خازن

خازن (Capacitor):

خازن: قطعه ای است که در خود انرژی ذخیره می کند (ولتاژ را ذخیره می کند). خازن مانند مقاومت، انواع مختلفی دارد. متداول ترین نوع خازن، خازن الکترولیتی و سرامیکی می باشد که قیمت بسیار پایینی دارد (حدود 40 تومان برای خازن سرامیکی و 120 تومان برای خازن الکترولیتی).

نکته: هرچه ظرفیت خازن و یا ولتاژ کار خازن بیشتر شود، قیمتش نیز بیشتر خواهد شد.

خازنهای سرامیکی ظرفیت بسیار کمی دارند (مشهور ترین نوع خازن سرامیکی خازن عدسی است که شبیه به عدس است). در شکل زیر چند خازن عدسی می بینید:

 

خازنهای لایه فلزی، تانتالیوم (این نوع خازن قیمت بالایی دارد و بسیار سمّی است و به هیچ وجه نباید شکسته شود)، میکا، پلی استیرن، پلی کربنات، پلی پیروپیلن و پلی استر از انواع دیگر خازن هستند.

خازن را در نقشه های شماتیک با حرف C نشان می دهند و خازن غیر قطبی را با نماد  و خازن متغیر را با نماد  و خازن قطبی (مانند خازن الکترولیتی) را با نماد  یا  نمایش می دهند.

نکته: در بعضی از کتاب های قدیمی به خازن ظرفیت می گویند.

معرفی چهار واحد بسیار مشهور:

1)میلی (m): میلی یعنی هزارم (10 به توان 3-). مثلاً وقتی می گوییم یک میلی متر یعنی یک هزارم متر و وقتی می گوییم ده میلی فاراد یعنی 0.010 فاراد.

2)میکرو (m): میکرو یعنی میلیونیوم (10 به توان 6-). مثلاً 3.6mF یعنی 0.0000063 فاراد.

3)نانو (n): نانو یعنی میلیاردیوم (10 به توان 9-). مثلاً 3nF یعنی 0.000000003 فاراد.

4)پیکو (p): پیکو یعنی تریلیونیم (10 به توان 12-). مثلاً 63pF یعنی 0.0000000000634 فاراد.

تشخیص مقدار خازن ها:

خازنهای الکترولیتی ظرفیت بسیار بالایی دارند که این ظرفیت بر روی بدنه شان نوشته شده است (بر حسب µF). این نوع خازنها قطبی هستند یعنی دارای سر مثبت و سر منفی هستند که معمولاً سر منفی بر روی بدنه خازن مشخص شده است و باید دقت کرد که سر منفی و مثبت اشتباه وصل نشوند چون در این صورت مایع الکترولیت داخل آن به گاز تبدیل می شود و احتمالاً باعث منفجر شدن خازن می شود و یا آن کاز از خازن خارج می شود در این صورت ظرفیت خازن تا حد زیادی کم خواهد شد و دیگر خازن به درد نمی خورد. در شکل زیر چند خازن الکترولیتی را می بینید:

 

 همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، ظرفیت خازن و حداکثر ولتاژ کارش بر روی بدنه ی خازن نوشته می شود. به سر منفی مشخص شده بر روی بدنه ی خازن توجّه کنید.

 

نکته: هرچه ولتاژ کار و ظرفیت خازن الکترولیتی بیشتر شود، اندازه ی آن بزرگتر خواهد شد (شکل بالا را مشاهده کنید).

نکته: خازن های جدید از نظر حجمی کوچکتر از خازن های قدیمی با همان ظرفیت هستند مثلاً خازن 50V/1µF را در نظر می گیریم، نوع جدید این خازن کمتر از نوع قدیمی همین خازن حجم دارد.

در خازن های عدسی و پلی استر معمولاً عدد 1، 2 یا 3 رقمی بر روی بدنه آنها درج شده است که مقدار ظرفیت این نوع خازن را مشخص می کنند و نحوه تشخیص ظرفیت بدین صورت است: اگر عدد 1 یا 2 رقمی بر روی بدنه این خازنها درج شده بود همان عدد مقدار ظرفیت خازن بر حسب pF(پیکو فاراد)، و اگر عدد 3 رقمی بر روی بدنه آنها نوشته شده بود، (مثلاً 223) دو رقم سمت چپ را می نویسیم (یعنی 22) و به جای شماره رقم سمت راست صفر می گذاریم (یعنی 22000) و این عدد بیانگر مقدار خازن بر حسب pF است. در شکل زیر چند خازن پلی استر مشاهده می کنید:

  

نکته مهم: همه ی خازن ها و مقاومت ها مقدار استانداردی دارند. مثلاً مقاومت 35Ω هرگز ساخته نشده است و فقط مقدار استاندارد 36Ω، 33Ω و 39Ω وجود دارد و یا خازن 11uF وجود ندارد و فقط خازن 10uF وجود دارد.

