المكثفات(من اللاتينية condenso - مضغوط، سميك) - هذه عناصر مشعة ذات سعة كهربائية مركزة تتكون من قطبين كهربائيين أو أكثر (لوحات) مفصولة بمادة عازلة (ورق رقيق خاص، ميكا، سيراميك، إلخ). تعتمد سعة المكثف على حجم (مساحة) الألواح والمسافة بينها وخصائص العازل الكهربائي.

خاصية مهمة للمكثف هي ذلك تكييففهو يمثل مقاومة تتناقص قيمتها مع زيادة التردد.

مثل المقاومات، تنقسم المكثفات إلى مكثفات ذات سعة ثابتة، ومكثفات ذات سعة متغيرة (VCA)، ومكثفات ضبط ومكثفات ذاتية التنظيم. الأكثر شيوعا هي المكثفات الثابتة. يتم استخدامها في الدوائر التذبذبية، والمرشحات المختلفة، وكذلك لفصل دوائر التيار المستمر والتيار المتردد وكعناصر حظر.

المكثفات الثابتة شرطي التسمية الرسوميةيرمز المكثف ذو السعة الثابتة - خطين متوازيين - إلى أجزائه الرئيسية: لوحتان وعازل كهربائي بينهما (الشكل 54). بالقرب من تعيين المكثف في الرسم التخطيطي، عادة ما يشار إلى قدرته الاسمية، وأحيانا الجهد المقنن. الوحدة الأساسية لقياس السعة هي الفاراد (F) - سعة هذا الموصل المعزول، الذي يزداد جهده بمقدار فولت واحد مع زيادة الشحن بمقدار كولوم واحد. هذه قيمة كبيرة جدًا ولا يتم استخدامها عمليًا. في الهندسة الراديوية، يتم استخدام مكثفات ذات سعات تتراوح من أجزاء من بيكوفاراد (pF) إلى عشرات الآلاف من الميكروفاراد (μF). تذكر أن 1 μF يساوي جزءًا من مليون من الفاراد، و1 pF يساوي واحدًا على مليون من الميكروفاراد أو واحدًا على تريليون من الفاراد.

وفقًا لـ GOST 2.702-75، تتم الإشارة إلى السعة الاسمية من 0 إلى 9999 pF على الدوائر في بيكوفاراد بدون وحدة قياس، من 10000 pF إلى 9999 μF - في ميكروفاراد مع وحدة قياس مشار إليها بالأحرف mk (الشكل 1). 55).

تتم الإشارة إلى السعة المقدرة والانحراف المسموح بها عنها، وفي بعض الحالات الجهد المقنن، على أغلفة المكثف.

اعتمادًا على حجمها، تتم الإشارة إلى السعة الاسمية والانحراف المسموح به بشكل كامل أو مختصر (مشفر). يتكون التعيين الكامل للسعة من الرقم المقابل ووحدة القياس، وكما هو الحال في المخططات، تتم الإشارة إلى السعة من 0 إلى 9999 pF بالبيكوفاراد (22 pF، 3300 pF، وما إلى ذلك)، ومن 0.01 إلى 9999 μF - في ميكروفاراد (0.047 ميكروفاراد، 10 ميكروفاراد، وما إلى ذلك). في العلامات المختصرة، يتم تحديد وحدات قياس السعة بالحروف P (بيكوفاراد)، M (ميكروفاراد) وN (نانوفاراد؛ 1 نانو فاراد = 1000 pF = 0.001 μF). في هذه الحالة، يتم الإشارة إلى السعة من 0 إلى 100 pF بالبيكوفاراد، مع وضع الحرف P إما بعد الرقم (إذا كان عددًا صحيحًا) أو بدلاً من العلامة العشرية (4.7 pF - 4P7؛ 8.2 pF -8P2؛ 22). الجبهة الوطنية - 22P؛ 91 الجبهة الوطنية - 91P، الخ). يتم تحديد السعة من 100 pF (0.1 nF) إلى 0.1 μF (100 nF) بالنوفاراد، ومن 0.1 μF وما فوق بالميكروفاراد. في هذه الحالة، إذا تم التعبير عن السعة بكسور نانوفاراد أو ميكروفاراد، يتم وضع وحدة القياس المقابلة بدلاً من الصفر والفاصلة (180 pF = 0.18 nF-N18؛ 470 pF = 0.47 nF -H47؛ 0.33 μF -) MZZ؛ 0.5 μF -MbO، وما إلى ذلك)، وإذا كان الرقم يتكون من جزء صحيح وكسر - بدلاً من العلامة العشرية (1500 pF = 1.5 nF - 1H5؛ 6.8 μF - 6M8، وما إلى ذلك). تتم الإشارة إلى سعات المكثفات، معبرًا عنها بعدد صحيح لوحدات القياس المقابلة، بالطريقة المعتادة (0.01 μF - YuN، 20 μF - 20M، 100 μF - 100M، إلخ). للإشارة إلى الانحراف المسموح به للسعة عن القيمة الاسمية، يتم استخدام نفس التسميات المشفرة كما هو الحال بالنسبة للمقاومات.

اعتمادًا على الدائرة التي تستخدم فيها المكثفات، يتم وضع متطلبات مختلفة عليها. وبالتالي، يجب أن يكون للمكثف الذي يعمل في دائرة متذبذبة خسائر منخفضة عند تردد التشغيل، واستقرار عالي للسعة مع مرور الوقت ومع التغيرات في درجة الحرارة والرطوبة والضغط، وما إلى ذلك.

تزداد خسائر المكثفات، والتي يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال خسائر العزل الكهربائي، مع زيادة درجة الحرارة والرطوبة والتردد. المكثفات ذات العازل الكهربائي المصنوع من السيراميك عالي التردد والميكا والعوازل الغشائية لديها أقل الخسائر، في حين أن المكثفات ذات العازل الورقي والسيراميك متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف لديها أعلى الخسائر. يجب أن يؤخذ هذا الظرف في الاعتبار عند استبدال المكثفات في أجهزة الراديو. يحدث التغير في سعة المكثف تحت تأثير البيئة (درجة حرارته بشكل أساسي) بسبب التغيرات في أبعاد الألواح والفجوات بينها وخصائص العازل الكهربائي. اعتمادا على التصميم والعازل المستخدم، تتميز المكثفات بأنها مختلفة معامل درجة الحرارةالسعة (TKE)، والتي توضح التغير النسبي في السعة مع تغير درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة؛ يمكن أن تكون TKE إيجابية أو سلبية. بناءً على قيمة وعلامة هذه المعلمة، يتم تقسيم المكثفات إلى مجموعات، والتي يتم تعيين تسميات الحروف المقابلة لها ولون الجسم.

للحفاظ على إعدادات الدوائر التذبذبية عند التشغيل في نطاق واسع من درجات الحرارة، غالبًا ما يتم استخدام التوصيلات المتسلسلة والمتوازية للمكثفات، حيث يكون لـ TKE علامات مختلفة. نتيجة لهذا، عندما تتغير درجة الحرارة، يظل تردد ضبط هذه الدائرة التي يتم تعويضها بدرجة الحرارة دون تغيير تقريبًا.

مثل أي موصلات، تحتوي المكثفات على بعض الحث. إنه أكبر، كلما كانت أسلاك المكثف أطول وأرق، زاد حجم لوحاته وموصلاته الداخلية. ناي

المكثفات الورقية، التي تصنع فيها الألواح على شكل شرائح طويلة من الرقائق، ملفوفة مع العازل الكهربائي في لفافة مستديرة أو على شكل آخر، لها محاثة أكبر. وما لم يتم اتخاذ تدابير خاصة، فإن مثل هذه المكثفات لا تعمل بشكل جيد عند ترددات أعلى من بضعة ميغاهيرتز. لذلك، في الممارسة العملية، لضمان تشغيل مكثف الحظر في نطاق تردد واسع، يتم توصيل مكثف السيراميك أو الميكا ذو السعة الصغيرة بالتوازي مع مكثف الورق.

ومع ذلك، هناك مكثفات ورقية ذات محاثة ذاتية منخفضة. فيها، يتم توصيل شرائح الرقائق بالمحطات الطرفية ليس في مكان واحد، ولكن في العديد من الأماكن. يتم تحقيق ذلك إما عن طريق إدخال شرائح من الرقائق في اللفة أثناء اللف، أو عن طريق تحريك الشرائط (البطانات) إلى الأطراف المقابلة للفة ولحامها (الشكل 54).

للحماية من التداخل الذي يمكن أن يخترق الجهاز من خلال دوائر إمداد الطاقة والعكس، بالإضافة إلى عمليات الحظر المختلفة، يتم استخدام ما يسمى بمكثفات التغذية. يحتوي هذا المكثف على ثلاث أطراف، اثنتان منها عبارة عن قضيب صلب يحمل تيارًا ويمر عبر جسم المكثف. يتم توصيل إحدى لوحات المكثف بهذا القضيب. الطرف الثالث عبارة عن جسم معدني تتصل به اللوحة الثانية. يتم تثبيت غلاف مكثف التمرير مباشرة على الهيكل أو الشاشة، ويتم لحام السلك الحامل للتيار (دائرة الطاقة) في طرفه الأوسط. وبفضل هذا التصميم، يتم قصر دائرة التيارات عالية التردد على هيكل الجهاز أو شاشة الجهاز، بينما تمر التيارات المباشرة دون عوائق. على؛ في الترددات العالية، يتم استخدام مكثفات المرور الخزفية، حيث يلعب الموصل المركزي نفسه دور إحدى الصفائح، والأخرى عبارة عن طبقة معدنية مترسبة على أنبوب سيراميك. تنعكس ميزات التصميم هذه أيضًا في التعيين الرسومي التقليدي لمكثف التمرير (الشكل 56). يتم تحديد البطانة الخارجية إما على شكل قوس قصير (أ)، أو على شكل قطعة واحدة (ب) أو قطعتين (ج) مستقيمة مع خيوط من المنتصف. يتم استخدام التعيين الأخير عند تصوير مكثف تمريري في جدار الشاشة.

لنفس الغرض مثل المكثفات التمريرية، يتم استخدام المكثفات الداعمة، وهي نوع من رفوف التثبيت المثبتة على هيكل معدني. تتميز اللوحة المتصلة بها في تعيين مثل هذا المكثف بثلاثة خطوط مائلة، ترمز إلى "التأريض" (الشكل 56، د).

للعمل في نطاق التردد الصوتي، وكذلك لتصفية الفولتية المصححة للإمداد، هناك حاجة إلى مكثفات، تقاس السعة بالعشرات والمئات وحتى الآلاف من الميكروفاراد. تتمتع مكثفات الأكسيد (الاسم القديم بالتحليل الكهربائي) بمثل هذه السعة ذات الحجم الصغير إلى حد ما. فيها، يتم لعب دور لوحة واحدة (الأنود) بواسطة قطب كهربائي من الألومنيوم أو التنتالوم، ودور العازل هو طبقة أكسيد رقيقة مترسبة عليه، ودور اللوحة الأخرى (الكاثود) هو إلكتروليت خاص، غالبًا ما يكون خرجها هو الجسم المعدني للمكثف. على عكس الأنواع الأخرى، فإن معظم أنواع مكثفات الأكسيد قطبية، أي أنها تتطلب جهدًا استقطابيًا للتشغيل العادي. وهذا يعني أنه لا يمكن تشغيلها إلا في دوائر التيار المستمر أو دوائر الجهد النابضة وفقط في القطبية (الكاثود إلى ناقص، والأنود إلى زائد) المشار إليها على السكن. يؤدي عدم الالتزام بهذا الشرط إلى فشل المكثف، والذي يصاحبه أحيانًا انفجار.

تظهر قطبية تشغيل مكثف الأكسيد في المخططات بعلامة "+" الموضحة بالقرب من اللوحة التي ترمز إلى الأنود (الشكل 57 أ). هذا تسمية عامةمكثف مستقطب. جنبًا إلى جنب معه، خصيصًا لمكثفات الأكسيد، أنشأ GOST 2.728-74 رمزًا يتم فيه تصوير اللوحة الإيجابية على أنها مستطيل ضيق (الشكل 57.6)، ويمكن حذف علامة "+" في هذه الحالة.

في دوائر الأجهزة الإلكترونية الراديوية، يمكنك في بعض الأحيان العثور على تعيين مكثف أكسيد في شكل مستطيلين ضيقين (الشكل 57، ج). هذا رمز لمكثف الأكسيد غير القطبي الذي يمكن أن يعمل في دوائر التيار المتردد (أي بدون جهد استقطابي).

مكثفات الأكسيد حساسة جدًا للجهد الزائد، لذلك تشير المخططات غالبًا ليس فقط إلى سعتها المقدرة، ولكن أيضًا إلى جهدها المقدر.

من أجل تقليل الحجم، يتم أحيانًا وضع مكثفين في مبيت واحد، ولكن يتم تصنيع ثلاثة أسلاك فقط (واحد شائع). ينقل رمز المكثف المزدوج هذه الفكرة بوضوح (الشكل 57 د).

