الصفائح K. ، التي تكون مكهربة بشكل معاكس ، بعضها البعض بقوة تتناسب طرديا مع 1) مربع فرق الجهد الموجود بين الصفائح K. ، و 2) ثابت العزل للوسط. تعتمد طرق تحديد فرق الجهد والعازل على هذا الاعتماد والتحديد التجريبي لقوة الجذب هذه. ثابت. الوسيط العازل الموجود بين الألواح ، يخضع للعمل القوى الكهربائية، يخضع لبعض التغييرات التي تشير إلينا الدور المهم الذي تلعبه الوسيلة غير الموصلة في الظواهر الكهربائية. هذه الظواهر في البيئة هي كما يلي:

1) الشحنة المتبقية. أظهرت التجربة أنه بعد مرور بعض الوقت على تفريغ K. مع عازل صلب ، تصبح لوحاته مكهربة مرة أخرى بشكل ضعيف ويمكن ، عند الاتصال ، أن تعطي تفريغًا ضعيفًا جديدًا ، والذي يمكن أن يتبعه بعد فترة تصريفات ثالثة ورابعة ضعيفة بشكل متزايد ، الخ. ويعتقد أن هذه الظاهرة تعتمد على امتصاص الكهرباء بواسطة الطبقة العازلة وإطلاقها البطيء بعد التفريغ.

2) الكهرباء. عند الشحن ، ينخفض ​​حجم الطبقة العازلة بشكل طفيف ، كما هو موضح بواسطة Duter (1878) وآخرون ؛ بعد التفريغ ، يأخذ العازل حجمه السابق. سبب هذه الظاهرة ليس مفهوما تماما.

3) الانكسار المزدوج. يكتسب العازل الكهربي الشفاف ، كما أوضح كير (1875) ، خصائص الانكسار المزدوج بين ألواح الملف المشحون ، والذي يفقده بعد التفريغ ، ويمكن للملف المعزول تمامًا الاحتفاظ بشحنته لفترة طويلة جدًا. من أجل إنتاج تفريغ ، من الضروري توصيل البطانة K. مع موصل ، بينما يتم إطلاق الطاقة المتراكمة في K. يمكن أن يكون التفريغ K. إما عاديًا ، ويمثل تدفقًا بسيطًا وسريع الضعف للكهرباء ، وبالتالي ، ظاهرة معكوسة للشحنة ، أو متذبذبة ، اعتمادًا على خصائص الدائرة التي يمر بها التفريغ. يمكن للطاقة المنبعثة أثناء التفريغ القيام بعمل ، سواء في شكل ضوء وحرارة ، أو إجراءات ميكانيكية أو كيميائية. التأثيرات الضوئية على شكل شرارة وتأثيرات حرارية على شكل تسخين الهواء أو مسار التفريغ المعدني تصاحب دائمًا ظاهرة التفريغ. تتجلى الإجراءات الميكانيكية في شكل اختراق طبقة عازلة توضع بين كرتين متصلتين بألواح K في بعض الأحيان ، عندما يتم شحن K. لإمكانات عالية جدًا ، فإن العازل نفسه يخترق بين صفائح K. وهذا الأخير يصبح غير قابل للاستخدام. لا تختلف التأثيرات الكيميائية الضعيفة الناتجة عن التفريغ بشكل أساسي عن تلك الناتجة عن الجلفنة. حاضِر؛ تتسبب الإجراءات الفسيولوجية التي يتم الكشف عنها عند مرور إفرازات K. عبر جسم شخص أو حيوان بألم شديد ، ويمكن أن تسبب الطاقة المشحونة الكافية ضررًا للصحة وحتى الموت. عادة ما تعطي K. في الممارسة العملية شكل إما جرار Leiden أو تلك الصفائحية. تتكون هذه الأخيرة عادة من عدد من الصفائح المعدنية الرقيقة الموضوعة بطبقة عازلة رقيقة من الورق المشمع أو المشمع ، والميكا ، والإبونيت ، إلخ. تتصل الصفائح الزوجية b و d و f و h معًا وتشكل بطانة واحدة ، والأخرى أ ، ج ، هـ ، ز - أخرى. في بعض الأحيان ، إذا كان يجب أن يخدم K. في اختلافات محتملة كبيرة جدًا ، فإنه مغمور تمامًا في علبة من الزيت. K. لديها العديد من التطبيقات في العلوم ، ومؤخرا في التكنولوجيا. في عمل تجريبيفي الكهرباء الساكنة ، غالبًا ما يتم استخدامها لتجميع كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية ، كما يتم تطبيقها أيضًا على المجهرات الكهربائية لزيادة حساسية هذا الأخير ، في ملفات Ruhmkorff ، إلخ. في دائرة التيار المباشر ، لا تمثل الدارات القصيرة ظاهرة خاصة ، لكنها تقدم ظواهر رائعة جدًا في دائرة التيار المتناوب. في دائرة التيار المتردد ، لا يقاطع K. ، المتضمن في الدائرة ، التيار ويعمل فقط كمقاومة ، مما يضعف قوة التيار ؛ في حالات أخرى (في الدائرة ، يمكن للموصلات ذات الحث الذاتي) زيادة القوة الحالية. أدخل الاستخدام المتزايد باستمرار للتيارات المتناوبة استخدام K. في الممارسة التقنية. نظرية K. وتطبيقاتها ، انظر: الأستاذ. أنا. برجمان ، "أسس عقيدة الكهرباء و الظواهر المغناطيسية"(سانت بطرسبرغ ، 1893) وتي جي بلاكسلي ،" المتغيرات التيارات الكهربائية"(سانت بطرسبرغ ، 1894).

1. الجسم الرئيسي

مواد

الميكا - مجموعة من المعادن - سيليكات الألمنيوم ذات البنية متعددة الطبقات مع الصيغة العامة R1R2-3 (OH ، F) 2 ، حيث R1 = K ، Na ؛ R2 = Al، Mg، Fe، Li يتمثل العنصر الرئيسي في بنية الميكا في حزمة من ثلاث طبقات من طبقتين رباعي السطوح بينهما طبقة ثماني السطوح ، تتكون من كاتيونات R2. يتم استبدال اثنتين من ذرات الأكسجين الست في ثماني الأوجه بمجموعات الهيدروكسيل (OH) أو الفلور. ترتبط الحزم بهيكل مستمر من خلال أيونات K + (أو Na +) برقم تنسيق 12. يختلف الميكا ثنائي الاوكتاهدرا وثلاثي الاوكتاهدرا في عدد الكاتيونات الاوكتاهدرا في الصيغة الكيميائية: الكاتيونات Al + تشغل اثنين من الاوكتاهدرا الثلاثة ، تاركة واحدة فارغة ، بينما يحتل Mg2 + و Fe2 + و Li + مع Al + جميع الثماني وجوه. تتبلور الميكا في نظام أحادي الميل (شبه زائف). يرجع الترتيب النسبي للخلايا السداسية لأسطح الحزم ثلاثية الطبقات إلى دورانها حول المحور c بزوايا مختلفة ، ومضاعفات 60 درجة ، بالإضافة إلى التحول على طول محوري a و b للخلية الأولية. يحدد هذا وجود الميكا متعدد الأشكال (متعدد الأنواع) التي يمكن تمييزها إشعاعيًا. تعد أشكال التماثل أحادية الميل شائعة.

بواسطة التركيب الكيميائيتميز مجموعات الميكا التالية. ميكا الألومنيوم:

المسكوفيت KAl2 (OH) 2 ، باراغونيت NaAl2 (OH) 2 ، مغنيسيان-حديدوي S:

phlogopite KMg3 (OH ، F) 2 ، lepidomelane Kfe3 (OH ، F) 2 ؛

الليثيوم:

ليبيدوليت Kli2-xAl1 + x (OH. F) 2 ، zinnwaldite KLiFeAl (OH ، F) 2

تاينيولايت KLiMg2 (أوه ، و) 2.