نکته: بر روی بدنه بعضی از خازنها(ترجیحاً قدیمی) اعداد رنگی مانند مقاومت ها چاپ می شود که مقدار ظرفیت خازن را مشخص می کنند که از پرداختن به آنها خودداری می کنیم.

مقاومت و انواع آن

انواع مقاومت :

 مقاومت ها انواع مختلفی دارند . معمول ترین و متداول ترین نوع مقاومت ها، مقاومت کربنی می باشد که قیمت بسیار پایینی (حدود 20 تومان) دارند و مقادیر آنها از چند صدم اهم تا 10 میلیون اهم است. مقاومت های لایه کربنی، لایه فلزی، اکسید فلزی و سیمی از انواع دیگر مقاومت هستند. در شکل زیر تعدادی مقاومت کربنی مشاهده می کنید:

 

مقاومت متغیر که به آن پتانسیومتر می گویند نوعی از مقاومت است که مقدارش قابل تنظیم می باشد (این نوع مقاومت ها کشویی یا  محوری  می باشند که با چرخاندن محور یا حرکت به بالا و پایین می توان مقدار مقاومت را تنظیم کرد). در شکل زیر چند مقاومت متغیر را مشاهده می کنید:

 

نوع دیگری از مقاومت، مقاومت حرارتی (ترمیستور) می باشد که مقدار آن با تغییرات دما عوض می شود. از این مقاومت دو نوع NTC و PTC وجود دارد که نوع NTC مقاومتش با افزایش دما کاهش می یابد و مقاومت نوع PTC با افزایش دما مقدارش زیاد می شود.

نوع دیگری از مقاومت، مقاومتهای آجری هستند که خیلی بزرگ هستند (به اندازه ی 10cm در 2cm) و می توانند توان های بالا را تحمل کنند و دیر داغ می شوند مانند مقاومت های 5 وات و 10 وات.

نوعی دیگر از مقاومت، مقاومت نوری (LDR) می باشد که اگر نور به آن بتابد مقدارش کم می شود به شکل زیر توجه کنید.

در این قسمت با دو کلمه خیلی مشهور آشنا می شوید :

۱) کیلو اهم(K) : کیلو اهم برابر ۱۰۰۰ اهم است مثلاْ اگر مقدار مقاومتی ۵۶ کیلو اهم باشد یعنی همان ۵۶۰۰۰ اهم است (و وقتی می گوییم یک کیلو گرم همان ۱۰۰۰ گرم است و یا یک کیلو بایت همان ۱۰۰۰ بایت است).

۲) مگا اهم(M) : مگا اهم برابر میلیون اهم است مثلاْ وقتی می گوییم مقدار مقاومتی 1.2 مگا اهم است یعنی ۱۲۰۰۰۰۰ اهم مقاومت دارد

نکته: مقاومت را در مدار با نماد  نشان می دهند و مقاومت متغیر را با نماد  نشان می دهند.

نکته: گاهی اوقات برای نمایش مقدار مقاومت مثلاً 3.6KΩ آن را به صورت 3K6 نشان داده و یا برای نمایش مقاومت1.8Ω یا 10Ω آن را به صورت 1R8 و یا 10Rنشان می دهند. در نقشه های شماتیک (schematic) مقاومت را با حرف R نشان می دهند.