المكثفات المتغيرة(كبي). يتكون المكثف المتغير من مجموعتين من الصفائح المعدنية، يمكن إحداهما أن تتحرك بسلاسة بالنسبة إلى الأخرى. أثناء هذه الحركة، عادة ما يتم إدخال صفائح الجزء المتحرك (العضو الدوار) في الفجوات الموجودة بين صفائح الجزء الثابت (الجزء الثابت)، ونتيجة لذلك تقل مساحة تداخل لوحة مع أخرى، وبالتالي السعة، والتغيرات. غالبًا ما يكون العازل الكهربائي في KPE هو الهواء. في المعدات الصغيرة الحجم، على سبيل المثال، في أجهزة استقبال الجيب الترانزستور، يتم استخدام CPE مع عازل صلب، والذي يستخدم كأفلام من العوازل عالية التردد المقاومة للتآكل (الفلوروبلاستيك، البولي إيثيلين، وما إلى ذلك) على نطاق واسع. تعتبر معلمات KPI ذات العازل الصلب أسوأ إلى حد ما، لكنها بشكل ملحوظ

أرخص في الإنتاج وأبعادها أصغر بكثير من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المزودة بعازل هوائي.

لقد التقينا بالفعل برمز KPI (انظر الشكل 2 و 29) - وهذا هو رمز مكثف ذو سعة ثابتة تم شطبه بعلامة تنظيم. ومع ذلك، من خلال هذه التسمية ليس من الواضح أي من اللوحات ترمز إلى الجزء المتحرك وأيها يرمز إلى الجزء الثابت. ولإظهار ذلك في الرسم التخطيطي، تم تصوير الدوار على شكل قوس (الشكل 58).

المعلمات الرئيسية لمؤشر الأداء الرئيسي، والتي تسمح لنا بتقييم قدراته عند التشغيل في دائرة متذبذبة، هي الحد الأدنى والحد الأقصى للسعة، والتي، كقاعدة عامة، يشار إليها في الرسم التخطيطي بجوار رمز مؤشر الأداء الرئيسي.

في معظم أجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال الراديوية، يتم استخدام كتل KPI المكونة من قسمين أو ثلاثة أقسام أو أكثر لضبط العديد من الدوائر التذبذبية في وقت واحد. يتم تثبيت الدوارات الموجودة في هذه الكتل على عمود واحد مشترك، ومن خلال تدويره يمكنك تغيير سعة جميع الأقسام في نفس الوقت. غالبًا ما يتم تقسيم الصفائح الخارجية للدوارات (على طول نصف القطر). يتيح لك ذلك ضبط الوحدة في المصنع بحيث تكون قدرات جميع الأقسام هي نفسها في أي موضع للدوار.

يتم عرض المكثفات المضمنة في كتلة KPI بشكل منفصل في المخططات. ولإظهار أنها مدمجة في كتلة، أي يتم التحكم فيها بواسطة مقبض مشترك واحد، يتم توصيل الأسهم التي تشير إلى التنظيم بواسطة خط متقطع من الاتصال الميكانيكي، كما هو موضح في الشكل 1. 59. عند تصوير مؤشرات الأداء الرئيسية للكتلة في أجزاء مختلفة ومتباعدة من الرسم التخطيطي، لا يظهر الاتصال الميكانيكي، ويقتصر فقط على الترقيم المقابل للأقسام في تعيين الموضع (الشكل 59، الأقسام C 1.1، C 1.2) و ج 1.3).

في معدات القياس، على سبيل المثال، في أذرع الجسور السعوية، يتم استخدام المكثفات التفاضلية المزعومة (من التفاضل اللاتيني - الفرق). لديهم مجموعتان من الجزء الثابت ولوحة واحدة من الجزء الدوار، مرتبة بحيث عندما تخرج صفائح الجزء الثابت من الفجوات بين صفائح مجموعة الجزء الثابت، فإنها تدخل في نفس الوقت بين صفائح المجموعة الأخرى. في هذه الحالة، تتناقص السعة بين ألواح الجزء الثابت الأول وألواح الجزء المتحرك، وتزداد بين ألواح الجزء الثابت والجزء الثابت الثاني. تبقى السعة الإجمالية بين العضو الدوار وكلا العضوين الساكنين دون تغيير. تم توضيح هذه "المكثفات" في المخططات، كما هو موضح في الشكل 60.

المكثفات الانتهازي. لضبط السعة الأولية للدائرة المتذبذبة، والتي تحدد الحد الأقصى لتردد ضبطها، يتم استخدام مكثفات الضبط، والتي يمكن تغيير سعةها من عدة بيكوفاراد إلى عدة عشرات من بيكوفاراد (أحيانًا أكثر). الشرط الرئيسي بالنسبة لهم هو التغيير السلس في السعة والتثبيت الموثوق للدوار في الموضع المحدد أثناء التعديل. تحتوي محاور مكثفات التشذيب (القصيرة عادةً) على فتحة، لذا لا يمكن ضبط سعتها إلا باستخدام أداة (مفك البراغي). في معدات البث، يتم استخدام المكثفات ذات العازل الصلب على نطاق واسع.

يظهر في الشكل تصميم مكثف التشذيب الخزفي (CTC) لأحد الأنواع الأكثر شيوعًا. 61، أ. يتكون من قاعدة خزفية (الجزء الثابت) وقرص خزفي (الدوار) مثبت عليها بشكل متحرك. ألواح المكثف عبارة عن طبقات رقيقة من الفضة، يتم تطبيقها عن طريق الحرق على الجزء الثابت والجانب الخارجي للعضو الدوار. يتم تغيير السعة عن طريق تدوير الدوار. في أبسط المعدات، يتم استخدام مكثفات ضبط الأسلاك في بعض الأحيان. يتكون هذا العنصر من قطعة من الأسلاك النحاسية يبلغ قطرها 1 ... 2 وطولها 15 ... 20 مم، حيث يتم لف سلك معزول بقطر 0.2 ... 0.3 مم بإحكام، بدوره للدوران (الشكل 61.6). يتم تغيير الحاوية عن طريق فك السلك، ولمنع اللف من الانزلاق، يتم تشريبه بنوع من المركب العازل (الورنيش، الغراء، إلخ).

المكثفات الانتهازييُشار إليه في المخططات بالرمز الرئيسي الذي تم شطبه بواسطة علامة التحكم في الضبط (الشكل 61، ج).

المكثفات ذاتية التنظيم. باستخدام السيراميك الخاص كعازل كهربائي، والذي يعتمد ثابت العزل الكهربائي بقوة على شدة المجال الكهربائي، يمكنك الحصول على مكثف تعتمد سعته على الجهد الموجود على ألواحه. تسمى هذه المكثفات variconds (من الكلمات الانجليزية vari (قادر) - متغير و cond (enser) - مكثف). عندما يتغير الجهد من بضعة فولتات إلى القيمة الاسمية، تتغير سعة الدواري بمقدار 3-6 مرات.

الدوالييمكن استخدامها في أجهزة مختلفةالأتمتة، في مولدات التردد المتأرجح، والمغيرات، للتعديل الكهربائي للدوائر التذبذبية، وما إلى ذلك.

رمز للدوالي- رمز مكثف مع علامة التنظيم الذاتي غير الخطي والحرف اللاتيني U (الشكل 62، س).

تم تصميم تسمية المكثفات الحرارية المستخدمة في ساعات اليد الإلكترونية بطريقة مماثلة. يتم تحديد العامل الذي يغير سعة هذا المكثف - درجة حرارة البيئة - بالرمز t° (الشكل 62، ب).

الأدب:
في. فرولوف، لغة الدوائر الإذاعية، موسكو، 1998

وزارة التربية والتعليم في الاتحاد الروسي.

GOU NPO SO المدرسة الثانوية المهنية رقم 16

الدورات الدراسية

"المكثفات"

الفاعل : طالب

بل. رقم 16 المجموعة R-316

بيانكوف ألكسندر بوريسوفيتش

رئيس: المعلم

المواد الإذاعية

بل. رقم 16 بوتابوفا أولغا

الكسندروفنا

كاميشلوف 2009

مقدمة

1. الجزء الرئيسي

مواد

رسم تاريخي

أنواع المكثفات

2. التطبيق والتشغيل

الأحمال الميكانيكية

آثار الإشعاع

الأحمال الكهربائية

مقدمة

هدف:بحث في العمل والتكوين و ميزات التصميممكثف.

المهام:مهمتي الرئيسية هي دراسة المكثفات بشكل أعمق وفهم تركيبتها. معرفة المواد والمعلمات الكهربائية. ألق نظرة فاحصة على العلامات وقم بتحليل التطبيق.

مكثف - يسمى جهاز يستخدم لتجميع كمية كبيرة من الكهرباء على سطح كمية صغيرة من المادة دون زيادة الجهد الكهربائي في الجسم بشكل ملحوظ. إن نفس الكمية من الكهرباء، عند إعطائها لأجسام مختلفة، ستؤدي إلى زيادة غير متساوية في الجهد فيها، تمامًا كما أن نفس الكمية من الحرارة ستؤدي إلى زيادة درجة حرارة الأجسام المختلفة بعدد مختلف من الدرجات. على العكس من ذلك، من أجل زيادة الجهد (الجهد) للأجسام المختلفة بنفس المقدار، هناك حاجة إلى كميات مختلفة من الكهرباء، لبعض الأجسام صغيرة جدًا، ولأخرى كبيرة جدًا. عن الأجسام الأولى يقولون أن قدرتها الكهربائية صغيرة، وعن الثانية أن قدرتها الكهربائية كبيرة جداً. وبشكل عام فإن القدرة الكهربائية لجسم ما تتحدد بعدد وحدات الكهرباء – الكولوم – التي يجب أن تعطى للجسم من أجل زيادة جهده بوحدة واحدة من الجهد الكهربائي – بفولت واحد. لذلك تعتبر وحدة السعة الكهربائية هي سعة الجسم، والتي يجب أن تعطى بواحد كولوم من أجل زيادة جهده بمقدار فولت واحد. سُميت وحدة السعة هذه بالفاراد تكريمًا للعالم الإنجليزي فاراداي. لذلك، إذا كان من الضروري إضافة n كولوم إلى جسم معين من أجل زيادة إمكاناته بمقدار 1 فولت، 2n - لزيادته بمقدار 2 فولت، وما إلى ذلك، فإن سعة هذا الجسم ستكون n فاراد. إن قدرة كل جسم على حدة تعتمد على شكله الهندسي وحجمه، ولكنها لا تعتمد إطلاقا على المادة التي يتكون منها، ولا على كتلة الجسم. وبالتالي، فإن سعة كرة الرصاص وكرة الألومنيوم ذات القطر نفسه، سواء كانت ضخمة أو مجوفة، متساوية، لكن سعة كرة الرصاص ستتغير عندما نسطح كتلتها ونعطيها شكل إهليلجي. لا يوجد قانون عام يعطي ببساطة علاقة بين شكل وحجم الجسم وقدرته. أبسط قانون يتبع الكرة التي تتناسب قدرتها مع نصف قطرها. باستخدام هذا يمكننا أن نأخذ سعة كرة نصف قطرها 1 سم كوحدة للسعة تسمى وحدة السعة هذه بالوحدة النظرية المطلقة وهي أقل بـ 90000000000 مرة من الفاراد الواحد. من هذا نرى أنه للحصول على سعة 1 فاراد، ستكون هناك حاجة إلى كرة نصف قطرها 9 ملايين كيلومتر، أي. بقطر أكبر 7 مرات من قطر الشمس. ومن الناحية العملية، يتم اعتبار واحد على مليون من الفاراد كوحدة للسعة - ميكروفاراد واحد، وهو بالتالي أكبر بـ 900000 مرة من الوحدة النظرية. كهربائي سعة الكرة التي تساوي الأرض هي 708 ميكروفاراد. وتعتمد قدرة الهيئات، بالإضافة إلى ذلك:

1) من طبيعة الوسط غير الموصل المحيط بالجسم. كل ما سبق ينطبق على حالة وجود الجسم في الفراغ (أو في الهواء تقريباً). إذا كان الجسم محاطًا بعازل آخر، فإن سعته ستكون أكبر أو أقل مما هي عليه في الفراغ؛ الرقم الذي يعطي نسبة سعة جسم في عازل معين إلى سعة نفس الجسم في الفراغ يسمى ثابت العزل لهذه المادة. جميع العوازل الصلبة والسائلة لديها عازل. والثابت أكبر من ثابت الهواء الذي لا يختلف فيه كثيرًا عن الوحدة.