هناك أيضًا ميكا الفاناديوم - roscoelite KV2 (OH) 2 ، والميكا الكروم. - المسكوفيت الكروميك ، أو الفوشسيت ، إلخ. تظهر البدائل المتشابهة على نطاق واسع في الميكا: يتم استبدال K + بـ Na + ، Ca2 + ، Ba2 + ، Rb + ، Cs + ، إلخ ؛ Mg2 + و Fe2 + للطبقة الاوكتاهدرا - Li + ، Sc2 + ، Jn2 + ، إلخ ؛ تم استبدال Al3 + بـ V3 + و Cr3 + و Ti4 + و Ga3 + وما إلى ذلك. لوحظ الحديدوز. في طبقات رباعي السطوح ، يمكن استبدال Si4 + بـ Al3 + ، ويمكن لأيونات Fe3 + استبدال رباعي السطوح Al3 + ؛ يتم استبدال مجموعة الهيدروكسيل (OH) بالفلور. تحتوي S. غالبًا على عناصر نادرة مختلفة (Be، B، Sn، Nb، Ta، Ti، Mo، W، U، Th، Y، TR، Bi) ؛ غالبًا ما تكون هذه العناصر في شكل شوائب معادن دون مجهرية: كولومبيت ، ولفراميت ، وحجر القصدير ، والتورمالين ، وما إلى ذلك. عندما يتم استبدال K + بـ Ca2 + ، تتشكل معادن المجموعة المزعومة. الميكا الهشة - مارغريت CaAl2 (OH) 2 ، وما إلى ذلك ، أكثر صلابة وأقل مرونة من الميكا نفسها. عندما يتم استبدال كاتيونات الطبقة البينية بـ H2O ، يتم ملاحظة الانتقال إلى hydromicas ، وهي مكونات أساسية لمعادن الطين. عواقب البنية الطبقية للميكا والارتباط الضعيف بين الحزم: المظهر الرقائقي للمعادن ، الانقسام التام (الأساسي) ، القدرة على الانقسام إلى أوراق رقيقة للغاية تحافظ على المرونة والمرونة والقوة. يمكن توأمة بلورات الميكا وفقًا "لقانون الميكا" مع مستوى النمو الداخلي (001) ؛ غالبًا ما تحتوي على مخططات سداسية زائفة. صلابة على مقياس معدني 2.5-3 ؛ الكثافة 2770 كجم / م 3 (موسكوفيت) ، 2200 كجم / م 3 (فلوجوبيت) ، 3300 كجم / م 3 (البيوتايت). المسكوفيت والفلوجوبيت عديم اللون وشفافان في ألواح رقيقة ؛ ظلال من اللون البني والوردي ، زهور خضراءبسبب شوائب Fe2 + ، Mn2 + ، Cr2 + ، إلخ. الميكا الحديدية هي بنية ، بنية ، خضراء داكنة ، سوداء ، اعتمادًا على محتوى ونسبة Fe2 + و Fe3 +. الميكا هي واحدة من أكثر المعادن المكونة للصخور شيوعًا من الصخور المتطفلة والمتحولة والرسوبية ، فضلاً عن كونها معدنًا مهمًا.

هناك ثلاثة أنواع من الميكا الصناعية:

ورقة الميكا

الميكا الجميلة

الخردة (نفايات إنتاج صفائح الميكا)

من النادر وجود رواسب صناعية من صفائح الميكا عالية الجودة. تنخفض المتطلبات الصناعية لألواح الميكا إلى كمال البلورات وحجمها ؛ لغرامة الميكا - نقاء مادة الميكا. تم العثور على بلورات كبيرة من المسكوفيت في بيغماتيت الجرانيت (منطقة Mamsko-Chuysky في منطقة إيركوتسك ، منطقة Chupino-Lukhsky في Karelian ASSR ، منطقة Ensko-Kolsky في منطقة مورمانسك - في الاتحاد السوفياتي ، ودائع الهند والبرازيل والولايات المتحدة الأمريكية). تقتصر رواسب Phlogopite على كتل من الصخور الفائقة القاعدة والقلوية (Kovdorskoye في شبه جزيرة Kola) أو صخور ما قبل الكمبري المتحول بعمق من تكوين الكربونات الأولية (الدولوميت) (منطقة Aldan mica الحاملة من Yakut ASSR ، منطقة Slyudyansky على بحيرة بايكال في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ) وكذلك النيس (كندا وجمهورية مدغشقر). تعتبر المسكوفيت والفلوجوبيت من المواد العازلة الكهربائية عالية الجودة التي لا غنى عنها في الهندسة الكهربائية والراديو وهندسة الطائرات. ترتبط رواسب الليبيدوليت ، أحد المعادن الصناعية الرئيسية لخامات الليثيوم ، بالبجماتيت الجرانيتية من نوع الليثيوم الصودا. في صناعة الزجاج ، يتم تصنيع الزجاج البصري الخاص من lepidolite.

السيراميك (الكيراميك اليوناني - الفخار ، من الكيراموس - الطين) ، المنتجات والمواد التي يتم الحصول عليها عن طريق تلبيد الطين وخلائطه مع الإضافات المعدنية ، وكذلك الأكاسيد والمركبات غير العضوية الأخرى. أصبح السيراميك منتشرًا في جميع مجالات الحياة - في الحياة اليومية (الأواني المختلفة) ، البناء (الطوب ، البلاط ، الأنابيب ، البلاط ، البلاط ، التفاصيل النحتية) ، في التكنولوجيا ، في السكك الحديدية ، المياه و النقل الجويفي النحت والفنون التطبيقية. الأنواع التكنولوجية الرئيسية للسيراميك هي التيراكوتا والمايوليكا والخزف والكتلة الحجرية والخزف. يعكس الخزف ، في أفضل الأمثلة ، الإنجازات العالية للفن على مر العصور والشعوب. بعد ذلك ، أريد أن أغمرك في القليل من التاريخ ...

مخطط تاريخي

استخدم الإنسان مرونة الطين في فجر وجوده ، وكانت منحوتات البشر والحيوانات ، التي عُرفت بالعصر الحجري القديم ، أول منتجات الطين تقريبًا. الخزف يعزو بعض الباحثين المحاولات الأولى لخبز الصلصال إلى العصر الحجري القديم المتأخر. لكن إطلاق النار على نطاق واسع لمنتجات الطين من أجل منحها الصلابة ومقاومة الماء ومقاومة الحريق بدأ يستخدم فقط في العصر الحجري الحديث (حوالي 5 آلاف سنة قبل الميلاد). يعتبر إتقان إنتاج السيراميك من أهم الإنجازات الإنسان البدائيفي النضال من أجل الوجود: طهي الطعام في أواني فخارية جعل من الممكن توسيع نطاق المنتجات الصالحة للأكل بشكل كبير. مثل غيره من الاكتشافات المماثلة (على سبيل المثال ، استخدام النار) ، فإن السيراميك ليس اختراعًا لأي شخص أو شخص واحد. تم إتقانها بشكل مستقل عن بعضها البعض في اجزاء مختلفةعندما تهبط مجتمع انسانيوصلت إلى المستوى المناسب من التنمية. لم يستبعد هذا التأثيرات المتبادلة في المستقبل ، ونتيجة لذلك أصبحت أفضل إنجازات الشعوب والأفراد السادة ملكية مشتركة. تم تغيير وتحسين طرق معالجة الطين للحصول على السيراميك ، وكذلك إنتاج المنتجات نفسها ، وفقًا لتطور القوى الإنتاجية للشعوب. إن انتشار الخزف وأصالة أنواعه بين الشعوب المختلفة في العصور المختلفة ، ووجود الحلي والعلامات التجارية ، وغالبًا ما تكون النقوش على الخزف تجعله مهمًا مصدر تاريخي. لعبت دورًا مهمًا في تطوير الكتابة (المسمارية) ، والتي تم الحفاظ على الأمثلة الأولى منها بلاط السيراميكفي النهرين.

في البداية ، كان النوع الرئيسي من السيراميك هو أواني تخزين الإمدادات وطهي الطعام. عادة ما يتم وضع الأوعية بين أحجار الموقد ، حيث يكون القاع البيضاوي أو المستدير أكثر ملاءمة ؛ لتسهيل إطلاق النار ، تم تغطية الجدران السميكة بزخارف ذات مسافة بادئة ، والتي كانت منذ البداية أيضًا ذات أهمية جمالية وعبادة مهمة. بدءًا من العصر الحجري الحديث (الألف الثالث إلى الثاني قبل الميلاد) ، ظهرت اللوحة على منتجات السيراميك. تم تطوير أشكال الأطباق وفقًا لاحتياجات الحياة اليومية (على سبيل المثال ، يتطلب الانتقال إلى نمط حياة مستقر أوعية ذات قاع مسطح ، تتكيف مع الجزء السفلي المسطح للموقد والطاولة ؛ الشكل الغريب للأواني السلافية ناتج عن خصائص الطبخ في الموقد ، عند تسخين الوعاء من الجانب) والتقاليد الفنية للشعوب. كان لكل منهم أوقات مختلفةالأشكال المفضلة لديهم من الأواني ، وموقع وطبيعة الزخارف ، وطرق معالجة السطح ، والتي إما تركتها القوام الطبيعي وألوان الطين ، أو مصقولة ، وتغير لونها بالحرق التصالحي ، والمطلية ، والمغطاة بالبطانة والتزجيج.

مساكن طينية من ثقافة تريبيلا. (الألفية الرابعة والثالثة قبل الميلاد) ، المحترقة بالخارج بالنيران والمطلية ، هي أول مثال على استخدام السيراميك كمواد بناء. مع تطور تكنولوجيا تعدين المعادن ، أصبح السيراميك ضروريًا أيضًا في علم المعادن (فوهات التشكيل ، والبوتقات ، وقوالب الصب ، و lyachki). في البداية ، تم تشكيل الفخار يدويًا وإطلاقه على وتد أو في فرن منزلي. في وقت لاحق ، في مجتمع طبقي بالفعل ، ظهر الخزافون الذين استخدموا عجلة الخزاف (أو المنتجات المطبوعة في شكل خاص) وصناعة الخزاف. لم تكن شعوب أمريكا قبل ظهور الأوروبيين تعرف عجلة الخزاف ، ومع ذلك ، كان لديهم أيضًا إنتاج أصلي من السيراميك (يعود تاريخ أقدم المنتجات إلى مطلع الألفية الثالثة والثانية قبل الميلاد). خصوصاً تنمية عاليةوصلت إلى المايا والإنكا والأزتيك ، الذين صنعوا العديد من الأواني المنزلية والدينية والأقنعة والتماثيل وما إلى ذلك. تمت تغطية بعض المنتجات بلوحات زاهية. في مصر القديمة وبابل وغيرها من البلدان القديمة في الشرق الأوسط ، بدأوا لأول مرة في تغطية الأطباق الاحتفالية بالزجاج الملون واستخدام الطوب للمباني (في البداية خام ، ثم احترق لاحقًا). تم استخدام الطوب والبلاط المزجج لتزيين المباني في مصر وإيران القديمة.