تشخیص مقدار مقاومت:

برای تشخیص مقدار مقاومت به حلقه های رنگی روی بدنه آن توجّه می کنیم مقاومت ها چهار یا پنج حلقه رنگی روی بدنه خود دارند ؛ در مقاومت هایی با چهار حلقه رنگی حلقه اوّل و دوم نشان دهنده عددی است که با توجّه به جدول می توان مقدار آن را مشخص کرد ؛ حلقه سوم مضربی از ده می باشد(0/01، 0/1، 1، 10، 100، 1000، 10000 و...) که با رنگ خاصی مشخص می شود؛ حلقه چهارم نیز درصد خطای مقاومت را نشان می دهد. (به جدول های زیر توجّه کنید) :

جدول 1

سیاه	0
قهوه ای	1
قرمز	2
نارنجی	3
زرد	4
سبز	5
آبی	6
بنفش	7
خاکستری	8
سفید	9

جدول 2

نقره ای	0/01×
طلایی	0/1×
سیاه	1×
قهوه ای	10×
قرمز	100×
نارنجی	1000×
زرد	10000×
سبز	100000×
آبی	1000000×

جدول 3

قرمز	2% خطا
طلایی	5% خطا
نقره ای	10% خطا
بدون حلقه ی رنگی	20% خطا

جدول 4

قهوه ای	1% خطا
قرمز	2% خطا
طلایی	5% خطا
نقره ای	10% خطا
بدون حلقه ی رنگی	20% خطا

همان طور که مشاهده می کنید جدول 1 مقدار دو حلقه اوّل مقاومت چهار حلقه را نشان می دهد و جدول 2 مقدار حلقه سوم و جدول 3 مقدار حلقه چهارم را نشان می دهد. لازم به ذکر است که حلقه چهارم فاصله بیشتری نسبت به سایر حلقه ها دارد.

در مقاومت های پنج حلقه حلقه اوّل، دوم و سوم نشان دهنده عددی می باشند، حلقه چهارم مضربی از ده است و حلقه پنجم نیز درصد خطای مقاومت را نشان می دهد.جدول 1 مربوط به سه حلقه رنگی اوّل در مقاومت پنج حلقه می باشد و جدول 2 مربوط به حلقه چهارم مقاومت پنج حلقه و جدول 4 مربوط به حلقه پنجم می باشد و همیشه حلقه پنجم در مقاومت پنج حلقه از بقیه ی حلقه ها فاصله ی بیشتری دارد.

نکته: اگر مقاومت بیش از اندازه گرم شود ممکن است مقدار آن (که بر حسب اهم است) تغییر پیدا کند و یا در بدترین شرایط آتش بگیرد!

نکته: مقدار توان یک مقاومت برحسب معیار استانداردی سنجیده می شود و این توان بر حسب وات (W) است توانهای معمول در مقاومت ها 1/32 وات، 1/16 وات، 1/8 وات، 1/4 وات ،1/2 وات، 1وات به بالا می باشد. در شکل زیر از چپ به راست دو مقاومت اوّل 1/8 وات، دو مقاومت دوم 1/4 وات، دو مقاومت سوم 1/2 وات، مقاومت هفتم 1W و مقاومت هشتم 2W می باشند که در کنار یک LED قرار دارند (LED در ادامه تعریف شده است).

 

نکته: هرچه توان مقاومت بیشتر شود، اندازه ی آن  بزرگتر می شود.

 

 سؤال: توان در مقاومت چیست؟

وقتی که جریان از درون مقاومت عبور می کند، این قطعه شروع به داغ شدن می کند (مقداری از جریان تلف می شود و به گرما تبدیل می شود). در این صورت هرچه ولتاژ اعمال شده به مقاومت بیشتر باشد، گرمای تولید شده هم بیشتر خواهد شد. بنابراین برای مقاومت ها توان تعریف می کنیم و توان یک مقاومت میزان تحمل گرما توسط مقاومت را نشان می دهد هرچه توان مقاومتی بیشتر باشد، اندازه ی آن مقاومت بزرگتر می شود و می تواند بهتر گرمای خود را به محیط اطراف منتقل کند.

مدار الکتریکی چیست؟

مدار الکتریکی چیست؟

برای آنکه جریان الکتریکی برقرار بماند، بار به یک مسیر بسته نیاز دارد تا در آن شارش کند. مسیری که بارها در آن حرکت می کنند مدار الکتریکی نامیده می شود.

یک مدار الکتریکی ساده چگونه است؟

یک مدار الکتریکی ساده از دو قسمت تشکیل می شود. اول مولد یا تولید کننده جریان الکتریکی، دوم مصرف کننده الکتریسیته و این دو قسمت با سیم هایی با مقاومت ناچیز به هم وصل می شوند برای اندازه گیری شدت جریان واختلاف پتانسیل در مدار، آمپرسنج و ولت سنج نیز به آن اضافه می شود.