2) من وجود أجسام أخرى في محيط الجسم المعني لها إلكترون مختلف. محتمل. وبالتالي، فإن كل ما ذكر أعلاه ينطبق بدقة تامة فقط على حالة جسم موصل واحد محاط بوسط عازل غير محدود. وتزداد سعة الأجسام بشكل ملحوظ إذا تم تقريب الأجسام الموصلة الأخرى منها، وخاصة الأجسام التي جهدها دائمًا صفر، أي. متصل بالأرض. وستكون الزيادة في السعة أكبر كلما اقتربت هذه الأجسام من الجسم المشحون وكلما كانت تحيط به بشكل كامل. لذا، إذا أردنا إعطاء سعة كبيرة جدًا لأي جسم، فيجب علينا وضعه في وسط به ثابت عازل كبير، وربما وضع جسم آخر متصل بالأرض بالقرب منه. يسمى هذا المزيج من الموصلات بالمكثف. في أبسط صوره، يتكون K. من لوحين معدنيين A وB، قريبين جدًا من بعضهما البعض ويفصل بينهما نوع من الطبقة العازلة (الطلاء): A. مشحون بالكهرباء من مصدر دائم(الآلات والبطاريات) والاسم. جامع، والباء متصل بالأرض ويسمى. مثخن إذا كان A مشحونًا بالكهرباء الموجبة، فإن B يكون متحمسًا بالكهرباء السالبة؛ إذا قمت بعد ذلك بفصل التوصيل B عن الأرض، وقمت بتوصيل A وB بموصل، فسيتم تفريغ K. تعتمد سعة المكثف على شكل وحجم المجمع والمكثف وعلى المسافة بينهما وعلى ثابت العزل الكهربائي للوسط الموجود بينهما. في بعض الحالات البسيطة، يمكن حساب سعة K:

1) تمثل الصفائح سطحين كرويين متحدين المركز قريبين جدًا، أو صفيحتين لا نهائيتين، قريبتين جدًا من بعضهما البعض. إذا كانت المسافة بين الألواح 1 (سم)، فإن سطح المجمع يساوي S" (سم مربع)، فإن السعة C تساوي ميكروفاراد، حيث K هو ثابت العزل الكهربائي للوسط، و (نسبة الدائرة إلى القطر (ع = 3.1416) على سبيل المثال، سعة لوحين بمساحة 1 متر مربع، مفصولتين بلوحة زجاجية (K = 5) بقطر 1 مم، تبلغ سعتها حوالي 1/ 23 ميكروفاراد إذا كانت الصفائح صغيرة نسبيًا، فإن هذه الصيغة صحيحة تقريبًا؛ وقد تم تقديم الصيغ لهذه الحالة من قبل كيرشوف وماكسويل وسط مع ثابت كهربائي K. ثم تساوي السعة الميكروفاراد حيث تشير lg إلى اللوغاريتم النابري الطبيعي. هذه الحالة مهمة جدًا في الممارسة العملية لأنها تنطبق بشكل مباشر على كابلات التلغراف تحت الماء، والتي تتكون من قلب داخلي محاط بجوتا بيركا ، محمي بواسطة درع معدني، المجمع هو اللب، والمثخن هو الدرع الملامس للماء لمسافة مائة كيلومتر من هذا الكابل بقطر 2 مم. نصف القطر و 4 ملم. نصف القطر الخارجي، معزول بمادة الطبرخي (K = 2.5)، تبلغ سعته حوالي 20 ميكروفاراد. تعد السعة الكبيرة للكابلات الطويلة العائق الرئيسي أمام النقل السريع للأحرف عبر كابل بحري. 3) إحدى البطانة عبارة عن سلك نصف قطره r (vsm)، والأخرى عبارة عن مستوى لا نهائي متباعد عن محور السلك بمقدار hcm . سعة هذا الكابل بطول L (سم) تساوي ميكروفاراد. يتم تمثيل هذا النوع من الكابلات بواسطة سلك تلغراف ممتد فوق الأرض. كيلومتر من السلك 4 مم ممدود على ارتفاع 10 أمتار. من الأرض، تبلغ سعته (K للهواء = 1) حوالي 0.012 ميكروفاراد. للحصول على بطارية ذات سعة كبيرة جداً، أحياناً يتم توصيل عدة بطاريات في بطارية واحدة على التوازي، أي. خذ سلسلة كاملة من K. (تم تصوير K. بشكل تخطيطي و خط مجازي، يمثل المكثف، والخط المستقيم الذي يدخل إليه، يمثل المجمع) وتوصيل جميع المجمعات مع موصل واحد، وجميع المكثفات مع الآخر. يتم شحن هذه البطارية كواحد K. وسعةها تساوي مجموع قدرات الفرد K. إذا كانت البطارية متصلة في سلسلة، أو، كما يقولون، في سلسلة، فستكون سعة البطارية عدة مرات أقل من سعة واحد K.، حيث لا يوجد سوى K. في البطارية لشحن المكثف، قم بتوصيل اللوحة المجمعة للمكثف بمصدر كهرباء ذي جهد ثابت، على سبيل المثال، آلة كهربائية أو بطارية جلفانية. ، وطلاء التكثيف على الأرض أو على عمود آخر للآلة أو البطارية. يقوم تدفق الكهرباء بشحن K تدريجيًا. إذا كانت سعة K. هي C، ويتم شحنها بواسطة بطارية ذات فرق جهد عند القطبين E، وR هي مقاومة الدائرة بأكملها بالإضافة إلى K.، ثم بعد t ثانية بعد إغلاق الدائرة، يتدفق عبرها تيار شحن ذو قوة وفرق الجهد عند المشابك K. في هذه اللحظة يساوي حيث e هي قاعدة لوغاريتمات الهيليوم (e = 2.718)، والوقت هو يتم التعبير عنها بالثواني، وقيم V وE بالفولت، وR بالأوم، وC بالفاراد. من الواضح من هذا أنه، من الناحية النظرية، يتم شحن K لفترة طويلة بلا حدود، ولا تصبح V أبدًا مساوية لـ E. ولكن 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 ميكروفاراد في دائرة مقاومة 10 أوم، ستختلف الشحنة عن الإجمالي بمقدار 0.1 بعد 0.00023 ثانية، و بمقدار جزء من الألف بعد 0.00069 ثانية. مشحونًا بهذه الطريقة، يحتوي K. على كمية معينة من الطاقة المخزنة فيه، والتي تم إنفاق تكوينها على عمل VKG. - م، حيث C هي السعة بالفاراد، وV هو فرق الجهد بين اللوحين بالفولت. أثناء التفريغ، يتم إطلاق هذه الطاقة ويمكنها القيام بنفس العمل. يصاحب شحن الموصل عدد من الظواهر التي تحدث داخل الموصل، بين لوحاته، في العازل. تتجاذب لوحات الدائرة، المكهربة بشكل معاكس، بعضها البعض بقوة تتناسب طرديا مع 1) مربع فرق الجهد الموجود بين لوحات الدائرة، و 2) ثابت العزل الكهربائي للوسط. تعتمد طرق تحديد الاختلافات المحتملة والعوازل الكهربائية على هذا الاعتماد وعلى التحديد التجريبي لهذه القوة الجذابة. ثابت. يتم تعريض الوسط العازل الموجود بين الصفائح إلى القوى الكهربائية، يتعرض لبعض التغيرات التي تشير لنا إلى الدور المهم الذي يلعبه الوسط غير الموصل في الظواهر الكهربائية. وهذه الظواهر في البيئة هي كما يلي:

1) الشحن المتبقي. لقد أظهرت التجربة أنه بعد مرور بعض الوقت على تفريغ موصل باستخدام عازل صلب، تصبح صفائحه مكهربة بشكل ضعيف مرة أخرى، وعند توصيلها، يمكن أن تعطي تفريغًا ضعيفًا جديدًا، والذي يمكن أن يتبعه بعد مرور بعض الوقت تفريغ ثالث ورابع أضعف بشكل متزايد، إلخ. . ويعتقد أن هذه الظاهرة تعتمد على امتصاص الطبقة العازلة للكهرباء وتحررها البطيء بعد التفريغ.

2) الانقباض الكهربائي. عند شحن K.، ينخفض ​​حجم الطبقة العازلة قليلاً، كما هو موضح بواسطة Duter (1878) وآخرون؛ بعد التفريغ، يأخذ العازل حجمه السابق. سبب هذه الظاهرة ليس واضحا تماما.

3) الانكسار المزدوج. يكتسب العازل الشفاف، كما أوضح كير (1875)، بين ألواح البلورة المشحونة خصائص الانكسار المزدوج، التي يفقدها بعد تفريغ البلورة، ويمكن للبلورة المعزولة تمامًا أن تحتفظ بشحنتها لفترة طويلة جدًا. لإنتاج التفريغ، من الضروري توصيل لوحات الدائرة بموصل، وفي هذه الحالة يتم تحرير الطاقة المتراكمة في الدائرة. يمكن أن يكون التفريغ إما عاديًا، ويمثل تدفقًا بسيطًا سريعًا للكهرباء، وبالتالي ظاهرة عكسية للشحن، أو متذبذبًا، اعتمادًا على خصائص الدائرة التي يمر من خلالها التفريغ. يمكن للطاقة المنطلقة أثناء التفريغ أن تؤدي عملاً، سواء على شكل ضوء وحرارة، أو أعمال ميكانيكية أو كيميائية. التأثيرات الضوئية على شكل شرارة والتأثيرات الحرارية على شكل تسخين الهواء أو المسار المعدني للتفريغ تصاحب دائمًا ظاهرة التفريغ. تتجلى الإجراءات الميكانيكية في شكل اختراق طبقة عازلة موضوعة بين كرتين متصلتين بألواح الدائرة، في بعض الأحيان، عندما يتم شحن الدائرة إلى مستوى عالٍ جدًا إمكانات عالية، يخترق العازل نفسه بين ألواح K. ويصبح هذا الأخير غير صالح للاستخدام. إن التأثيرات الكيميائية الضعيفة الناتجة عن التفريغ لا تختلف بشكل أساسي عن تلك الناتجة عن الجلفنة. صدمة كهربائية التأثيرات الفسيولوجية التي يتم اكتشافها عند مرور تفريغ K عبر جسم شخص أو حيوان تسبب ألمًا شديدًا، ومع وجود طاقة شحن كافية، يمكن أن تسبب ضررًا للصحة وحتى الموت. في الممارسة العملية، عادة ما يتم إعطاء الأواني شكل مرطبانات أو أطباق ليدن. ك. تتكون هذه الأخيرة عادةً من عدد من الصفائح المعدنية الرقيقة، المبطنة بطبقة عازلة رقيقة من الورق المشمع أو المشمع، والميكا، والإيبونيت، وما إلى ذلك. حتى الصفائح b، d، f، h متصلة ببعضها البعض وتشكل لوحة واحدة، والصفائح الفردية a، c، e، g - أخرى. في بعض الأحيان، إذا كان K. يجب أن يخدم اختلافات محتملة كبيرة جدًا، فسيتم غمره بالكامل في صندوق من الزيت. K. لها العديد من التطبيقات في العلوم، ومؤخرًا في التكنولوجيا. في العمل التجريبي على الكهرباء الساكنةغالبًا ما يتم استخدامها لتجميع كميات كبيرة الطاقة الكهربائية، وتطبيقها أيضًا على المكشافات الكهربائية لزيادة حساسية الأخيرة، في ملفات Ruhmkorff، وما إلى ذلك. في سلسلة العاصمة K. لا تمثل ظواهر خاصة، ولكنها تمثل ظواهر ملحوظة للغاية في دائرة التيار المتردد. في دائرة التيار المتردد، لا تقطع الدائرة المضمنة في الدائرة التيار وتعمل فقط كمقاومة، مما يضعف قوة التيار؛ وفي حالات أخرى (توجد في الدائرة موصلات ذات تحريض ذاتي) يمكن أن تزيد من قوة التيار. لقد أدى الاستخدام المتزايد باستمرار للتيارات المتناوبة إلى إدخال استخدام الكهرباء في الممارسة التقنية. للاطلاع على نظرية K. وتطبيقاتها، انظر: البروفيسور. أنا. بورغمان، "أسس عقيدة الظواهر الكهربائية والمغناطيسية" (سانت بطرسبورغ، ١٨٩٣) وت.جي. بلاكسلي، "المتغيرات" التيارات الكهربائية"(SPB، 1894).

1. الجزء الرئيسي

مواد

الميكا عبارة عن مجموعة من المعادن - ألومينوسيليكات ذات هيكل متعدد الطبقات بالصيغة العامة R1R2-3 (OH، F) 2، حيث R1 = K، Na؛ R2 = Al، Mg، Fe، Li يتم تمثيل العنصر الرئيسي في بنية الميكا بحزمة ثلاثية الطبقات مكونة من طبقتين رباعي السطوح مع وجود طبقة ثماني السطوح بينهما، وتتكون من كاتيونات R2. يتم استبدال اثنتين من ذرات الأكسجين الست في المجسم الثماني السطوح بمجموعات الهيدروكسيل (OH) أو الفلور. ترتبط الحزم في بنية مستمرة من خلال أيونات K+ (أو Na+) ذات رقم تنسيق 12. وفقًا لعدد كاتيونات ثماني السطوح في الصيغة الكيميائية، يتم التمييز بين الميكا ثنائية الأوكتاهدرا وثلاثية السطوح: تشغل كاتيونات Al+ اثنتين من ثمانيات السطوح الثلاثة، مع ترك واحدة فارغة، بينما Mg2+ وFe2+ وLi+ وAl+ تحتل جميع المجسمات الثمانية. تتبلور الميكا في نظام أحادي الميل (مثلث مثلثي). يتم تحديد الموقع النسبي للخلايا السداسية لأسطح الأكياس ثلاثية الطبقات من خلال دورانها حول المحور c بزوايا مختلفة، مضاعفات 60 درجة، بالإضافة إلى التحول على طول المحورين a وb لخلية الوحدة. يحدد هذا وجود تعديلات متعددة الأشكال (أنواع متعددة) من الميكا، يمكن تمييزها عن طريق التصوير الشعاعي. الأنواع المتعددة ذات التناظر أحادي الميل شائعة.