عرفت الحضارات الهندية القديمة مجموعة متنوعة من الأواني المرسومة ، على غرار أطباق بلاد ما بين النهرين ، والبلاط الآجر لأرضيات الرصف ، والتماثيل ، والألواح ذات النقوش. في الصين القديمة في الألفية الثانية إلى الأولى قبل الميلاد. صُنعت الأطباق المزججة والأواني الفردية من الطين الأبيض عالي الجودة - الكاولين ، الذي ظهر في الألفية الأولى بعد الميلاد. أصبحت مادة أول منتجات تشبه الخزف ، ثم الخزف الحقيقي.

يحتل الخزف اليوناني القديم مكانًا مهمًا في تاريخ الخزف ، والذي كان له تأثير كبير على العديد من الشعوب. كانت مشهورة بشكل خاص كانت متنوعة (20 نوعًا) وأطباق ذات شكل مثالي. كانت الأواني الاحتفالية مزينة عادةً بلوحات أنيقة غير متعددة الألوان حول الموضوعات الأسطورية واليومية (ما يسمى بالرسم الأسود والرسم الأحمر على المزهريات). من الأمثلة الرائعة على المنحوتات الصغيرة تماثيل الطين ، التي كان مركز الإنتاج الرئيسي لها تاناغرا.

التفاصيل المعمارية من الطين ، والبلاط ، أنابيب المياهأنتج على شكل اليونان القديمة، وكذلك في روما القديمة، حيث تطور إنتاج الطوب على وجه الخصوص ، من خلاله الهياكل المعقدة(على سبيل المثال ، أقبية السقف ، وامتدادات الجسور ، والقنوات المائية). تم طباعة الأواني الاحتفالية الرومانية في الغالب بأشكال خشبية أو خزفية ، ونُحت عليها زخرفة بارزة ومغطاة بالورنيش الأحمر. بين الرومان والإتروسكان ، وصل إنتاج أواني الدفن الخزفية - الجرار ، المعروفة أيضًا للعديد من الشعوب الأخرى التي تلتزم بطقوس حرق الجثث ، إلى ذروتها. تم تزيين الجرار الأترورية والرومانية بصور منحوتة (على سبيل المثال ، مشاهد الأعياد). تبع تقاليد الخزف الروماني بشكل رئيسي إنتاج الخزف البيزنطي ، والذي ، مع ذلك ، شهد أيضًا تأثير الشرق الأوسط (خاصة في زخرفة سطح الأواني وفي هندسة السيراميك). بالفعل من 6 ج. توقف الحرفيون البيزنطيون عن استخدام اللك الأحمر منذ القرن التاسع. بدأت في صنع الأطباق بزخرفة بارزة تصور الحيوانات والطيور ومغطاة بطبقة شفافة. الطوب البيزنطي المربّع الرقيق - أثرت "بلينفا" على إنتاج الطوب في القديمة روس.

في روس القديمة من القرن العاشر. تم صنع أطباق مختلفة على عجلة الخزاف ، وكانت بعض الأواني مغطاة بطلاء أخضر. كما تم تزجيج بلاط الأرضيات والألعاب. على الأطباق والطوب ، تم العثور على علامات الماجستير ، من بينها أسماء ستيفان وياكوف. بعد التراجع الناجم عن الغزو المغولي التتار ، انتعش إنتاج السيراميك في القرنين الرابع عشر والخامس عشر. كان مركزها الرئيسي هو Goncharnaya Sloboda في موسكو (في منطقة شارع فولودارسكي الحديث) ، حيث بحلول القرن السابع عشر. كانت هناك بالفعل ورش عمل كبيرة إلى حد ما مثل المصانع التي تنتج الأطباق (16 نوعًا) ولعب الأطفال والمصابيح ومحبرة ، الات موسيقيةمن القرن الثامن عشر. - أنابيب تدخين. تُعرف أيضًا شواهد القبور الخزفية المزججة في أرض بسكوف. كانت مواد البناء الرئيسية هي الطوب والبلاط والبلاط والأنابيب ؛ منذ القرن السادس عشر ظهرت مصانع الطوب القيصرية وأول معيار "لبنة كبيرة للسيادة". لتزيين واجهات المباني والديكورات الداخلية ، تم صنع البلاط - الطين والمزجج (أخضر - "مسبق" ومتعدد الألوان - "مبدئي"). في القرن السابع عشر من المعروف أن الأساتذة بيوتر زابورسكي وستيبان إيفانوف وإيفان سيمينوف وستيبان بوتكييف وغيرهم ممن عملوا في موسكو ، كما تم إنتاج البلاط في ياروسلافل ومدن أخرى. من القرن الثامن عشر يتم استبدال البلاط المزخرف بأخرى ناعمة. تأثر اختيار قطع الصور بالمطبوعات الشعبية.

في عام 1744 ، تم تأسيس أول مصنع خزف مملوك للدولة في روسيا في سانت بطرسبرغ (الآن مصنع MV Lomonosov) ؛ في عام 1766 في فيربيلكي بالقرب من موسكو - مصنع خاص F.Ya. عامل الحديقة؛ في وقت لاحق ، نشأت العديد من الشركات الخاصة الأخرى ، كان أكبرها في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. مصانع الصلب MS كوزنتسوفا. إلى جانب إنتاج المصانع من البورسلين والبناء والخزف التقني ، تم الحفاظ على الإنتاج اليدوي من الخزف المنزلي والفني ، وكانت هناك عدة مناطق صناعية لها تقاليدها الخاصة (Gzhel ، Skopin ، وغيرها). لتطوير إنتاج السيراميك ، راجع المقالات مواد بناءالصناعة وصناعة الخزف والخزف.

أنواع المكثفات

مكثف السيراميك.

مكثف يكون عازله الكهربائي عبارة عن سيراميك يعتمد بشكل أساسي على تيتانات الزركونيوم (ZrTiO3) والكالسيوم (CaTiO3) والنيكل (NiTiO3) والباريوم (BaTiO3). في حالات خاصة ، يتم استخدام مكثف السيراميك على أساس Al2O3 ، SiO2 ، MgO ، إلخ. يتم تحديد سعة المكثف من جزء من بيكوفاراد إلى عدة ميكروفاراد. جهد التشغيل من عدة عشرات من الفولت إلى عشرات الكيلوفولت.

مكثف كهربائي ، نظام يتكون من قطبين أو أكثر (ألواح) مفصولة بعزل كهربائي ، سمكها صغير مقارنة بأبعاد الألواح ؛ مثل هذا النظام من الأقطاب الكهربائية له سعة كهربائية متبادلة. يتم استخدام المكثف الإلكتروليتي في شكل منتج نهائي في الدوائر الكهربائية حيث تكون السعة المركزة مطلوبة. المواد العازلة الموجودة فيه عبارة عن غازات وسوائل ومواد صلبة عازلة كهربائياً ، وكذلك أشباه الموصلات. تعتبر لوحات المكثف الكهربائي مع عازل غازي وسائل نظام من الصفائح المعدنية مع وجود فجوة ثابتة بينهما. في ذلك ، مع عازل صلب ، تصنع الألواح من رقائق معدنية رقيقة أو طبقات من المعدن توضع مباشرة على العازل. بالنسبة لبعض الأنواع ، يتم تطبيق طبقة رقيقة عازلة على سطح الرقاقة المعدنية (البطانة الأولى) ؛ اللوح الثاني عبارة عن فيلم معدني أو شبه موصل يتم ترسيبه على الطبقة العازلة على الجانب الآخر ، أو إلكتروليت يتم غمس الرقاقة المؤكسدة فيه. يتم استخدام نوعين أساسيين جديدين من المكثفات الإلكتروليتية في الدوائر المتكاملة: الانتشار وأشباه الموصلات ذات أكسيد المعادن (MOS). تستخدم مكثفات الانتشار سعة تقاطع pn الناتج عن الانتشار ، والتي تعتمد على الجهد المطبق. يستخدم MOS tipi طبقة من ثاني أكسيد السيليكون تنمو على سطح رقاقة سيليكون كعزل كهربائي. الألواح عبارة عن ركيزة ذات مقاومة منخفضة (سيليكون) وطبقة رقيقة من الألومنيوم.

الخصائص.

أدناه أخذت مثال محددمكثف السيراميك ، لأن في الممارسة العملية ، نستخدمها في أغلب الأحيان.