چگونه می توان جریان الکتریکی به وجود آورد؟

برای به حرکت در آوردن بارهای الکتریکی بین دو نقطه باید به وسیله ای بین آن دو نقطه اختلاف پتانسیل ایجاد نمود. باتری، دینامو، ژنراتور، پیل خورشیدی و واندوگراف از وسیله های رایجی هستند که می توانند بین دو نقطه اختلاف پتانسیل ایجاد کنند.

جهت جریان در مدار الکتریکی چگونه است؟

در یک مدار الکتریکی جهت واقعی جریان از قطب منفی باتری بطرف قطب مثبت آنست. اما به دلیل تاریخی جهت جریان را بطور قراردادی از قطب مثبت بطرف قطب منفی باتری در نظر می گیرند.

تعریف شدت جریان الکتریکی؟

آهنگ شارش بار الکتریکی( یعنی بار شارش شده در یک ثانیه) را شدت جریان الکتریکی می نامند..

شدت جریان را با نماد I نشان می دهند و یکای آن آمپر( A) است.

شدت جریان الکتریکی از چه رابطه ای به دست می آید؟

آهنگ شارش بار الکتریکی برابر است با نسبت بار الکتریکی شمارش شده از هرمقطع مدار( q) به زمان شارش بار (t) یعنی:

q = با ر الکتریکی . واحد آن در سیستم SI کولن C است.

t= زمان . واحد آن در سیستم SI ثانیه S است

I= جریان . واحد شدت جریان در سیستم SI آمپر نامیده می شود.

وسیله اندازه گیری شدت جریان چیست و چگونه در مدار قرار می گیرد؟

وسیله اندازه گیری شدت جریان در مدار آمپرسنج است. به این منظور آنرا به صورت متوالی در مدار قرار می دهند. برای اینکه جریان الکتریکی به راحتی از آمپرسنج عبور نماید، مقاومت داخلی آنرا بسیار کم می سازند.

در یک مدار الکتریکی در مدت 2 دقیقه از مقطعی از مدار مقدار 240 کولن الکتریسیته شارش می شود. آهنگ شارش بار الکتریکی یا شدت جریان در مقطع فوق را تعیین کنید.

برای صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی چه باید کرد؟

ج: به طور کلی باید در مصرف کلیه وسایلی که با انرژی الکتریکی کار می کنند، مثل تلویزیون، لامپ روشنایی، اتو، یخچال، لباسشویی و غیره استفاده بهینه کرد. یعنی ازمصرف غیر ضروری آنها خودداری نمود. به خصوص هنگام اوایل شب که مصرف برق زیاد است، نباید از وسایل پر مصرفی چون اتو و لباسشویی و کولر استفاده کرد. و همچنین می توان برای روشنایی، لامپ های مخصوص کم مصرف گازی یا مهتابی را به کار برد.

مدارهای الکتریکی، از بهم پیوستن افزاره‌های الکتریکی یا نافعّال (مقاومت، خازن، القاگر، لامپ، و …) یا افزاره‌های الکترونیکی یا فعّال (دیود، ترانزیستور، IC، و …) یا ترکیبی از آن دو پدید می‌آید؛ چنانکه دست کم یک مسیر بسته را ایجاد کنند و جریان الکتریکی بتواند در این مسیر بسته جاری شود.

اگر عنصرها مشکّل مدار الکتریکی باشند، «مدار الکتریکی» نامیده می‌شود، و اگر عنصرها الکتریکی و الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است.

هر مدار الکتریکی از مؤلّفه‌های اصلی زیر تشکیل شده است:

1. یک منبع تغذیه‌ی الکتریکی مانند باتری یا مولّد؛
2. سیم‌های رابط: سیم‌ها یا نوارهای ارتباط‌دهندهٔ مدار، از یک مادّهٔ خوب رسانای الکتریسیته مانند مس تشکیل می‌شوند.
3. «مصرفگر» یا بار: وقتی می‌گوییم یک مدار الکتریکیْ تشکیل شده است که اتصال‌دهنده‌ها و سایر افزاره‌ها، یک حلقهٔ بسته را پدید آورده باشند. تنها در این صورتست که جریان برق برقرار می‌شود.
4. افزاره‌های مداری: همچون خازن، مقاومت، القاگر، تَرادیسَنده و دیود.