بواسطة التركيب الكيميائيتتميز المجموعات التالية من الميكا. الميكا الألومنيوم:

المسكوفيت KAl2 (OH) 2، الباراغونيت NaAl2 (OH) 2، المغنيسيوم الحديدي S.:

فلوجوبايت KMg3 (OH، F) 2، الليبيدوميلان Kfe3 (OH، F) 2؛

الليثيوم:

اللبيدوليت Kli2-xAl1+x (OH. F) 2، زينوالديت KLiFeAl (OH، F) 2

تاينيوليت KLiMg2 (OH، F) 2.

هناك أيضًا ميكا الفاناديوم - roscoelite KV2 (OH) 2 ، ميكا الكروم. - الكروم موسكوفيت، أو الفوشيت، وما إلى ذلك. وقد لوحظت البدائل المتماثلة على نطاق واسع في الميكا: يتم استبدال K+ بـ Na+، Ca2+، Ba2+، Rb+، Cs+، وما إلى ذلك؛ Mg2+ وFe2+ لطبقة الثماني السطوح - Li+، Sc2+، Jn2+، وما إلى ذلك؛ يتم استبدال Al3+ بـ V3+، وCr3+، وTi4+، وGa3+، وما إلى ذلك. وقد لوحظ التماثل التام بين Mg2+ وFe2+ (المحاليل الصلبة المستمرة للفلوغوبايت - البيوتيت) وتشابه محدود بين Mg2+ - Li+ وAl3+ -Li+، بالإضافة إلى نسبة متغيرة من أكسيد والحديد الحديدية. في طبقات رباعي السطوح، يمكن استبدال Si4+ بـ Al3+، ويمكن لأيونات Fe3+ استبدال رباعي السطوح Al3+؛ يتم استبدال مجموعة الهيدروكسيل (OH) بالفلور. S. غالبا ما تحتوي على عناصر نادرة مختلفة (Be، B، Sn، Nb، Ta، Ti، Mo، W، U، Th، Y، TR، Bi)؛ غالبًا ما توجد هذه العناصر في شكل معادن شوائب دون مجهرية: الكولومبيت ، الولفراميت ، حجر القصدير ، التورمالين ، إلخ. عند استبدال K + بـ Ca2 + ، تتشكل معادن المجموعة المزعومة. الميكا الهشة - المارجريت CaAl2 (OH) 2 وغيرها، أصعب وأقل مرونة من الميكا نفسها. عندما يتم استبدال كاتيونات K+ في الطبقة البينية بـ H2O، يتم ملاحظة التحول إلى الهيدروميكاس، وهي مكونات أساسية للمعادن الطينية. عواقب البنية الطبقية للميكا والاتصال الضعيف بين الحزم: المظهر الصفائحي للمعادن، والانقسام المثالي (القاعدي)، والقدرة على الانقسام إلى أوراق رقيقة للغاية تحتفظ بالمرونة والمرونة والقوة. يمكن توأمة بلورات الميكا وفق "قانون الميكا" مع مستوى الاندماج (001)؛ غالبًا ما يكون لها مخططات سداسية زائفة. الصلابة على المقياس المعدني 2.5-3؛ الكثافة 2770 كجم/م3 (مسكوفيت)، 2200 كجم/م3 (فلوغوبيت)، 3300 كجم/م3 (بيوتيت). المسكوفيت والفلوجوبيت عديما اللون وشفافان في صفائح رقيقة. ترجع ظلال الألوان البني والوردي والأخضر إلى شوائب Fe2+ وMn2+ وCr2+ وما إلى ذلك. الميكا الحديدية هي البني والبني والأخضر الداكن والأسود، اعتمادًا على محتوى ونسبة Fe2+ وFe3+. يعد الميكا أحد أكثر المعادن المكونة للصخور شيوعًا في الصخور المتطفلة والمتحولة والرسوبية، كما أنه معدن مهم.

هناك ثلاثة أنواع من الميكا الصناعية:

ورقة الميكا

ميكا غرامة

الخردة (النفايات الناتجة عن إنتاج صفائح الميكا)

الرواسب الصناعية من صفائح الميكا عالية الجودة نادرة. تتلخص المتطلبات الصناعية لصفائح الميكا في كمال البلورات وأحجامها؛ للميكا الناعمة - نقاء مادة الميكا. تم العثور على بلورات كبيرة من المسكوفيت في بيغماتيت الجرانيت (منطقة مامسكو ​​تشويسكي في منطقة إيركوتسك، ومنطقة تشوبينو لوخيسكي في جمهورية كاريليان الاشتراكية السوفياتية ذاتية الحكم، ومنطقة إنسكو كولا في منطقة مورمانسك - في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، والودائع في الهند والبرازيل، الولايات المتحدة الأمريكية). تقتصر رواسب الفلوجوبايت على كتل من الصخور فوق القاعدية والقلوية (كوفدورسكوي في شبه جزيرة كولا) أو في صخور ما قبل الكمبري المتحولة بعمق المكونة من الكربونات الأولية (الدولوميت) (منطقة ألدان الحاملة للميكا في جمهورية ياكوت الاشتراكية السوفيتية المستقلة، منطقة سليوديانسكي على بحيرة بايكال). في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية)، وكذلك إلى النيس (كندا وجمهورية مدغشقر). يعتبر المسكوفيت والفلوجوبيت من المواد العازلة الكهربائية عالية الجودة، ولا غنى عنها في الهندسة الكهربائية والراديو والطائرات. ترتبط رواسب الليبيدوليت، وهو أحد المعادن الصناعية الرئيسية لخامات الليثيوم، بالبيغماتيت الجرانيت من نوع صودا الليثيوم. وفي صناعة الزجاج، تُصنع نظارات بصرية خاصة من الليبيدوليت.

السيراميك (الكراميك اليوناني - فن الفخار، من كيراموس - الطين)، المنتجات والمواد التي يتم الحصول عليها عن طريق تلبيد الطين ومخاليطها مع المضافات المعدنية، وكذلك الأكاسيد، إلخ. مركبات غير عضوية. أصبح السيراميك واسع الانتشار في جميع مجالات الحياة - في الحياة اليومية (أطباق مختلفة)، البناء (الطوب والبلاط والأنابيب والبلاط والبلاط والأجزاء النحتية)، في التكنولوجيا، في السكك الحديدية والنقل المائي والجوي، في النحت والفنون التطبيقية . رئيسي الأنواع التكنولوجيةالسيراميك عبارة عن الطين والميوليكا والأواني الفخارية والأواني الحجرية والخزف. تعكس أفضل الأمثلة على الخزف أعلى إنجازات الفن في كل العصور والشعوب. وبعد ذلك، أريد أن آخذك قليلاً في القصة...

رسم تاريخي

استخدم الإنسان لدونة الطين في فجر وجوده، وربما كانت أولى المنتجات المصنوعة من الطين هي منحوتات للأشخاص والحيوانات، المعروفة في العصر الحجري القديم. يعزو بعض الباحثين أيضًا المحاولات الأولى لحرق الطين إلى العصر الحجري القديم المتأخر. لكن إطلاق منتجات الطين على نطاق واسع من أجل منحها الصلابة ومقاومة الماء ومقاومة الحريق بدأ استخدامه فقط في العصر الحجري الحديث (حوالي 5 آلاف سنة قبل الميلاد). يعد تطوير إنتاج السيراميك أحد أهم إنجازات الإنسان البدائي في النضال من أجل الوجود: فقد أتاح طهي الطعام في أوعية طينية توسيع نطاق المنتجات الصالحة للأكل بشكل كبير. مثل الاكتشافات المماثلة الأخرى (مثل استخدام النار)، فإن الخزف ليس من اختراع أي شخص أو أشخاص. لقد تم إتقانها بشكل مستقل عن بعضها البعض في أجزاء مختلفة من الأرض عندما وصل المجتمع البشري إلى المستوى المناسب من التطور. وهذا لم يستبعد المزيد من التأثيرات المتبادلة، ونتيجة لذلك أصبحت أفضل إنجازات الأمم والسادة الأفراد ملكية مشتركة. لقد تغيرت وتحسينت طرق معالجة الطين لإنتاج السيراميك، وكذلك إنتاج المنتجات نفسها، بما يتوافق مع تطور القوى الإنتاجية للشعوب. إن انتشار الخزف وتفرد أنواعه بين الشعوب المختلفة في العصور المختلفة، ووجود الزخارف والعلامات والنقوش في كثير من الأحيان على الخزف يجعل منه مصدراً تاريخياً مهماً. ولعبت دوراً كبيراً في تطور الكتابة (الكتابة المسمارية)، والتي تم حفظ الأمثلة الأولى لها في بلاط السيراميكفي بلاد ما بين 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، كانت الجدران السميكة مغطاة بزخارف مضغوطة، والتي كان لها منذ البداية أيضًا أهمية جمالية وعبادة مهمة. بدءًا من العصر الحجري الحديث (الألفية الثالثة والثانية قبل الميلاد)، ظهرت الرسم على المنتجات الخزفية. تم تطوير أشكال الأطباق وفقًا لاحتياجات الحياة اليومية (على سبيل المثال، الانتقال إلى نمط حياة مستقر يتطلب أوعية ذات قاع مسطح، تتكيف مع موقد مسطح وطاولة؛ الشكل الغريب للأواني السلافية ناتج عن خصوصيات الطبخ في الموقد عند تسخين الوعاء من الجانب) والتقاليد الفنية للشعوب. كان لكل واحد منهم في أوقات مختلفة أشكاله المفضلة من الأواني، وموقع الزخارف وطبيعتها، وطرق معالجة السطح، والتي إما تُركت مع القوام والألوان الطبيعية للطين، أو تم صقلها وتغيير لونها بالحرق التصالحي، مطلية ومغطاة بالبطانة والتزجيج.

المساكن الطينية في ثقافة طرابلس. (الألف الرابع إلى الثالث قبل الميلاد)، الذي تم حرقه بالنار في الخارج ورسمه، هو المثال الأول لاستخدام السيراميك كمواد بناء. مع تطور تكنولوجيا تعدين المعادن، أصبح السيراميك أيضًا ضروريًا في علم المعادن (فوهات الحدادة، البوتقات، قوالب الصب، القوارير). في البداية، كان الفخار يُشكل يدويًا ويُحرق على النار أو في فرن منزلي. في وقت لاحق، بالفعل في مجتمع طبقي، ظهر الخزافون المتخصصون الذين استخدموا عجلة الفخار (أو المنتجات المذهلة في شكل خاص) وتشكيل الفخار. لم يعرف شعب أمريكا عجلة الفخار قبل مجيء الأوروبيين، لكن كان لديهم أيضًا إنتاجهم الفريد من السيراميك (يعود تاريخ أقدم المنتجات إلى مطلع الألفية الثالثة والثانية قبل الميلاد). وصلت إلى تطور مرتفع بشكل خاص بين المايا والإنكا والأزتيك، الذين صنعوا مجموعة متنوعة من الأطباق المنزلية والدينية، والأقنعة، والتماثيل، وما إلى ذلك. وكانت بعض المنتجات مغطاة بلوحات مشرقة. في مصر القديمة وبابل ودول الشرق الأوسط القديمة الأخرى، بدأوا لأول مرة في تغطية الأطباق الاحتفالية بالزجاج الملون واستخدام الطوب للمباني (أولاً خامًا ثم محترقًا لاحقًا). تم استخدام الطوب والبلاط المزجج لتزيين المباني في مصر وإيران القديمة.

عرفت الحضارات الهندية القديمة مجموعة متنوعة من الأطباق المطلية، التي تشبه في الشكل أطباق بلاد ما بين النهرين، وبلاط الطوب لرصف الأرضيات، والتماثيل الصغيرة، والألواح التي تحمل نقوشًا. في الصين القديمةفي الألفية الثانية والأولى قبل الميلاد. صُنعت الأطباق المزججة والأوعية الفردية من الطين الأبيض عالي الجودة - الكاولين، والذي يعود تاريخه إلى الألفية الأولى بعد الميلاد. أصبحت المادة لأول منتجات تشبه الخزف، ثم الخزف الحقيقي.