ميزات مكثف السيراميك

تعتبر المكثفات الخزفية عنصرًا طبيعيًا في أي دائرة إلكترونية تقريبًا. يتم استخدامها عند الحاجة إلى القدرة على العمل مع إشارات تغيير القطبية ، والاستجابة الجيدة للتردد ، والخسائر المنخفضة ، وتيارات التسرب المنخفضة ، والصغيرة أبعادومنخفضة التكلفة. عندما تتقاطع هذه المتطلبات ، لا غنى عنها تقريبًا. لكن المشاكل المرتبطة بتقنية إنتاجهم أعطت هذا النوع من المكثفات مكانًا مناسبًا للأجهزة منخفضة السعة. في الواقع ، كان يُنظر إلى مكثف سيراميك 10 ميكرو فاراد مؤخرًا على أنه غريب ومذهل ، ومثل هذه المعجزة مثل حفنة من الألومنيوم كهربائياً بنفس السعة والجهد ، أو العديد من التنتالوم المماثلة ، التكلفة.

ومع ذلك ، فقد سمح تطوير التكنولوجيا الآن للعديد من الشركات بالإعلان عن وصولها إلى سعة المكثفات الخزفية البالغة 100 ميكرو فاراد والإعلان عن بدء إنتاج أجهزة ذات تصنيفات أعلى في نهاية هذا العام. والانخفاض المستمر في أسعار جميع منتجات هذه المجموعة المصاحبة لهذه العملية يجعلنا نلقي نظرة فاحصة على العناصر النادرة بالأمس من أجل مواكبة التطورات تطور تقنيوابقَ قادرًا على المنافسة.

هيكل مكثف سيراميك متعدد الطبقات.

بضع كلمات عن التكنولوجيا. عند الحديث عن المكثفات الخزفية ، سننظر في الهياكل الخزفية متعددة الطبقات. يُظهر الهيكل والشكل الذي ستراه أدناه اقتطاعًا من منتج أحد رواد العالم في إنتاجهم - شركة يابانيةموراتا.

الشكل 2. قسم هيكل مكثف موراتا (موسع)



يتم تحديد سعة المكثفات الخزفية متعددة الطبقات بالصيغة:

.

de e0 - ثابت السماحيةمكنسة؛ e هو ثابت السماحية للسيراميك المستخدم كعزل ؛ S0 - منطقة نشطة لقطب كهربائي واحد ؛ ن هو عدد الطبقات العازلة ؛ د هو سمك الطبقة العازلة.

وبالتالي ، يمكن تحقيق زيادة في سعة المكثف عن طريق تقليل سمك الطبقات العازلة ، وزيادة عدد الأقطاب الكهربائية ، ومساحتها النشطة ، وزيادة ثابت العزل الكهربائي للعزل الكهربائي.

يعد تقليل سماكة العازل وإمكانية زيادة عدد الأقطاب الكهربائية هي الطريقة الرئيسية لزيادة سعة المكثفات الخزفية. لكن انخفاض سمك العازل يؤدي إلى انخفاض في جهد الانهيار ، لذلك نادرًا ما تكون المكثفات عالية السعة لجهد التشغيل العالي.

الزيادة في عدد الطبقات العازلة هي عملية مرتبطة تقنيًا بانخفاض سمك طبقة واحدة. يوضح الشكل التالي الاتجاهات التكنولوجية في السنوات الأخيرة في هذا المجال ، والتي قدمها موراتا.

الترابط بين سمك الطبقة العازلة وعدد طبقات المكثفات متعددة الطبقات.



الزيادة في المساحة النشطة لقطب واحد هي زيادة في الأبعاد الكلية للمكثف - وهي ظاهرة غير سارة للغاية تؤدي إلى زيادة حادة في تكلفة المنتج.

تؤدي الزيادة في ثابت العزل الكهربائي مع زيادة ملحوظة في السعة إلى تدهور كبير في ثبات درجة الحرارة واعتماد قوي للسعة على الجهد المطبق.

فكر الآن في إمكانيات وميزات استخدام المكثفات الخزفية عالية السعة. قبل بدء المناقشة ، يجدر الانتباه إلى المقترحات الموجودة بالفعل والخطط الأقرب لقادة الصناعة Murata و Samsung Electro-Mechanics ، الواردة في الجدول:



سيكون التطبيق الطبيعي لهذه المجموعة من المكثفات الخزفية عالية السعة هو استبدال مكثفات التنتالوم والألمنيوم لـ سطح جبلفي الدوائر لقمع التموجات ، وفصل المكونات الثابتة والمتغيرة للإشارة الكهربائية ، ودمج السلاسل. ومع ذلك ، من الضروري مراعاة الاختلافات الأساسية بين مجموعات الأجزاء هذه ، والتي ، في معظم الحالات ، تجعل من غير المجدي استبدال نوع المكثف الكهربائي "الجهد x الاسمي" بمكثف خزفي من نفس "الجهد x الاسمي" ". دعونا نفكر بإيجاز في الأسباب الرئيسية لذلك.

يتم تحديد خصائص تردد المكثفات من خلال اعتماد ممانعتها ومقاومة السلسلة المكافئة (ESR) على التردد. الاعتماد النموذجي من هذا النوع على مكثفات السيراميك والتنتالوم والألمنيوم موضحة في الأشكال أدناه.







وبالتالي ، لتوفير نفس المستوى من قمع التموج بتردد 1 ميجاهرتز مثل مكثف التنتالوم 10 ميكرو فاراد ، يمكن استخدام مكثف خزفي بسعة 1.0-2.2 ميكرو فاراد. من الواضح توفير مساحة على السبورة والمال.

تسمح مقاومة السلسلة المكافئة المنخفضة وما يرتبط بها من خسائر منخفضة بتحميل أعلى بكثير المكثفات الخزفيةمن تلك الإلكتروليتية ، دون التسبب في تسخين حرج للجزء ، على الرغم من أبعادها الكلية الأكثر تواضعًا. المنحنيات المقارنة لمكثفات التسخين ذات التيارات المتموجة بترددات مختلفة موضحة أدناه في الأشكال.

ميزة أخرى مهمة لمكثفات السيراميك هي قدرتها على الصمود على المدى القصير الفولتية العاليةالزائدة عدة مرات أعلى من تلك الاسمية. أولئك الذين اختاروا مكثفات التنعيم لتبديل مصادر الطاقة يعرفون مدى أهمية ذلك ، لأنه في لحظات بدء التشغيل والإغلاق ، يمكن توليد نبضات بسعة تصل إلى عدة قيم لجهد الخرج ، مما يجبر على الاستخدام من المكثفات الإلكتروليتية بهامش جهد كبير.

خصائص الجهد الانهيار المقارن لـ أنواع مختلفةتظهر المكثفات وفقًا لنتائج الاختبارات التي أجراها موراتا في الشكل:



الآن بضع كلمات عن الحزن. لكل مزاياها ، يتم تصنيع المكثفات الخزفية عالية السعة باستخدام عوازل كهربائية X7R / X5R و Y5V. هُم سمة مميزةهو اعتماد قوي على السماحية ومعها وفقًا لـ (1) والسعة على درجة الحرارة والجهد المطبق. تبعيات نموذجية من هذا النوع للمكثفات أنواع مختلفةهو مبين في الشكلين أدناه.

اعتماد درجة الحرارة على سعة المكثفات



اعتماد سعة المكثفات على الجهد المطبق



من بينها ، نرى أنه مع وجود متطلبات صارمة بدرجة كافية لاستقرار القيمة الاسمية ، على سبيل المثال ، في دوائر ضبط الوقت أو عند فصل المكونات الثابتة والمتغيرة ، يمكن التوصية فقط بالمكونات الخزفية ذات العازل الكهربائي X7R لاستبدال المكثفات الإلكتروليتية ، والتي قد يكون أكثر إثارة للاهتمام إذا أخذنا في الاعتبار نطاق درجة حرارة التشغيل المسموح بها - 55: + 125 درجة مئوية ، مما يسمح له بالعثور على التطبيق في كل من المعدات المصممة للعمل في الهواء الطلق في ظروف الشمال ، وفي تكنولوجيا السيارات ، مع متطلباتها الصارمة للحفاظ على الأداء في درجات حرارة عالية.

ومع ذلك ، بالنسبة لمكثف التنعيم ، فإن الثبات الاسمي ليس معلمة حاسمة. لذلك ، يمكن للمرء أن يعتمد على ارتفاع الطلب على الأجهزة بناءً على سيراميك Y5V الأقل استقرارًا ، والذي يمكن استخدامه للحصول على أجزاء ذات حجم وتكلفة أصغر.

تعليم المكثفات وتصنيفها

يمكن تصنيف المكثفات وفقًا لمعايير مختلفة. من الأفضل تصنيفها حسب نوع العازل الكهربائي. تحتوي الاختصارات ، التي تسمح لك بتحديد النوع الذي ينتمي إليه مكثف معين ، على ثلاثة عناصر.

العنصر الأول(حرف أو حرفان) يدل على مجموعة من المكثفات:

ك - مكثف ثابت

KT - مكثف ضبط ؛

KP - مكثف متغير.

العنصر الثاني- رقم يوضح نوع المكثفات:

1 - فراغ

2 - هواء

3 - مع عازل غازي ؛

4 - مع عازل صلب ؛

10 - سيراميك على الفولطيةحتى 1600 فولت ؛

15 - سيراميك للجهد المقنن 1600 فولت وما فوق ؛

20 - كوارتز

21 - زجاج

22 - سيراميك زجاجي ؛

23 - مينا زجاجية ؛

31 - ميكا منخفضة الطاقة ؛

32 - الميكا عالية الطاقة ؛

40 - ورق للجهد المقنن حتى 2 كيلو فولت مع بطانة رقائق معدنية ؛

41 - ورق بجهد مقنن 2 كيلو فولت وما فوق مع ألواح رقائق معدنية ؛

42 - ورق بألواح معدنية ؛

50 - رقائق الألومنيوم كهربائيا ؛

51 - التنتالوم احباط كهربائيا ، النيوبيوم ، وما إلى ذلك ؛

2 - حجم مسامي كهربائيا ؛

53 - أكسيد أشباه الموصلات.

54 - أكسيد فلز.

60 - هواء

61 - فراغ

71 - البوليسترين.

72 - البلاستيك الفلوري.

73 - البولي إيثيلين تيريفثالات ؛

75 - مجتمعة

76 - فيلم ورنيش ؛

77 - البولي.

العنصر الثالث- الرقم التسلسلي للمكثف المخصص أثناء التطوير.

وضع العلامات مكثف.

على المكثفات ذات الحجم الكبير بما فيه الكفاية ، يشار إلى النوع والسعة الاسمية والانحراف المسموح به للسعة عن النسبة المئوية الاسمية والجهد المقنن وعلامات الشركة المصنعة وشهر وسنة التصنيع. إذا كان المكثف من هذا النوعيتم إنتاج فئة دقة واحدة فقط ، ثم لا يتم وضع علامة على التفاوت. يشار إلى مجموعة TKE في الميكا وبعض المكثفات الأخرى.

لتمييز المكثفات ، يتم استخدام التعيينات التي أنشأتها GOST 11076-69 (ST SEV 1810-79). اعتمادًا على أبعاد المكثف ، يتم استخدام تسميات كاملة أو مختصرة (مشفرة). يجب أن يتكون التعيين الكامل للسعة الاسمية من قيمة السعة الاسمية وفقًا لـ GOST 2519-67 وتعيين وحدة القياس. يجب أن يتكون التعيين المشفر للسعة الاسمية من ثلاثة أو أربعة أحرف ، بما في ذلك رقمان أو ثلاثة أرقام وحرف. يشير رمز الحرف إلى المضاعف الذي يتكون من قيمة السعة. تشير الأحرف اللاتينية أو الروسية p أو P أو n أو N أو m أو M أو m أو I أو F أو F إلى العوامل 10-12 ، 10-9 ، 10-6 ، 10-3 ، 1 ، على التوالي ، لقيم السعة معبرا عنها بالفاراد. يتم استخدام هذه الأحرف كفاصلات عند تحديد قيم السعة الكسرية. على سبيل المثال،

5.6 pF - 5p6 أو 5P6 ؛

150 بكسل - 150 بكسل (عدد 15) أو 150 بكسل (M15) ؛

3.3 nF - 3n3 أو 3H3 ؛

2.2 فائق التوهج - 2 م 2 أو 2 م 2 ؛

150 فائق التوهج - 150 م (م 15) أو 150 م أو I150

وترد في الجدول 1 التسميات المشفرة للانحرافات المسموح بها عن السعة الاسمية.



* يتم ترميز انحرافات السعة المسموح بها في بيكوفاراد بنفس الحروف.

يتكون التعيين الكامل للجهد المقنن للمكثف من قيمة الجهد المقنن وفقًا لـ GOST 9665-77 وتعيين وحدة القياس (V - للجهد حتى 800 فولت ، كيلو فولت - للجهد 1 كيلو فولت وما فوق). يتم إعطاء التعيين المشفر للجهد المقنن للمكثفات في الجدول 2.



وترد التعيينات الكاملة والمشفرة للمجموعات وفقًا لاستقرار درجة حرارة الخزان في الجدول 3. لتمييز مجموعة TKE ، يتم أيضًا استخدام رمز اللون - الجسم مطلي بلون معين (الجدول 3) ، و قم بتمييز التغييرات المسموح بها في السعة مع تغيرات درجة الحرارة - رمز اللون على شكل نقطة من لون معين (الجدول 4).

للمكثفات الزجاجية والسيراميك + 0.012-0.01 و ± 0.01 على التوالي.



ملحوظة:

1. يمكن طلاء المكثفات بأي لون مع تمييزها بأحرف وأرقام أو علامتين متجاورتين (نقاط أو خطوط). في هذه الحالة ، يجب أن يكون لمكثفات المجموعات P100 و P33 و M47 و M750 و M1500 علامة لون تتوافق مع لون طلاء المكثف. بالنسبة للمجموعات الأخرى ، يجب أن يتوافق لون العلامة الأولى مع لون الطلاء ، والثاني مع اللون المشار إليه في عمود "لون العلامة". في الحالة الأخيرة ، يجب أن تكون مساحة العلامة الأولى ضعف مساحة الثانية تقريبًا.

2. يتم وضع العلامات على المكثفات الأنبوبية على جانب الإخراج من القطب الخارجي.

يتم تمييز التعيين المشفر للسعة الاسمية والانحرافات المسموح بها في السعة على المكثف بسطر واحد دون فصل الأحرف. في المكثفات الصغيرة ، قد يكون تعيين تحمل السعة على خط مختلف (تحت تسمية السعة الاسمية). يتم لصق التعيينات المشفرة للبيانات الأخرى بعد الحرف الذي يشير إلى الانحرافات المسموح بها في السعة ، بالطريقة التي حددها GOST أو TU للمكثفات المحددة.

في السنوات الاخيرةغالبًا ما يتم ترميز المكثفات بتاريخ التصنيع. توجد هذه التسميات بعد الرمز الرئيسي ويمكن أن تتكون إما من حرفين من الأبجدية اللاتينية ، أو حرف واحد ورقم عربي. الاتفاقياتالمخصصة لسنوات موضحة في الجدول.


دوائر دقيقة

2. التطبيق والتشغيل

عوامل التشغيل وتأثيرها

يتم تحديد الموثوقية التشغيلية للمكثفات في المعدات إلى حد كبير من خلال تأثير مجموعة من العوامل ، والتي بحكم طبيعتها يمكن تقسيمها إلى المجموعات التالية:

الأحمال الكهربائية (الجهد ، التيار ، الطاقة التفاعلية ، تردد التيار المتردد) ؛

الأحمال المناخية (درجة الحرارة المحيطة والرطوبة والضغط الجوي ، العوامل البيولوجيةإلخ.)

أحمال ميكانيكية (اهتزاز ، صدمة ، تسارع ثابت ، ضوضاء صوتية) ؛

تأثيرات الإشعاع (تدفق النيوترونات وأشعة جاما والإشعاع الشمسي وما إلى ذلك).

تحت تأثير هذه العوامل ، تتغير معلمات المكثفات. اعتمادًا على نوع ومدة الحمل ، تتكون انحرافات المعلمة من تغييرات قابلة للانعكاس (مؤقتة) وغير قابلة للعكس.

تحدث التغييرات العكسية في المعلمات بسبب التعرض قصير المدى للأحمال التي لا تؤدي إلى تغيير في خصائص المواد الإنشائية ولا تظهر إلا في ظل ظروف التحميل. بعد إزالة الحمل ، تأخذ معلمات المكثفات قيمًا قريبة من القيم الأولية.

الأحمال المناخية. تعتبر درجة الحرارة المحيطة والرطوبة من أهم العوامل التي تؤثر على موثوقية المكثفات ومتانتها وفترة صلاحيتها. يؤدي التعرض المطول لدرجات الحرارة المرتفعة إلى شيخوخة العازل ، ونتيجة لذلك تخضع معلمات المكثفات لتغييرات لا رجعة فيها. أخيرًا درجة الحرارة المسموح بهابالنسبة للمكثفات ، يتم تقييدها عن طريق تحديد أقصى درجة حرارة محيطة موجبة وحجم الحمل الكهربائي. استخدام المكثفات في ظروف تتجاوز هذه الحدود أمر غير مقبول ، حيث يمكن أن يتسبب في تدهور حاد في المعلمات (انخفاض مقاومة العزل والقوة الكهربائية ، وانخفاض في السعة ، وزيادة في ظل التيار وخسارة) ، وانتهاك ضيق التقاطعات ، تدهور العزل و خصائص الحمايةمواد الطلاء العضوية ومواد التأصيص ، وفي بعض الحالات يمكن أن تؤدي إلى فقد كامل لأداء المكثف.

إلى جانب درجة الحرارة الخارجية ، يمكن أن تتأثر المكثفات الموجودة في الجهاز بشكل إضافي بالحرارة الناتجة عن المنتجات الأخرى التي تسخن بشدة أثناء تشغيل الجهاز (مصابيح المولد والمعدِّل القوية ، والمقاومات ، وما إلى ذلك).

يمكن أن يكون التأثير الحراري على المكثفات مستمرًا ومتغيرًا بشكل دوري. يمكن أن يتسبب التغيير الحاد في درجة الحرارة في حدوث ضغوط ميكانيكية في المواد غير المتشابهة ، وانتهاكًا لضيق مفاصل اللحام ، وظهور التشققات ، والفجوات في أجزاء المكثف.

لمكثفات الأكسيد درجات الحرارة المنخفضةيزداد ظل الخسارة. جميع أنواع مكثفات الأكسيد التي تحتوي على سائل أو معجون بالكهرباء عند درجات حرارة أقل من 60 درجة مئوية غير قابلة للتشغيل عمليًا بسبب الانخفاض الحاد في السعة وزيادة في ظل الفقد.