يحتل الخزف اليوناني القديم مكانًا مهمًا في تاريخ الخزف، والذي كان له تأثير كبير على العديد من الشعوب. واشتهرت الأطباق بشكل خاص بتنوعها (20 نوعًا) وشكلها المثالي. تم تزيين الأواني الاحتفالية عادةً برسومات أنيقة وغير متعددة الألوان حول موضوعات أسطورية ويومية (ما يسمى بالرسم باللون الأسود والرسم على المزهريات باللون الأحمر). من الأمثلة الرائعة على النحت الصغير تماثيل الطين، وكان المركز الرئيسي لإنتاجها هو تاناغرا.

تم تصنيع التفاصيل المعمارية والبلاط وأنابيب المياه من الطين في كل من اليونان القديمة وروما القديمة، حيث تم تطوير إنتاج الطوب على وجه الخصوص، والذي تم بناء الهياكل المعقدة منه (على سبيل المثال، أقبية السقف، وامتدادات الجسور، والقنوات المائية). كانت الأطباق الاحتفالية الرومانية في الغالب مطبوعة بأشكال خشبية أو خزفية، نُحتت عليها تصميمات بارزة ومغطاة بالورنيش الأحمر. ازدهر الرومان والإتروسكان في إنتاج الأواني الجنائزية الخزفية - الجرار، المعروفة أيضًا لدى العديد من الشعوب الأخرى التي التزمت بطقوس حرق الجثث. تم تزيين الجرار الأترورية والرومانية بصور منحوتة (على سبيل المثال، مشاهد الأعياد). كانت تقاليد الخزف الروماني تتبعها بشكل أساسي إنتاج الخزف البيزنطي، الذي تأثر أيضًا بالشرق الأوسط (خاصة في زخرفة أسطح الأوعية وفي هندسة الخزف). بالفعل من القرن السادس. توقف الأساتذة البيزنطيون عن استخدام الورنيش الأحمر منذ القرن التاسع. بدأوا في صنع أطباق ذات نقوش بارزة تصور حيوانات وطيور ومغطاة بطبقة زجاجية شفافة. الطوب البيزنطي المربع الرقيق - أثر "بلينفا" على إنتاج الطوب في روس القديمة.

في روس القديمة من القرن العاشر. تم تصنيعها في عجلة الخزافمجموعة متنوعة من الأطباق، وبعض الأواني كانت مغطاة بالزجاج الأخضر. كما تم تزجيج بلاط الأرضيات والألعاب. تم العثور على علامات السادة على الأطباق والطوب، ومن بينها أسماء ستيفان وياكوف. بعد التراجع الذي سببه الغزو المغولي التتري، تم إحياء 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 جدًا مثل المصانع، وإنتاج الأطباق (16 نوعًا)، والألعاب، والمصابيح، والمحابر، والآلات الموسيقية، من القرن الثامن عشر. - أنابيب التدخين. شواهد القبور الخزفية المزججة معروفة أيضًا في منطقة بسكوف. كانت مواد البناء الرئيسية هي الطوب والبلاط والبلاط والأنابيب. بالفعل من القرن السادس عشر. ظهرت مصانع الطوب القيصري وأول "طوب القيصر الكبير" القياسي. لتزيين واجهات المباني والديكورات الداخلية، تم صنع البلاط - الطين والمزجج (الأخضر - "جدارية" ومتعدد الألوان - "تسينين"). في القرن السابع عشر كان الحرفيون المعروفون الذين عملوا في موسكو هم بيوتر زابورسكي وستيبان إيفانوف وإيفان سيمينوف وستيبان بوتكيف وآخرين، كما تم إنتاج البلاط في ياروسلافل ومدن أخرى. من القرن الثامن عشر يتم استبدال البلاط الإغاثة بأخرى ناعمة. تأثر اختيار موضوعات الصور بالمطبوعات الشعبية.

في عام 1744، تم تأسيس أول مصنع خزف حكومي في روسيا في سانت بطرسبرغ (الآن مصنع إم في لومونوسوف)؛ في عام 1766 في فيربيلكي بالقرب من موسكو - مصنع خاص لشركة F.Ya. جاردنر. وفي وقت لاحق، ظهرت العديد من المؤسسات الخاصة الأخرى، وكان أكبرها في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. مصانع الصلب م.س. كوزنتسوفا. جنبا إلى جنب مع إنتاج المصنع من الخزف والبناء والسلع الفنية، تم الحفاظ على إنتاج الحرف اليدوية للسلع المنزلية والفنية. كانت هناك العديد من المناطق الصناعية مع تقاليدها الخاصة (Gzhel، Skopin، إلخ). حول التنمية إنتاج السيراميكانظر المقالات مواد البناءصناعة وصناعة البورسلين والخزف.

أنواع المكثفات

مكثف السيراميك.

مكثف عازله سيراميكي يعتمد أساسًا على تيتانات الزركونيوم (ZrTiO3)، والكالسيوم (CaTiO3)، والنيكل (NiTiO3)، وتيتانات الباريوم (BaTiO3). في حالات خاصة، يتم استخدام سيراميك مكثف يعتمد على Al2O3، SiO2، MgO، وما إلى ذلك. يتم تحديد سعة المكثف من جزء من بيكوفاراد إلى عدة ميكروفاراد. يتراوح جهد التشغيل من عدة عشرات من الفولتات إلى عشرات الكيلوفولتات.

المكثف الكهربائي، نظام مكون من قطبين أو أكثر (لوحات) مفصولة بمادة عازلة، سمكها صغير مقارنة بحجم الألواح؛ مثل هذا النظام من الأقطاب الكهربائية له سعة كهربائية متبادلة. يتم استخدام مكثف إلكتروليتي على شكل منتج نهائي في الدوائر الكهربائية حيث تكون السعة المركزة مطلوبة. والمواد العازلة الموجودة فيه هي الغازات والسوائل والمواد الصلبة العازلة للكهرباء، وكذلك أشباه الموصلات. إن صفائح المكثف الإلكتروليتي ذات العازل الكهربائي الغازي والسائل هي نظام من الصفائح المعدنية مع وجود فجوة ثابتة بينهما. في ذلك، مع عازل صلب، تكون الألواح مصنوعة من رقائق معدنية رقيقة أو يتم تطبيق طبقات معدنية مباشرة على العازل الكهربائي. بالنسبة لبعض الأنواع، يتم تطبيق طبقة رقيقة من العزل الكهربائي على سطح الرقاقة المعدنية (الطلاء الأول)؛ اللوحة الثانية عبارة عن فيلم معدني أو شبه موصل يتم ترسيبه على الطبقة العازلة على الجانب الآخر، أو إلكتروليت يتم غمر الرقاقة المؤكسدة فيه. تستخدم الدوائر المتكاملة نوعين أساسيين جديدين من المكثفات الإلكتروليتية: الانتشار وأشباه الموصلات بأكسيد المعدن (MOS). تستخدم مكثفات الانتشار سعة الوصلة p-n التي تم إنشاؤها بواسطة طريقة الانتشار، والتي تعتمد على الجهد المطبق. يستخدم MOS Tipi طبقة من ثاني أكسيد السيليكون المزروعة على سطح رقاقة السيليكون كمادة عازلة. الألواح عبارة عن ركيزة منخفضة المقاومة (السيليكون) وطبقة رقيقة من الألومنيوم.

الخصائص.

فيما يلي أخذت مثالاً محددًا لمكثف السيراميك، لأن... في الممارسة العملية نستخدمها في أغلب الأحيان.

مميزات المكثف السيراميكي

تعتبر المكثفات الخزفية عنصرًا طبيعيًا في أي دائرة إلكترونية تقريبًا. يتم استخدامها عندما تكون هناك حاجة إلى القدرة على العمل مع إشارات القطبية المتغيرة، وخصائص التردد الجيدة، والخسائر المنخفضة، وتيارات التسرب المنخفضة، والأبعاد الإجمالية الصغيرة والتكلفة المنخفضة. وحيثما تتقاطع هذه المتطلبات، لا يمكن الاستغناء عنها عمليا. لكن المشاكل المرتبطة بتكنولوجيا الإنتاج الخاصة بهم أدت إلى نقل هذا النوع من المكثفات إلى فئة الأجهزة منخفضة السعة. في الواقع، كان يُنظر إلى المكثف الخزفي سعة 10 ميكروفاراد حتى وقت قريب على أنه غريب ومذهل، ومثل هذه المعجزة تكلف ما يعادل حفنة من المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم والتي لها نفس السعة والجهد، أو عدة مكثفات مماثلة من التنتالوم.

ومع ذلك، فإن تطور التكنولوجيا سمح الآن للعديد من الشركات بالإعلان عن وصولها إلى سعة المكثفات الخزفية التي تبلغ 100 ميكروفاراد والإعلان عن بدء إنتاج الأجهزة ذات التصنيفات الأعلى في نهاية هذا العام. والانخفاض المستمر في أسعار جميع المنتجات في هذه المجموعة المصاحبة لهذه العملية يجبرنا على إلقاء نظرة فاحصة على المنتجات الغريبة بالأمس من أجل مواكبة التقدم التكنولوجي والحفاظ على القدرة التنافسية.

هيكل مكثف السيراميك متعدد الطبقات.

بضع كلمات عن التكنولوجيا. عند الحديث عن المكثفات الخزفية، سنأخذ بعين الاعتبار الهياكل الخزفية متعددة الطبقات. يُظهر الهيكل والشكل الذي ستراه أدناه مقطعًا من منتج من إحدى الشركات الرائدة عالميًا في إنتاجها - الشركة اليابانية Murata.

الشكل 2. قسم من هيكل مكثف موراتا (مكبر)

يتم تحديد سعة المكثفات الخزفية متعددة الطبقات بواسطة الصيغة:

.

de e0 هو ثابت العزل الكهربائي للفراغ؛ e هو ثابت العزل الكهربائي للسيراميك المستخدم كمادة عازلة؛ S0 هي المنطقة النشطة لقطب كهربائي واحد؛ n هو عدد الطبقات العازلة؛ د هو سمك الطبقة العازلة.

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

إن تقليل سمك العازل الكهربائي وإمكانية زيادة عدد الأقطاب الكهربائية هو الطريقة الرئيسية لزيادة سعة المكثفات الخزفية. لكن الانخفاض في سمك العازل يؤدي إلى انخفاض في جهد الانهيار، لذلك فإن المكثفات ذات السعة العالية لجهود التشغيل العالية نادرة.

إن زيادة عدد الطبقات العازلة هي عملية مرتبطة تقنيًا بانخفاض سمك الطبقة الواحدة. ويوضح 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 المنطقة النشطة لقطب واحد تعني 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 استقرار درجة الحرارة واعتماد قوي للسعة على الجهد المطبق.

الآن دعونا نلقي نظرة على إمكانيات وميزات استخدام المكثفات الخزفية عالية السعة. قبل بدء المناقشة، يجدر الانتباه إلى المقترحات الحالية والخطط الفورية لقادة الصناعة Murata وSamsung Electro-Mechanics، الواردة في الجدول:

قد يكون مجال التطبيق الطبيعي لمثل هذه المجموعة من المكثفات الخزفية عالية السعة هو استبدال مكثفات التنتالوم والألومنيوم للتركيب السطحي في دوائر قمع التموج، وفصل مكونات التيار المستمر والتيار المتردد للإشارة الكهربائية، والدوائر المتكاملة. ومع ذلك، فمن الضروري أن نأخذ في الاعتبار الاختلافات الأساسية بين هذه المجموعات من الأجزاء، والتي تجعل، في معظم الحالات، لا معنى لاستبدال نوع المكثف الإلكتروليتي "جهد x الاسمي" بمكثف سيراميكي له "جهد x اسمي" مماثل. . دعونا نفكر بإيجاز في الأسباب الرئيسية لذلك.

يتم تحديد خصائص تردد المكثفات من خلال اعتماد ممانعتها والمقاومة التسلسلية المكافئة (ESR) على التردد. تظهر التبعيات النموذجية من هذا النوع لمكثفات السيراميك والتنتالوم والألومنيوم في الأشكال أدناه.

وبالتالي، لضمان نفس المستوى من قمع التموج بتردد 1 ميجا هرتز مثل مكثف التنتالوم 10 μF، يمكنك استخدام مكثف سيراميك بسعة 1.0-2.2 μF. إن التوفير في مساحة اللوحة والمال واضح.

تسمح مقاومة السلسلة المكافئة المنخفضة والخسائر المنخفضة المرتبطة بها بأحمال أعلى بكثير المكثفات السيراميكيةمن التحليل الكهربائي، دون التسبب في تسخين حرج للجزء، على الرغم من أبعادها الإجمالية الأكثر تواضعًا. تظهر في الأشكال أدناه منحنيات مقارنة لمكثفات التسخين بواسطة تيارات نبضية ذات ترددات مختلفة.

ميزة أخرى مهمة للمكثفات الخزفية هي قدرتها على تحمل الجهد الزائد العالي على المدى القصير، وهو أعلى بعدة مرات من الفولتية الاسمية. يعرف أي شخص اختار مكثفات التنعيم لتبديل مصادر الطاقة مدى أهمية ذلك، لأنه في لحظات بدء التشغيل وإيقاف التشغيل، يمكن توليد نبضات بسعة تصل إلى عدة قيم لجهد الخرج، مما يفرض الاستخدام المكثفات كهربائيامع احتياطي الجهد الكبير.