عند تشغيل المكثفات في درجات حرارة شديدة الانخفاض (حتى 180 درجة مئوية تحت الصفر) ، بسبب زيادة هشاشة عدد من المواد الهيكلية ، قد تتدهور القوة الميكانيكية للمكثفات.

مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة ، يجب أن ينخفض ​​الجهد عبر المكثف. في ظروف الرطوبة العالية ، الخصائص الكهربائيةتتأثر المكثفات بغشاء الماء الذي يتكون على السطح (عملية الامتزاز) والامتصاص الداخلي للرطوبة بواسطة المادة العازلة (عملية الامتصاص). بالنسبة للمكثفات المختومة ، فإن عمليات الامتصاص هي الوحيدة المميزة. المكثفات التي لا تحتوي على فراغ ولكن مانع تسرب محكم قد يكون لها أيضًا اختراق داخلي للرطوبة.

يؤثر التعرض المطول للرطوبة العالية بشدة على التغيير في معلمات المكثفات غير المغلقة. الورق والورق المعدني غير المحكمين ، بالإضافة إلى مكثفات الميكا المضغوطة لديها أدنى مقاومة للرطوبة. يقلل تغلغل الرطوبة في المكثفات من مقاومة العزل (خاصة في درجات الحرارة المرتفعة) وقوة العزل ، ويزيد من فقدان الظل والسعة. من الخطورة بشكل خاص على المكثفات غير المغلقة التعرض المتزامن لفترات طويلة للرطوبة العالية والحمل الكهربائي. في الوقت نفسه ، بالنسبة للمكثفات الخزفية ذات فجوة بين الأقطاب الكهربائية المفتوحة ، من الممكن حدوث انخفاض في مقاومة العزل أو الانهيار الكهربائي بسبب هجرة أيونات المعادن للألواح (خاصة الفضة) على طول نهاية المكثف ، وبالنسبة للورق المعدني المكثفات ، تدمير الصفائح بسبب عمليات التحليل الكهربائي. بعد أن تظل المكثفات في الظروف المناخية العادية (خاصة بعد التجفيف) ، تتم إزالة الرطوبة الممتصة وتستعيد المكثفات المختومة تمامًا معاملاتها تقريبًا.

بالإضافة إلى التأثير المباشر على الخصائص الكهربائية للمكثفات ، فإن الرطوبة تسبب تآكل الأجزاء المعدنية والتجهيزات الملامسة للمكثفات ، وتسهل تطوير الفطريات القوالب المختلفة. يمكن أن يتسبب ظهور العفن في تغير اللون وتدمير الطلاء والعلامات الواقية ، وتدهور خصائص العزل للمواد العضوية ، ويساهم في تكوين طبقة من الرطوبة على المكثفات.

في المناطق البحرية ، يتم تعزيز التأثير الضار للرطوبة من خلال وجود الأملاح في الغلاف الجوي ، والتي هي جزء من مياه البحر ، مما يزيد من التوصيل الكهربائي للأسطح المبللة ، والمواد العازلة ، ويسهل ظروف التحليل الكهربائي وتآكل المعادن.

في المناطق الصناعية ، قد تحتوي الرطوبة المتكثفة على سطح المكثفات على محاليل الكبريت والمركبات العدوانية الأخرى التي تعزز الآثار الضارة للرطوبة.

مع انخفاض درجة الحرارة الخارجية داخل وحدات الجهاز ، يمكن تهيئة الظروف المواتية لتشكيل الصقيع والندى. لا يؤثر الصقيع والندى عمليًا على أداء المكثفات ذات الجهد المنخفض. ومع ذلك ، فإن وجود الرطوبة على سطح المكثفات أثناء الندى يمكن أن يزيد من الموصلية السطحية ويؤدي إلى انخفاض مقاومة العزل ، وللمكثفات عالية الجهد - إلى انخفاض في قوة العزل. بعد تبخر الندى ، تتم استعادة الخصائص الكهربائية للمكثفات. يعتمد وقت الاسترداد على الأبعاد والتصميم والسعة الحرارية والخصائص الأخرى للمنتج. تظل المكثفات التي تحتوي على أكسيد عازل تعمل بكامل طاقتها عند تعرضها للصقيع والندى.

لا تتأثر المكثفات بشكل مباشر اشعاع شمسيوالتساقط والرمل والغبار. ومع ذلك ، فإن الغبار والرمل يسهمان في تآكل الأجزاء المعدنية وتكوين العفن ، والدخول في الفجوات بين أجزاء الاحتكاك في مكثفات الضبط ، فإنها تسرع من تآكلها.

لا يؤثر الضغط المتزايد (حتى 3 ضغط جوي) بشكل كبير على تشغيل المكثفات. في الظروف ضغط منخفضتتناقص القوة الكهربائية للفجوة الهوائية ويتم إنشاء ظروف الأعطال والتداخل. لتجنب الأعطال ومضة كهربائية عند ضغط جوي منخفض ، من الضروري تقليل الجهد عبر المكثف. بالإضافة إلى ذلك ، عند انخفاض الضغط الجوي ، تتدهور إزالة الحرارة من المكثف ، وفي ظل ظروف الفراغ العالي (ضغط أقل من 1.3-106 باسكال) ، يمكن تسامي (تبخر) المواد الصلبة. في ظل ظروف الضغط المنخفض ، تتعرض مكثفات الأكسيد المتسربة مع سائل أو إلكتروليت فطري بسبب تبخر المكونات المتطايرة لفقدان شديد للإلكتروليت ، مما يقلل بشكل حاد من عمر الخدمة. يؤدي تدهور القوة الميكانيكية B مرونة المواد العضوية لمجموعة الختم بسبب التسامي إلى زيادة معدل فقدان الإلكتروليت.

الأحمال الميكانيكية

أثناء تشغيل المعدات ونقلها ، تتعرض المكثفات نوع مختلفالأحمال الميكانيكية: الاهتزاز ، الصدمات الفردية والمتعددة ، التسارع الخطي ، الأحمال الصوتية. أخطرها الاهتزازات والصدمات الأحمال.

يمكن أن يتسبب تأثير الأحمال الميكانيكية التي تتجاوز الحدود المسموح بها في حدوث انقطاع في الأسلاك والتوصيلات الداخلية ، وزيادة في تسرب تيار مكثفات الأكسيد ، وظهور تشققات في علب السيراميك والعوازل ، وانخفاض القوة الكهربائية ، وتغير في السعة المثبتة للمكثفات المضبوطة. يمكن أن تحدث مستويات عالية من القوى التدميرية عند تطبيق أحمال التأثير إذا كانت مكونات طيف النبضات الصدمية تتطابق مع ترددات الرنين الطبيعية للمكثف.

يمكن أن يتسبب تأثير الأحمال الميكانيكية على المكثفات الفراغية في حدوث تغيير في السعة ، متزامن مع تردد الاهتزاز 2R ولحظة أحمال التصادم. في مكثفات الأكسيد (خاصة مكثفات التنتالوم التي تحتوي على سائل إلكتروليت) ، أثناء التعرض لأحمال الاهتزاز والصدمات ، من الممكن حدوث ارتفاعات في تيار التسرب على المدى القصير بسبب التدمير المحلي لطبقة الأكسيد.

التعرض للإشعاع

يطرح تطوير الطاقة النووية واستكشاف الفضاء متطلبات استقرار العناصر المكونة (بما في ذلك المكثفات) للتأثير إشعاعات أيونية، فراغ عميق ودرجات حرارة منخفضة للغاية. يمكن أن يتسبب تأثير الإشعاع المؤين بشكل مباشر في حدوث تغيير في الخصائص الكهربائية والتشغيلية للمكثفات ، ويساهم في تسريع تقادم المواد الإنشائية مع التعرض اللاحق لعوامل أخرى. تعتمد طبيعة ومعدل تغيير المعلمات على جرعة الإشعاع وكثافته وطيف الطاقة الخاص به ويتم تحديدهما إلى حد كبير حسب نوع العازل الكهربائي وتصميم المكثف.

تختلف العمليات التي تحدث في المكثفات تحت تأثير الإشعاع المؤين اختلافًا جوهريًا عن عمليات الشيخوخة في الظروف الطبيعيةعملية. نتيجة للتعرض للإشعاع المؤين في المكثفات ، يمكن أيضًا أن تحدث ظواهر تؤدي إلى تغيرات عكوسة أو متبقية في معلماتها الكهربائية.

ترتبط التغييرات العكسية بعمليات تأين المواد العازلة للكهرباء والهواء ويصاحبها بشكل أساسي انخفاض حاد في مقاومة العزل وزيادة في تيار التسرب بسبب تكوين شحنات سطحية وداخلية موزعة على الفضاء. كما يزداد ظل الخسارة ، خاصة عند ترددات منخفضة. بعد إنهاء التشعيع ، تتم استعادة مقاومة العزل (تيار التسرب لمكثفات الأكسيد) في معظم الحالات. يعتمد وقت الاسترداد على نوع العازل والجرعة وقوة الإشعاع.

ترتبط التغييرات المتبقية في المعلمات بشكل أساسي بانتهاكات ثابتة لهيكل عازل العمل ، بالإضافة إلى مواد الحماية والوعاء. عند التعرض للإشعاع المؤين ، فإن التركيب والخصائص الميكانيكية للمواد البوليمرية المستخدمة في الفيلم والمكثفات المركبة تتغير بشدة. عادة ما تكون التغييرات الهيكلية مصحوبة بإطلاق شديد للغاز. تخضع تركيبات التشريب والسليلوز ، وهو المكون الرئيسي للورق المكثف ، لتغييرات سريعة نسبيًا. لذلك ، تكون المكثفات ذات العازل العضوي أكثر حساسية لتأثيرات الإشعاع من المكثفات ذات العازل غير العضوي. المكثفات الخزفية من النوع الأول هي الأكثر مقاومة للإشعاع المؤين.

يمكن أن تؤدي الاضطرابات الإشعاعية في بنية المواد أيضًا إلى تدهور الخصائص التشغيلية الرئيسية للمكثفات - عمر الخدمة والقوة الميكانيكية والكهربائية ومقاومة الرطوبة.

الأحمال الكهربائية

تحدث أكبر التغييرات التي لا رجعة فيها في المعلمات بسبب التعرض المطول للحمل الكهربائي ، والذي تحدث تحته عمليات الشيخوخة التي تؤدي إلى تفاقم القوة الكهربائية. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند اختيار قيمة جهد التشغيل ، خاصة أثناء التشغيل طويل المدى للمكثفات. عند الجهد المستمر ، فإن السبب الرئيسي للشيخوخة هو العمليات الكهروكيميائية التي تحدث في العازل تحت تأثير مجال ثابت وتزداد مع زيادة درجة حرارة ورطوبة البيئة. يتم تحديد درجة تأثيرها على معلمات المكثفات حسب نوع العازل وتصميم المكثف. في الوقت نفسه ، لا يتجاوز التغيير الإجمالي في معلمات المكثفات القيم المضمونة للحد الأدنى لفترة التشغيل الواردة في البيانات المرجعية.

مع التيار المتناوب وأنماط النبض ، فإن السبب الرئيسي للشيخوخة هو عمليات التأين التي تحدث داخل العازل الكهربائي أو عند حواف الألواح ، خاصة في أماكن شوائب الغاز. هذه الظاهرة نموذجية بشكل أساسي للمكثفات عالية الجهد. يدمر التأين المواد العازلة العضوية عن طريق قصفها بالأيونات والإلكترونات الناشئة ، بالإضافة إلى ما هو أبعد منها. بسبب العمل العدواني لأكاسيد الأوزون والنيتروجين الناتجة على العازل. بالنسبة لمواد السيراميك ، يؤدي التأين في المسام المغلقة إلى تسخين موضعي قوي ، مما ينتج عنه ضغوط ميكانيكية ، مصحوبة بتكسير السيراميك وانهيار الشقوق.

على الرغم من حقيقة أن القيمة المسموح بها لشدة المجال الكهربائي في عازل المكثف أثناء اختباره يتم تحديدها بهامش معين ، إلا أن التشغيل تحت الحمل الكهربائي، تجاوز الجهد المقنن ، يقلل بشكل حاد من موثوقية المكثفات.

يمكن أن يؤدي تجاوز مكون الجهد المتغير المسموح به إلى اختلال التوازن الحراري في المكثف ، مما يؤدي إلى التدمير الحراري للعزل الكهربائي. يرجع تطور هذه الظاهرة إلى حقيقة أن الموصلية النشطة للعزل الكهربائي ستزداد مع زيادة درجة الحرارة.

المكثفات الخزفية المحمية من النوع الأول هي الأكثر مقاومة لأحمال التشغيل الكهربائية وثباتًا ، ومن بين مكثفات الأكسيد ، فإن المكثفات المختومة من أكسيد أشباه الموصلات هي الأكثر ثباتًا. يتم تفسير الاستقرار المنخفض لمكثفات أكسيد الإلكتروليت من خلال وجود سائل أو إلكتروليت فطري فيها ، حيث تعتمد مقاومته على درجة الحرارة المحيطة أكثر من تلك الخاصة بمكثفات أكسيد أشباه الموصلات. يؤدي التعرض المطول للحمل الكهربائي ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة ، إلى تبخر الأجزاء المتطايرة من الإلكتروليت ، مما يزيد من مقاومة الإلكتروليت ويزيد بشدة من درجة الحرارة والاعتماد على التردد للسعة وخسارة الظل. تتم هذه العملية بشكل مكثف في مكثفات الألومنيوم ذات الأبعاد الصغيرة مع إلكتروليت يعتمد على ثنائي ميثيل فورماميد.

أثناء التشغيل على المدى الطويل تحت الحمل الكهربائي لبعض أنواع المكثفات الإلكتروليتية التنتالوم ، من الممكن حدوث انخفاض في السعة بسبب التخميل الكاثود ، وكذلك حالات الفشل المرتبطة بتدمير العلبة الفضية وتسرب المنحل بالكهرباء نتيجة لذلك. تؤدي زيادة سعة مكون الجهد المتغير إلى تسريع هذه العملية. لا تحتوي الأنواع الأحدث من المكثفات ذات غلاف التنتالوم على هذا العيب وقد تحسنت ثبات المعلمة ومتانة أعلى.

خصائص التردد وميزات عملها في الأوضاع النبضية

عند اختيار المكثفات للتشغيل في دوائر التيار المتردد أو النابض ، من الضروري مراعاة خصائص التردد الخاصة بهم ، والتي تحددها عدد من عوامل التصميم: نوع العازل ، وقيم الحث والمقاومة المكافئة ، والتصميم ، الخ. أداء المكثفات في الجهد المتناوب مقيد بشكل أساسي بالعوامل التالية:

إطلاق حرارة يتناسب مع متوسط ​​الطاقة ، والذي يمكن أن يزداد بشكل حاد عندما يتم تجاوز ظروف التشغيل المسموح بها ويخلق ظروفًا للانهيار الحراري للمكثف ؛

قوة المجال الكهربائي الذي يعمل على عازل المكثف ويسبب شيخوخة الكهرباء ؛

التيار المتدفق عبر المكثف كثافة عاليةمما قد يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة المحلية وتدمير العقد الملامسة ، ونضوب الألواح المعدنية ، وما إلى ذلك ؛

درجة الحرارة المحيطة.

تتميز المكثفات الخزفية من النوع 1 والميكا والمكثفات المصنوعة من الأفلام غير القطبية (البوليسترين والبولي بروبلين وما إلى ذلك) بأعلى خصائص التردد.

نظرًا لحقيقة أنه مع زيادة التردد ، تزداد خسائر الطاقة في المكثف ، من أجل الحفاظ على التوازن الحراري في المكثف والقضاء على إمكانية الانهيار مع زيادة التردد ، من الضروري تقليل سعة المكون المتغير.

بالنسبة لمكثفات السيراميك والميكا ، يتم تحديد القيمة المسموح بها لمكون الجهد المتغير بناءً على القدرة التفاعلية المسموح بها.

بالنسبة لعدد من مجموعات المكثفات ، مع زيادة التردد ، يمكن أن تنخفض السعة الفعالة بشكل ملحوظ. يحدث الانخفاض في السعة مع زيادة التردد بسبب انخفاض ثابت العزل الكهربائي للعزل الكهربائي ، وكذلك بسبب زيادة مقاومة السلسلة المكافئة (ERS).

يعود سبب ESR إلى الخسائر في المكثف - في العازل ، في الأجزاء المعدنية ، في مقاومة التلامس العابرة ، في المنحل بالكهرباء (لمكثفات الأكسيد). في المكثفات التقليدية ، يكون ESR صغيرًا جدًا (كسور أوم) ويمكن رؤية انخفاض في السعة مع التردد فقط في منطقة التردد العالي. يحدث الاعتماد الأقوى للسعة على التردد في مكثفات الأكسيد (خاصة مع سائل إلكتروليت) بسبب المقاومة العالية للكهارل واعتماده على التردد. بالنسبة لهذه المكثفات ، لوحظ انخفاض في السعة مع التردد بدءًا من مئات هرتز.

في أوضاع النبض ، يمكن استخدام المكثفات المصممة خصيصًا لهذه الأغراض والتطبيقات العامة. ومع ذلك ، في أي حال ، عند اختيار المكثفات ، يجب مراعاة ميزات تشغيلها تحت الأحمال النبضية. يجب أن يتم حساب الميزات من جانبين: مكثف من هذا النوع قادر على توفير تكوين أو نقل نبضة ، وهو وضع مدمر للمكثف.

يمكن التأثير بشكل كبير على شكل النبضة ، وكذلك على كفاءة الجهاز الذي تم تركيب المكثف فيه ، من خلال فقد الطاقة في العازل الكهربائي وحديد التسليح للمكثف. لذلك ، عند اختيار المكثفات للأنماط النبضية ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الحسبان اعتمادها على درجة الحرارة والتردد على السعة ، وظل الخسارة ، والمقاومة. لتحديد ما إذا كان هذا الوضع النبضي غير مدمر للمكثفات ، من الضروري مراعاة الظواهر المرتبطة بتسخين المكثف بسبب التيارات النبضية ، مع شيخوخة التأين للعوازل ، وما إلى ذلك. يمكن أن تؤدي هذه الظواهر إلى انتهاك القوة الكهربائية للمكثف وفشلها. لذلك ، يتم تحديد الحمل النبضي المسموح به على المكثف بناءً على المعلمات التالية لوضع النبض: قيم القمم الموجبة والسالبة للجهد والتيار ، وسعة الجهد المتناوب على المكثف ، ومدة الارتفاع وهبوط الجهد ، وفترة النبضات وتواترها ، ووجود مكون ثابت.