تظهر في الشكل الخصائص المقارنة لجهد الانهيار لأنواع مختلفة من المكثفات وفقًا لنتائج الاختبارات التي أجراها موراتا:

الآن بضع كلمات عن الحزن. مع كل مميزاتها، يتم إنتاج المكثفات الخزفية عالية السعة باستخدام المواد العازلة من النوعين X7R/X5R وY5V. السمة المميزة لها هي الاعتماد القوي لثابت العزل الكهربائي ومعه وفقًا لـ (1) السعة على درجة الحرارة والجهد المطبق. التبعيات النموذجية من هذا النوع للمكثفات أنواع مختلفةتظهر في الصورتين أدناه.

الاعتماد على درجة حرارة سعة المكثف

اعتماد سعة المكثف على الجهد المطبق

منهم نرى أنه مع المتطلبات الصارمة إلى حد ما لاستقرار القيمة الاسمية، على سبيل المثال، في دوائر التوقيت أو عند فصل المكونات الثابتة والمتغيرة، يمكن التوصية فقط بالسيراميك مع عازل X7R لاستبدال المكثفات الإلكتروليتية، والتي قد تتحول سيكون أكثر إثارة للاهتمام إذا أخذت في الاعتبار أن نطاق درجة حرارة التشغيل المسموح به هو 55: +125 درجة مئوية، مما يسمح له بالعثور على تطبيق في كل من المعدات المصممة للعمل في الهواء الطلق في الظروف الشمالية، وفي معدات السيارات، بمتطلباتها الصارمة. للحفاظ على قابلية التشغيل في درجات حرارة عالية.

ومع ذلك، بالنسبة لمكثف التنعيم، فإن استقرار القيمة الاسمية ليس معلمة حرجة. لذلك، يمكننا أيضًا الاعتماد على الطلب المرتفع على الأجهزة المعتمدة على سيراميك Y5V الأقل استقرارًا، والتي يمكن الحصول منها على أجزاء ذات حجم وتكلفة أصغر.

وضع العلامات وتصنيف المكثفات

تصنيف المكثفات ممكن وفقا لمعايير مختلفة. من الأفضل تصنيفها حسب نوع العازل الكهربائي. الاختصارات التي تسمح لك بتحديد نوع مكثف معين تحتوي على ثلاثة عناصر.

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

ك - مكثف ثابت.

CT - مكثف التشذيب.

KP - مكثف متغير.

العنصر الثاني- رقم يشير إلى نوع المكثف:

1 - فراغ؛

2 - الهواء.

3 - مع عازل غازي.

4 - مع عازل صلب.

10 - السيراميك للجهد المقنن حتى 1600 فولت؛

15 - السيراميك للجهد المقنن 1600 فولت وما فوق؛

20 - الكوارتز.

21 - الزجاج.

22 - الزجاج والسيراميك.

23 - المينا الزجاجية.

31 - ميكا منخفضة الطاقة؛

32 - ميكا عالية الطاقة؛

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

41 - ورق للجهد المقنن 2 كيلو فولت وما فوق مع بطانات رقائق معدنية.

42 - ورق ببطانات معدنية.

50 - رقائق الألومنيوم كهربائيا.

51 - التنتالوم رقائق التحليل الكهربائي، النيوبيوم، وما إلى ذلك؛

2 - مسامية حجمية كهربائيا.

53 - أكسيد أشباه الموصلات.

54 - أكسيد المعدن.

60 - الهواء.

61 - فراغ.

71 - البوليسترين.

72 - البلاستيك الفلوري.

73 - البولي ايثيلين تيريفثاليت.

75 - مجتمعة؛

76 - فيلم الورنيش.

77 - البولي.

العنصر الثالث- الرقم التسلسلي للمكثف المخصص أثناء التطوير.

وضع علامات على المكثفات.

في المكثفات ذات الحجم الكبير بما فيه الكفاية، تتم الإشارة إلى النوع والسعة المقدرة والانحراف المسموح به للسعة عن القيمة الاسمية كنسبة مئوية، والجهد المقنن، وعلامة الشركة المصنعة، وشهر وسنة الصنع. إذا تم إنتاج مكثف من نوع معين في فئة دقة واحدة فقط، فلن يتم تحديد التسامح. على الميكا وبعض المكثفات الأخرى يشار إلى مجموعة TKE.

لوضع علامات على المكثفات، يتم استخدام التسميات التي أنشأها GOST 11076-69 (ST SEV 1810-79). اعتمادا على حجم المكثف، يتم استخدام التسميات الكاملة أو المختصرة (المشفرة). يجب أن يتكون التعيين الكامل للسعة الاسمية من قيمة السعة الاسمية وفقًا لـ GOST 2519-67 وتعيين وحدة القياس. ويجب أن تتكون التسمية المشفرة للسعة الاسمية من ثلاثة أو أربعة أحرف، منها رقمان أو ثلاثة أرقام وحرف. يشير رمز الحرف إلى المضاعف الذي يشكل قيمة السعة. الحروف اللاتينية أو الروسية p أو P أو n أو N أو m أو M أو m أو I أو F أو Ф تشير إلى العوامل 10-12، 10-9، 10-6، 10-3، 1، على التوالي، لقيم السعة​ معبر عنها بالفاراد . تُستخدم هذه الأحرف كفواصل عند تحديد قيم السعة الكسرية. على سبيل المثال،

5.6 الجبهة الوطنية - 5p6 أو 5P6؛

150 بكسل - 150 بكسل (n15) أو 150 بكسل (M15)؛

3.3 نانو فاراد - 3ن3 أو 3H3؛

2.2 ميكروفاراد - 2 م 2 أو 2 م 2؛

150 فائق التوهج - 150 م (م15) أو 150 م أو I150

ترد في الجدول 1 التسميات المشفرة للانحرافات المسموح بها للسعة عن القيمة الاسمية.

* يتم ترميز انحرافات السعة المسموح بها، والتي يتم التعبير عنها بالبيكوفاراد، 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). ويرد في الجدول 2 التعيين المشفر للجهد المقنن للمكثفات.

ترد في الجدول 3 التعيينات الكاملة والمشفرة للمجموعات وفقًا لاستقرار درجة حرارة الحاوية. ولتمييز مجموعة TKE، يتم أيضًا استخدام رمز اللون - طلاء الجسم بلون معين (الجدول 3)، ووضع علامة على التغييرات المسموح بها في القدرة عندما تتغير 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 تغطية المكثفات بمينا من أي لون وتمييزها بأحرف وأرقام أو رمزين متجاورين (نقاط أو خطوط). في هذه الحالة، يجب أن تحتوي مكثفات المجموعات P100، P33، M47، M750، M1500 على 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 الإشارة". وفي الحالة الأخيرة، يجب أن تكون مساحة العلامة الأولى ضعف مساحة العلامة الثانية تقريبًا.

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

يتم تحديد التسمية المشفرة للسعة الاسمية والانحرافات المسموح بها للسعة على المكثف بخط واحد دون علامات فصل. في المكثفات صغيرة الحجم، قد يكون تحديد انحرافات السعة المسموح بها على خط مختلف (تحت تسمية السعة الاسمية). يتم وضع التسميات المشفرة للبيانات الأخرى بعد الحرف الذي يشير إلى الانحرافات المسموح بها للسعة، بالطريقة التي تحددها GOST أو TU لمكثفات محددة.

في السنوات الأخيرةغالبًا ما يتم تمييز المكثفات بتاريخ تصنيع مشفر. تقع هذه التسميات بعد الرمز الرئيسي ويمكن أن تتكون من حرفين من الأبجدية اللاتينية، أو حرف واحد ورقم عربي. أسطورة، المخصصة للسنوات، وترد في الجدول.

الدوائر الدقيقة

2. التطبيق والتشغيل

العوامل التشغيلية وتأثيرها

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

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

الأحمال المناخية (درجة الحرارة والرطوبة المحيطة، والضغط الجوي، والعوامل البيولوجية، وما إلى ذلك)

الأحمال الميكانيكية (الاهتزاز، الصدمة، التسارع المستمر، الضوضاء الصوتية)؛

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

تحت تأثير هذه العوامل، تتغير معلمات المكثفات. اعتمادًا على نوع الحمل ومدته، تتكون انحرافات المعلمات من تغييرات قابلة للعكس (مؤقتة) وغير قابلة للإلغاء.

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

الأحمال المناخية. تعد درجة الحرارة والرطوبة المحيطة من أهم العوامل التي تؤثر على موثوقية ومتانة وتخزين المكثفات. يؤدي التعرض لفترات طويلة لدرجات حرارة مرتفعة إلى شيخوخة العازل الكهربائي، ونتيجة لذلك تخضع معلمات المكثفات لتغيرات لا رجعة فيها. يتم تحديد الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها للمكثفات عن طريق ضبط الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة الإيجابية وحجم الحمل الكهربائي. استخدام المكثفات في ظروف تتجاوز هذه الحدود أمر غير مقبول، لأنه يمكن أن يسبب تدهورًا حادًا في المعلمات (انخفاض مقاومة العزل والقوة الكهربائية، وانخفاض السعة، وزيادة التيار وفقدان الظل)، وانتهاك ضيق الوصلات، تدهور الخصائص العازلة والوقائية للطلاءات العضوية ومواد التأصيص، وفي بعض الحالات يمكن أن يؤدي إلى فقدان كامل لوظيفة المكثفات.

إلى جانب درجة الحرارة الخارجية، يمكن أن تتأثر المكثفات الموجودة في الجهاز أيضًا بالحرارة الناتجة عن المنتجات الأخرى التي تصبح ساخنة جدًا أثناء تشغيل الجهاز (مولد قوي ومصابيح تعديل، ومقاومات، وما إلى ذلك).

يمكن أن يكون التأثير الحراري على المكثفات إما مستمرًا أو متغيرًا بشكل دوري. يمكن أن يؤدي التغير الحاد في درجة الحرارة إلى حدوث إجهاد ميكانيكي في المواد المختلفة، وفشل وصلات اللحام، وظهور الشقوق والفجوات في أجزاء المكثف.

بالنسبة لمكثفات الأكسيد، يزداد ظل الفقد عند درجات الحرارة المنخفضة. جميع أنواع مكثفات الأكسيد التي تحتوي على إلكتروليت سائل أو معجون تكون غير قابلة للتشغيل عمليًا عند درجات حرارة أقل من 60 درجة مئوية بسبب الانخفاض الحاد في السعة وزيادة ظل الفقد.

عند تشغيل المكثفات في درجات حرارة منخفضة للغاية (تصل إلى 180 درجة مئوية تحت الصفر)، بسبب زيادة هشاشة عدد من المواد الهيكلية، قد تتدهور القوة الميكانيكية للمكثفات.

مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، يجب أن ينخفض ​​الجهد عبر المكثف. في ظل ظروف الرطوبة العالية، تتأثر الخصائص الكهربائية للمكثفات بكل من طبقة الماء المتكونة على السطح (عملية الامتزاز) والامتصاص الداخلي للرطوبة بواسطة العزل الكهربائي (عملية الامتصاص). تتميز المكثفات المختومة فقط بعمليات الامتزاز. بالنسبة للمكثفات التي لا تحتوي على فراغ ولكنها مغلقة بإحكام، فمن الممكن أيضًا اختراق داخليرُطُوبَة.

إن التعرض طويل الأمد للرطوبة العالية له التأثير الأكبر على التغيرات في معلمات المكثفات غير المغلقة. الورق غير المختوم والورق المعدني، وكذلك مكثفات الميكا المضغوطة لديها أقل مقاومة للرطوبة. يؤدي اختراق الرطوبة إلى المكثفات إلى تقليل مقاومة العزل (خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة) والقوة الكهربائية، ويزيد من فقدان الظل والسعة. من الخطورة بشكل خاص بالنسبة للمكثفات غير المغلقة التعرض المتزامن لفترات طويلة للرطوبة العالية والحمل الكهربائي. في هذه الحالة، بالنسبة للمكثفات الخزفية ذات الفجوة المفتوحة بين الأقطاب الكهربائية، من الممكن حدوث انخفاض في مقاومة العزل أو الانهيار الكهربائي بسبب هجرة الأيونات المعدنية للألواح (خاصة الفضة) على طول نهاية المكثف، وبالنسبة للمكثفات المصنوعة من الورق المعدني تدمير الصفائح بسبب عمليات التحليل الكهربائي. بعد أن تظل المكثفات في الظروف المناخية العادية (خاصة بعد التجفيف)، تتم إزالة الرطوبة الممتصة وتستعيد المكثفات المغلقة معلماتها بالكامل تقريبًا.

بالإضافة إلى التأثير المباشر على الخصائص الكهربائية للمكثفات، تسبب الرطوبة تآكل الأجزاء المعدنية وتركيبات التلامس للمكثفات، وتسهل تطور فطريات العفن المختلفة. يمكن أن يتسبب ظهور العفن في تغير اللون وتدمير الطلاءات والعلامات الواقية، وتدهور الخصائص العازلة للمواد العضوية، ويساهم في تكوين طبقة من الرطوبة على المكثفات.

وفي المناطق البحرية، تتعزز التأثيرات الضارة للرطوبة من خلال وجود الأملاح التي تتكون منها مياه البحر في الجو، 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 وغيرها من المركبات العدوانية التي تعزز التأثيرات الضارة للرطوبة.

عندما تنخفض درجة الحرارة الخارجية، قد يتم إنشاء ظروف مواتية لتكوين الصقيع والندى داخل وحدات المعدات. تأثيرات الصقيع والندى ليس لها أي تأثير تقريبًا على أداء المكثفات ذات الجهد المنخفض. ومع ذلك، فإن وجود الرطوبة على سطح المكثفات أثناء الندى قد يزيد من الموصلية السطحية ويؤدي إلى انخفاض في مقاومة العزل، وفي المكثفات ذات الجهد العالي، إلى انخفاض في قوة العزل الكهربائي. وبعد تبخر الندى، تتم استعادة الخصائص الكهربائية للمكثفات. يعتمد وقت الاسترداد على الأبعاد والتصميم والقدرة الحرارية والخصائص الأخرى للمنتج. تظل المكثفات ذات عازل الأكسيد تعمل بكامل طاقتها عند تعرضها للصقيع والندى.

لا تتعرض المكثفات مباشرة للإشعاع الشمسي والأمطار والرمل والغبار. ومع ذلك، يساهم الغبار والرمل في تآكل الأجزاء المعدنية وتطور العفن، وعندما يدخلون في الفجوات بين أجزاء الاحتكاك في مكثفات الضبط، فإنهم يسرعون من تآكلها.

زيادة الضغط (حتى 3 أجهزة الصراف الآلي) ليس لها تأثير كبير على تشغيل المكثفات. في الظروف الضغط المنخفضيتم تقليل القوة الكهربائية للفجوة الهوائية ويتم تهيئة الظروف للأعطال والتداخل. لتجنب الأعطال والومضات عند الضغط الجوي المنخفض، من الضروري تقليل الجهد على المكثف. بالإضافة إلى ذلك، عند الضغط الجوي المنخفض، تتدهور عملية إزالة الحرارة من المكثف، وفي ظروف الفراغ العميق (ضغط أقل من 1.3-106 باسكال)، يكون التسامي (التبخر) ممكنًا. المواد الصلبة. في ظل ظروف الضغط المنخفض، يؤدي تسرب مكثفات الأكسيد مع الإلكتروليت السائل أو المعجون بسبب تبخر المكونات المتطايرة بسهولة إلى فقدان شديد للإلكتروليت، مما يقلل بشكل حاد من عمر الخدمة. يؤدي تدهور القوة الميكانيكية ومرونة المواد العضوية لمجموعة الختم بسبب التسامي إلى زيادة معدل فقدان المنحل بالكهرباء.

الأحمال الميكانيكية

أثناء تشغيل ونقل المعدات، تتعرض المكثفات ل أنواع مختلفةالأحمال الميكانيكية: الاهتزازات، التأثيرات الفردية والمتعددة، التسارع الخطي، الأحمال الصوتية. الأخطر هي أحمال الاهتزاز والصدمات.

يمكن أن يؤدي التعرض للأحمال الميكانيكية التي تتجاوز الحدود المسموح بها إلى حدوث انقطاع في الأسلاك والتوصيلات الداخلية، وزيادة في تيار التسرب في مكثفات الأكسيد، وظهور تشققات في علب السيراميك والعوازل، وانخفاض في القوة الكهربائية، وتغيير في السعة المثبتة للمثبتات. المكثفات. يمكن أن تحدث مستويات عالية من القوى التدميرية عند التعرض لأحمال الصدمات إذا تزامنت مكونات طيف نبضة الصدمة مع ترددات الرنين الطبيعية للمكثف.

يمكن أن يتسبب تأثير الإجهاد الميكانيكي على المكثفات الفراغية في حدوث تغيير في السعة المتزامنة مع تردد الاهتزاز 2R ولحظة أحمال التأثير. بالنسبة لمكثفات الأكسيد (خاصة مكثفات التنتالوم ذات المنحل بالكهرباء السائل)، من الممكن حدوث زيادات تيار تسرب قصيرة المدى أثناء التعرض لأحمال الاهتزاز والصدمات بسبب التدمير المحلي لطبقة الأكسيد.

آثار الإشعاع

إن تطوير الطاقة النووية واستكشاف الفضاء يطرح متطلبات مقاومة العناصر المكونة (بما في ذلك المكثفات) لتأثيرات الإشعاع المؤين والفراغ العميق ودرجات الحرارة المنخفضة للغاية. يمكن أن يتسبب التعرض للإشعاع المؤين بشكل مباشر في حدوث تغييرات في الخصائص الكهربائية والتشغيلية للمكثفات ويساهم في تسريع شيخوخة المواد الهيكلية مع التعرض اللاحق لعوامل أخرى. تعتمد طبيعة ومعدل التغير في المعلمات على الجرعة والكثافة وطيف الطاقة للإشعاع ويتم تحديدهما إلى حد كبير حسب نوع العازل الكهربائي العامل وتصميم المكثف.

تختلف العمليات التي تحدث في المكثفات في ظل ظروف التعرض للإشعاعات المؤينة اختلافًا جوهريًا عن عمليات الشيخوخة في ظل ظروف التشغيل العادية. نتيجة التعرض للإشعاعات المؤينة، قد تحدث أيضًا ظواهر في المكثفات تؤدي إلى تغيرات عكسية أو متبقية في معلماتها الكهربائية.

ترتبط التغييرات العكسية بعمليات تأين المواد العازلة والهواء وتكون مصحوبة بشكل أساسي بانخفاض حاد في مقاومة العزل وزيادة في تيار التسرب بسبب تكوين الشحنات السطحية والداخلية الموزعة على الحجم. ويزداد ظل الخسارة أيضًا، خاصة عند ترددات منخفضة. بعد توقف التشعيع، تتم استعادة مقاومة العزل (تيار التسرب لمكثفات الأكسيد) في معظم الحالات. يعتمد وقت الاسترداد على نوع المادة العازلة والجرعة وقوة الإشعاع.

ترتبط التغييرات المتبقية في المعلمات بشكل رئيسي بالانتهاكات المستمرة لهيكل العزل الكهربائي العامل، وكذلك المواد الواقية والملء. عند التعرض للإشعاع المؤين، يتغير الهيكل والخواص الميكانيكية لمواد البوليمر المستخدمة في الفيلم والمكثفات المدمجة بشكل كبير. عادة ما تكون التغيرات الهيكلية مصحوبة بإطلاق غاز مكثف. تخضع تركيبات التشريب والسليلوز، وهو المكون الرئيسي للورق المكثف، لتغيرات سريعة نسبيًا. ولذلك، فإن المكثفات ذات العازل العضوي تكون أكثر حساسية لتأثيرات الإشعاع من المكثفات ذات العازل غير العضوي. المكثفات الخزفية من النوع الأول هي الأكثر مقاومة للإشعاع المؤين.

يمكن أن يؤدي الضرر الإشعاعي الذي يلحق ببنية المواد أيضًا إلى تدهور الخصائص التشغيلية الرئيسية للمكثفات - عمر الخدمة والقوة الميكانيكية والكهربائية ومقاومة الرطوبة.

الأحمال الكهربائية

تحدث أكبر التغيرات التي لا رجعة فيها في المعلمات بسبب التعرض لفترات طويلة للحمل الكهربائي، حيث تحدث عمليات الشيخوخة التي تؤدي إلى تفاقم القوة الكهربائية. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند اختيار جهد التشغيل، خاصة أثناء التشغيل طويل الأمد للمكثفات. عند الجهد المستمر، السبب الرئيسي للشيخوخة هو العمليات الكهروكيميائية التي تحدث في العازل تحت تأثير مجال ثابتوتتزايد مع زيادة درجة الحرارة والرطوبة في البيئة. يتم تحديد درجة تأثيرها على معلمات المكثفات حسب نوع العازل وتصميم المكثف. وفي هذه الحالة، لا يتجاوز التغيير الإجمالي في معلمات المكثفات القيم المضمونة لفترة الحد الأدنى من وقت التشغيل الواردة في البيانات المرجعية.

مع تناوب أوضاع الجهد والنبض، فإن السبب الرئيسي للشيخوخة هو عمليات التأين التي تحدث داخل العازل الكهربائي أو عند حواف اللوحات، وخاصة في أماكن شوائب الغاز. هذه الظاهرة نموذجية بشكل رئيسي للمكثفات ذات الجهد العالي. يؤدي التأين إلى تدمير العوازل العضوية نتيجة قصفها بالأيونات والإلكترونات الناشئة، وكذلك. بسبب العمل العدواني لأكاسيد الأوزون والنيتروجين الناتجة على العازل. بالنسبة للمواد الخزفية، يؤدي التأين في المسام المغلقة إلى تسخين موضعي قوي، مما يؤدي إلى ضغوط ميكانيكية، مصحوبة بتشقق السيراميك وانهياره على طول الشق.

على الرغم من أن القيمة المسموح بها لشدة المجال الكهربائي في عازل المكثف أثناء الاختبار يتم تحديدها ببعض الهامش، فإن التشغيل تحت حمل كهربائي يتجاوز الجهد المقنن يقلل بشكل حاد من موثوقية المكثفات.

يمكن أن يؤدي تجاوز مكون الجهد المتناوب المسموح به إلى حدوث خلل حراري في المكثف، مما يؤدي إلى التدمير الحراري للعازل الكهربائي. يرجع تطور هذه الظاهرة إلى حقيقة أن الموصلية النشطة للعازل الكهربائي تزداد مع زيادة درجة الحرارة.

تعتبر المكثفات الخزفية المحمية من النوع 1 هي الأكثر مقاومة لأحمال التشغيل الكهربائية وأكثر ثباتًا. يتم تفسير الثبات المنخفض لمكثفات الأكسيد الإلكتروليتي من خلال وجود إلكتروليت سائل أو معجون فيها، وتعتمد مقاومته على درجة الحرارة المحيطة أكثر من مكثفات أشباه الموصلات الأكسيدية. يؤدي التعرض المطول للحمل الكهربائي، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة، إلى تبخر الأجزاء المتطايرة من المنحل بالكهرباء، مما يزيد من مقاومة المنحل بالكهرباء ويزيد بشكل حاد من درجة الحرارة والاعتماد على التردد للسعة وفقدان الظل. تحدث هذه العملية بشكل مكثف في مكثفات الألومنيوم صغيرة الحجم التي تحتوي على إلكتروليت يعتمد على ثنائي ميثيل فورماميد.

أثناء التشغيل طويل الأمد تحت الحمل الكهربائي لبعض أنواع مكثفات التنتالوم الإلكتروليتية، قد تنخفض السعة بسبب تخميل الكاثود، فضلاً عن الأعطال المرتبطة بتدمير العلبة الفضية وتسرب المنحل بالكهرباء الناتج. تؤدي زيادة سعة مكون الجهد المتردد إلى تسريع هذه العملية. الأنواع الجديدة من المكثفات ذات أغلفة التنتالوم خالية من هذا العيب وتتميز باستقرار متزايد للمعلمات ومتانة أعلى.

خصائص التردد وميزات عملها في الأوضاع النبضية

عند اختيار المكثفات للعمل في دوائر التيار المتردد أو النابض، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار خصائص ترددها، والتي يحددها عدد من عوامل التصميم: نوع العازل، وقيم الحث والمقاومة المتسلسلة المكافئة، والتصميم، وما إلى ذلك. أداء المكثفات عند الجهد المتردد محدود بشكل رئيسي بالعوامل التالية:

توليد الحرارة بما يتناسب مع متوسط ​​الطاقة، والتي يمكن أن تزيد بشكل حاد عند تجاوز ظروف التشغيل المسموح بها وتهيئة الظروف للانهيار الحراري للمكثف؛

شدة المجال الكهربائي المؤثر على عازل المكثف والتسبب في شيخوخةه الكهربائية؛

التيار المتدفق عبر المكثف ، بكثافة عالية يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة المحلية وتدمير عقد الاتصال ، واحتراق الصفائح المعدنية ، وما إلى ذلك ؛

درجة الحرارة المحيطة.

تتمتع المكثفات الخزفية من النوع 1 والميكا والمكثفات المصنوعة من أفلام غير قطبية (البوليسترين والبولي بروبيلين وما إلى ذلك) بأعلى خصائص التردد.

نظرًا لحقيقة أن فقدان الطاقة في المكثف يزداد مع زيادة التردد، من أجل الحفاظ على التوازن الحراري في المكثف والقضاء على إمكانية الانهيار مع زيادة التردد، فمن الضروري تقليل سعة المكون المتغير.