يتم اختيار الأحمال النبضية المسموح بها للمكثفات وفقًا للمخططات الواردة في الوثائق التنظيمية ، بناءً على معلمات وضع النبض.

عند استخدام المكثفات القطبية مع أكسيد عازل في أوضاع نبضية وبجهد نابض ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المكون الثابت للجهد يجب أن يكون له قيمة تستبعد إمكانية ظهور جهد قطبي عكسي على المكثف ، و مجموع الثابت وسعة بالتناوب أو الجهد الدافعيجب ألا يتجاوز الجهد المقنن.

تستخدم المكثفات في جميع مجالات الهندسة الكهربائية تقريبًا.

تُستخدم المكثفات (مع المحاثات و / أو المقاومات) لبناء دوائر مختلفة بخصائص تعتمد على التردد ، ولا سيما المرشحات والدوائر تعليق، الدوائر التذبذبية ، إلخ. .

عندما يتم تفريغ المكثف بسرعة ، يمكن الحصول على نبضة عالية الطاقة ، على سبيل المثال ، في الرموش الضوئية ، وأشعة الليزر النبضية التي يتم ضخها بصريًا ، ومولدات ماركس ، (GIN ؛ GIT) ، ومولدات Cockcroft-Walton ، إلخ.

لأن المكثف قادر منذ وقت طويلتخزين شحنة ، ثم يمكن استخدامها كعنصر ذاكرة أو جهاز تخزين الطاقة الكهربائية.

في الهندسة الكهربائية الصناعية ، تُستخدم المكثفات لتعويض الطاقة التفاعلية وفي المرشحات التوافقية الأعلى.

كمستشعرات للإزاحة الصغيرة: التغيير البسيط في المسافة بين الألواح له تأثير ملحوظ جدًا على سعة المكثف.

في دوائر RPA ، تُستخدم المكثفات لتنفيذ منطق بعض الحماية. على وجه الخصوص ، فإن استخدام المكثف في دائرة الإغلاق التلقائي يجعل من الممكن توفير تردد تشغيل الحماية المطلوب.

مبدأ الجهاز من أبسط مكثف (مسطح)هو مبين في الشكل. 1.

أرز. 1. مبدأ جهاز مكثف مسطح.

1 بطانة ،
2 عازل

سعة هذا المكثفيتم تحديده من خلال الصيغة المعروفة

معرّفة بالصيغة

باستخدام ألواح رقائق معدنية وعازل كهربائي لفيلم متعدد الطبقات ، من الممكن تصنيع مكثفات من النوع الملفوف تتراوح سعتها التخزينية المحددة تقريبًا من 0.1 J / kg إلى 1 J / kg أو من 0.03 mWh / kg إلى 0.3 mWh / kg. نظرًا لسعة التخزين المحددة المنخفضة ، فإن المكثفات من هذا النوع ليست مناسبة للتخزين طويل المدى لكمية كبيرة من الطاقة ، ولكنها تستخدم على نطاق واسع كمصادر للطاقة التفاعلية في دوائر التيار المتردد وكسعة.

يمكن تخزين الطاقة بشكل أكثر كفاءة في المكثفات كهربائيا، مبدأها موضح في الشكل. 2.

أرز. 2..

1 صفيحة معدنية أو فويل (ألومنيوم ، تنتالوم ، إلخ) ،
2 أكسيد معدني عازل (Al2O3 ، Ta2O5 أو غيرها) ،
3 أوراق ، إلخ ، مشربة بالكهرباء (H3BO3 ، H2SO4 ، MnO2 أو غيرها) والجلسرين

نظرًا لأن سمك الطبقة العازلة في هذه الحالة يظل عادةً في حدود 0.1 ميكرومتر ، يمكن تصنيع هذه المكثفات بسعة كبيرة جدًا (تصل إلى 1 فهرنهايت) ، ولكن بجهد صغير نسبيًا (عادةً بضعة فولتات).

يمكن أن يكون المزيد من القدرات المكثفات الفائقة (المكثفات الفائقة ، الأيونات)، لوحات منها عبارة عن طبقة كهربائية مزدوجة بسماكة بضعة أعشار من النانومتر عند السطح البيني بين القطب الكهربائي المصنوع من الجرافيت الصغير الذي يسهل اختراقه والإلكتروليت (الشكل 3).

أرز. 3..

1 أقطاب الجرافيت الصغيرة التي يسهل اختراقها ،
2 إلكتروليت

تصل المساحة الفعالة لألواح هذه المكثفات ، بسبب المسامية ، إلى 10000 متر مربع لكل جرام من كتلة القطب ، مما يجعل من الممكن تحقيق سعة كبيرة جدًا بأحجام مكثف صغيرة جدًا. حاليًا ، يتم إنتاج المكثفات الفائقة لجهود تصل إلى 2.7 فولت وقدرات تصل إلى 3 كيلوفولت. تتراوح سعتها التخزينية المحددة عادةً من 0.5 واط / كجم إلى 50 واط / كجم وهناك نماذج أولية بسعة تخزين محددة تصل إلى 300 واط / كجم.

تكنولوجيا التصنيع المكثفات الفائقةمعقد للغاية ، وبالتالي فإن تكلفة وحدة الطاقة المخزنة فيها أعلى بكثير من تكلفة المكثفات الأخرى ، حيث تصل إلى 50000 ميكرون / كيلوواط ساعة. على الرغم من ذلك ، نظرًا لبساطة التصميم وصغر الحجم والموثوقية والكفاءة العالية (95 ٪ أو أكثر) والمتانة (عدة ملايين من دورات الشحن والتفريغ) ، فقد بدأ استخدامها في كل من مركبات، وكذلك في الصناعة محطات توليد الطاقةبدلاً من البطاريات الكهروكيميائية ووسائل تخزين الطاقة الأخرى. تكون مفيدة بشكل خاص عندما يتم استهلاك الطاقة في شكل نبضات قصيرة (على سبيل المثال ، لتشغيل بداية محركات الاحتراق الداخلي) أو عند الحاجة إلى الشحن السريع (الثاني) لجهاز التخزين. على سبيل المثال ، في عام 2005 ، بدأت شنغهاي التشغيل التجريبي للحافلات فائقة السرعة ، حيث يتم شحن بنك المكثف أثناء توقف الحافلة في كل محطة.

أقدم مكثفوفي الوقت نفسه ، يمكن اعتبار الأجسام الكهرمانية أقدم مجمع للطاقة الكهربائية ، حيث تم اكتشاف كهربيها ، عند فركها بقطعة قماش صوفية ، بواسطة فيلسوف يونانيطاليس حوالي 590 د. X. كما دعا هذه الظاهرة الإلكترونية (from كلمة اليونانيةإلكترون ، "كهرماني"). كانت المولدات الكهروستاتيكية الأولى ، التي تم اختراعها في القرن السابع عشر ، هي أيضًا مكثفات كروية أو أسطوانية ، على سطحها الشحنة الكهربائيةكافية لإحداث ظاهرة التصريف. أول مكثف حقيقي لا يزال يعتبر قارورة تضخيم ، تم اختراعه في 11 أكتوبر 1745 في سياق تجارب على كهربة الماء بواسطة فيزيائي هاو ، دين كامينسكي (كامين) كاتدرائيةإيوالد يورجن فون كليست (1700-1748) (الشكل 4) ؛

أرز. 4. مكثف من Ewald Jurgen von Kleist.

1 زجاجة مملوءة بالماء
2 مسمار ، والذي يشكل مع الماء البطانة العلوية ،
3 سلك لمولد كهرباء ،
4 صفيحة معدنية (بطانة سفلية).
يو الجهد

باستخدام هذا الجهاز ، يمكن التمييز بوضوح بين لوحين وعازل كهربائي بينهما. تم صنع أول مكثف مسطح في عام 1747 من قبل طبيب لندن جون بيفيس (جون بيفيس ، 1693-1771) ، وتم تقديم مصطلح مكثف (مكثف ، "مكثف") في عام 1782 من قبل أستاذ الفيزياء التجريبية في جامعة بافيا (بافيا ، إيطاليا) أليساندرو فولتا (أليساندرو فولتا ، 1745-1827). تم تطوير المكثفات الإلكتروليتية الأولى في عام 1853 من قبل رئيس معهد كونيجسبيرج الفسيولوجي (كونيغسبيرج ، ألمانيا) هيرمان فون هيلمهولتز (1821–1894) ، وتم تقديم أول مكثف فائق مع أقطاب جرافيت مسامية للحصول على براءة اختراع في عام 1954 من قبل باحث في مجال الكهرباء. القلق الهندسي جنرال إلكتريك (جنرال إلكتريك ، الولايات المتحدة الأمريكية) هوارد بيكر. الاستخدام العمليبدأت المكثفات الفائقة في التطور بسرعة في السنوات الأولى من القرن الحادي والعشرين.

مقالات ذات صلة