بالنسبة لمكثفات السيراميك والميكا، يتم تحديد القيمة المسموح بها لمكون الجهد المتردد على أساس المسموح به قوة رد الفعل.

بالنسبة لعدد من مجموعات المكثفات، قد تنخفض السعة الفعالة بشكل ملحوظ مع زيادة التردد. يحدث الانخفاض في السعة مع زيادة التردد بسبب انخفاض ثابت العزل الكهربائي للعازل وبسبب زيادة المقاومة المتسلسلة المكافئة (ESR).

يحدث ESR بسبب فقدان المكثف - في العزل الكهربائي، في الأجزاء المعدنية، في مقاومات التلامس العابرة، في المنحل بالكهرباء (لمكثفات الأكسيد). في المكثفات التقليدية، يكون ESR صغيرًا جدًا (كسور الأوم) ويمكن ملاحظة انخفاض في السعة مع التردد فقط في منطقة التردد العالي. يحدث أقوى اعتماد للسعة على التردد في مكثفات الأكسيد (خاصة مع المنحل بالكهرباء السائل) بسبب المقاومة العالية للإلكتروليت واعتماده على التردد. بالنسبة لهذه المكثفات، لوحظ انخفاض في السعة مع التردد بدءًا من مئات الهرتز.

في الأوضاع النبضية، يمكن استخدام المكثفات المصممة خصيصًا لهذه الأغراض والتطبيقات العامة. ومع ذلك، في أي حال، عند اختيار المكثفات، من الضروري أن تأخذ بعين الاعتبار ميزات عملها تحت الأحمال النبضية. يجب أن تؤخذ الميزات في الاعتبار من جانبين: ما إذا كان المكثف من هذا النوع قادرًا على توفير تكوين أو نقل نبضة، وما إذا كان هذا الوضع مدمرًا للمكثف.

يمكن أن يكون لفقد الطاقة في المواد العازلة وتجهيزات المكثف تأثير كبير على شكل النبضة، وكذلك على كفاءة الجهاز الذي تم تركيب المكثف فيه. ولذلك، عند اختيار المكثفات لأنماط النبض، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار اعتمادها على درجة الحرارة والتردد من السعة، وظل الخسارة والممانعة. لتحديد ما إذا كان وضع النبض هذا مدمرًا للمكثفات، من الضروري مراعاة الظواهر المرتبطة بتسخين المكثف بسبب التيارات النبضية، وشيخوخة التأين للعوازل الكهربائية، وما إلى ذلك. يمكن أن تؤدي هذه الظواهر إلى انتهاك القوة الكهربائية للعازل المكثف وفشله . لذلك، يتم تحديد حمل النبض المسموح به على المكثف بناءً على المعلمات التالية لوضع النبض: قيم الجهد الموجب والسالب والقمم الحالية، من الذروة إلى الذروة جهد التيار المترددعلى المكثف، مدة صعود وهبوط الجهد، فترة ومعدل تكرار النبضات، وجود مكون ثابت.

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

عند استخدام المكثفات القطبية مع عازل أكسيد في الأوضاع النبضية والجهد النابض، من الضروري مراعاة أن المكون الثابت للجهد يجب أن يكون له قيمة تستبعد إمكانية ظهور جهد قطبية عكسي على المكثف، والمجموع يجب ألا يتجاوز الثابت وسعة الجهد المتردد أو النبضي الجهد المقنن.

تستخدم المكثفات في جميع مجالات الهندسة الكهربائية تقريبًا.

تُستخدم المكثفات (مع المحاثات و/أو المقاومات) لبناء دوائر مختلفة ذات خصائص تعتمد على التردد، وخاصة المرشحات، ودوائر التغذية المرتدة، والدوائر المتذبذبة، وما إلى ذلك. .

عندما يتم تفريغ مكثف بسرعة، يمكن الحصول على نبض عالي الطاقة، على سبيل المثال، في الومضات الضوئية، وأشعة الليزر النبضية التي يتم ضخها بصريًا، ومولدات ماركس، (GIN; GIT)، ومولدات Cockcroft-Walton، وما إلى ذلك.

وبما أن المكثف يمكنه الاحتفاظ بالشحنة لفترة طويلة، فيمكن استخدامه كعنصر ذاكرة أو جهاز تخزين الطاقة الكهربائية.

في الهندسة الكهربائية الصناعية، تستخدم المكثفات لتعويض القدرة التفاعلية وفي المرشحات التوافقية الأعلى.

كمستشعرات إزاحة صغيرة: أي تغيير بسيط في المسافة بين الألواح له تأثير ملحوظ جدًا على سعة المكثف.

في دوائر حماية التتابع والأتمتة، يتم استخدام المكثفات لتنفيذ منطق التشغيل لبعض وسائل الحماية. على وجه الخصوص، في دائرة التشغيل التلقائي، فإن استخدام مكثف يجعل من الممكن ضمان التردد المطلوب لعملية الحماية.

مبدأ أبسط مكثف (مسطح).يظهر في الشكل. 1.

أرز. 1. مبدأ تصميم المكثف المسطح.

1 يغطي،
2 عازلة

قدرة هذا المكثفيتم تحديده من خلال الصيغة المعروفة

تحدده الصيغة

إذا كنت تستخدم بطانات رقائق وعازل كهربائي متعدد الطبقات، فيمكنك صنع مكثفات من النوع الملتف بسعة تخزين محددة تتراوح من حوالي 0.1 جول/كجم إلى 1 جول/كجم أو من 0.03 ميجاوات ساعة/كجم إلى 0.3 ميجاوات ساعة/كجم. نظرًا لانخفاض سعة التخزين المحددة، فإن المكثفات من هذا النوع ليست مناسبة لتخزين كميات كبيرة من الطاقة على المدى الطويل، ولكنها تستخدم على نطاق واسع كمصادر للطاقة التفاعلية في دوائر التيار المتردد وك السعة.

يمكن تخزين الطاقة بشكل أكثر كفاءة في المكثفات كهربائيا، والذي يظهر مبدأه في الشكل. 2.

أرز. 2. .

1 صفائح معدنية أو رقائق معدنية (الألومنيوم، التنتالوم، إلخ)،
2 أكسيد المعدن العازل (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، فيمكن تصنيع هذه المكثفات بسعة كبيرة جدًا (تصل إلى 1 فهرنهايت)، ولكن بجهد منخفض نسبيًا (عادة عدة فولت).

يمكن أن يكون لها قدرة أكبر المكثفات الفائقة (المكثفات الفائقة، الأيونات)، وهي عبارة عن طبقة كهربائية مزدوجة تبلغ سماكتها بضعة أعشار نانومتر عند السطح البيني بين قطب كهربائي مصنوع من الجرافيت الدقيق المسام والكهارل (الشكل 3).

أرز. 3. .

1 أقطاب الجرافيت الصغيرة التي يسهل اختراقها،
2 المنحل بالكهرباء

تصل المساحة الفعالة لألواح هذه المكثفات، بسبب المسامية، إلى 10000 متر مربع لكل جرام من كتلة القطب، مما يجعل من الممكن تحقيق سعة عالية جدًا بأحجام مكثفات صغيرة جدًا. حاليًا، يتم إنتاج المكثفات الفائقة لجهود تصل إلى 2.7 فولت وقدرات تصل إلى 3 كيلو فاراد. وتتراوح سعة تخزينها المحددة عادة من 0.5 وات ساعة/كجم إلى 50 وات ساعة/كجم، وهناك نماذج أولية بسعة تخزين محددة تصل إلى 300 وات ساعة/كجم.

تكنولوجيا التصنيع المكثفات الفائقةمعقدة للغاية، وبالتالي فإن تكلفة وحدة الطاقة المخزنة فيها أعلى بكثير من تكلفة المكثفات الأخرى، حيث تصل إلى 50000؟/كيلوواط ساعة. على الرغم من ذلك، نظرًا لبساطة التصميم وصغر الحجم والموثوقية، كفاءة عالية(95٪ أو أكثر) والمتانة (عدة ملايين من دورات تفريغ الشحن)، بدأ استخدامها في المركبات وفي محطات الطاقة الصناعية بدلاً من البطاريات الكهروكيميائية وغيرها من وسائل تخزين الطاقة. وهي مفيدة بشكل خاص عند استهلاك الطاقة في شكل نبضات قصيرة (على سبيل المثال، لتشغيل محركات الاحتراق الداخلي) أو عند الحاجة إلى شحن سريع (ثواني) لجهاز التخزين. على سبيل المثال، في عام 2005، بدأ التشغيل التجريبي للحافلات ذات المكثفات الفائقة في شنغهاي، حيث يتم شحن بطارية المكثفات أثناء وقوف الحافلة في كل محطة.

يمكن اعتبار أقدم مكثف وفي نفس الوقت أقدم مجمع للطاقة الكهربائية أجسامًا كهرمانية، اكتشف الفيلسوف اليوناني طاليس كهربتها عند فركها بقطعة قماش صوفية حوالي عام 590 قبل الميلاد. عاشراً: أطلق على هذه الظاهرة اسم "إلكترونية" (من الكلمة اليونانية "إلكترون" أي "العنبر"). كانت المولدات الكهروستاتيكية الأولى، التي تم اختراعها في القرن السابع عشر، عبارة عن مكثفات كروية أو أسطوانية، يمكن أن تتراكم على سطحها شحنة كهربائية كافية لتسبب ظاهرة التفريغ. يعتبر أول مكثف حقيقي عبارة عن دورق تضخيم، تم اختراعه في 11 أكتوبر 1745 أثناء تجارب كهربة الماء بواسطة فيزيائي هاوٍ، عميد كاتدرائية كامين، إيوالد يورغن فون كليست (1700-1748) (الشكل 4) ;

أرز. 4. مكثف بقلم إيوالد يورغن فون كليست.

1 زجاجة مملوءة بالماء
2 مسامير، والتي تشكل مع الماء الغطاء العلوي،
3 سلك للمولد الكهربائي،
4 لوحة معدنية (البطانة السفلية).
يو الجهد

يستطيع هذا الجهاز التمييز بوضوح بين اللوحتين والعازل الكهربائي بينهما. تم تصنيع أول مكثف مسطح في عام 1747 على يد طبيب لندن جون بيفيس (1693-1771)، وتم تقديم مصطلح المكثف نفسه (المكثف الإيطالي، "للتكثيف") في عام 1782 من قبل أليساندرو فولتا، أستاذ الفيزياء التجريبية في الجامعة. بافيا (بافيا، إيطاليا)، أليساندرو فولتا، 1745–1827). تم تطوير أول المكثفات الإلكتروليتية في عام 1853 من قبل رئيس معهد كونيجسبيرج الفسيولوجي (كونيجسبيرج، ألمانيا)، هيرمان فون هيلمهولتز (1821-1894)، وأول مكثف فائق مع أقطاب الجرافيت المسامية تم تقديمه للحصول على براءة اختراع في عام 1954 من قبل باحث في معهد كونيجسبيرج. اهتمام الهندسة الكهربائية جنرال إلكتريك (جنرال إلكتريك، الولايات المتحدة الأمريكية) هوارد آي بيكر. بدأت التطبيقات العملية للمكثفات الفائقة في التطور بسرعة في السنوات الأولى من القرن الحادي والعشرين.

مكثف كهربائي (من المكثف اللاتيني - الذي يضغط ويكثف) ، جهاز مصمم للحصول على القيم المطلوبة للسعة الكهربائية وقادر على تجميع (إعادة توزيع) الشحنات الكهربائية.

يتكون المكثف الكهربائي من قطبين (أحيانًا أكثر) متحركين أو ثابتين موصلين (ألواح)، يفصل بينهما عازل. يجب أن يكون للواجهات شكل هندسي وأن يتم وضعها بالنسبة لبعضها البعض بحيث يتم إنشاؤها المجال الكهربائيوتمركزت في الفراغ بينهما. كقاعدة عامة، المسافة بين اللوحات، تساوي سمك العازل، صغيرة مقارنة بالأبعاد الخطية للألواح. لذلك فإن المجال الكهربائي ينشأ عند توصيل الألواح بمصدر ذو جهد ش، يتركز بشكل شبه كامل بين الصفائح. في هذه الحالة، تكون السعات الجوهرية الجزئية للوحات الكهربائية ضئيلة.

وبالتالي فإن المكثف هو نظام يتكون، كقاعدة عامة، من موصلين مشحونين بشكل متعاكس، والشحنة التي يجب أن تنتقل من موصل إلى آخر حتى يشحن أحدهما سالبًا والآخر موجبًا تسمى شحنة المكثف . الفرق المحتمل شبين لوحات المكثف يتناسب طرديا مع كمية الشحن س، وتقع على كل منهم:

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

عدديًا، سعة المكثف الكهربائي C تساوي الشحنة Q لإحدى اللوحات عند جهد 1 فولت:

ج = س/ش.

في النظام الدولي للوحدات، وحدة السعة هي الفاراد - 1 F. تبلغ سعة المكثف فارادًا واحدًا، وينشأ بين اللوحين فرق جهد يساوي واحدًا فولت، وشحنة كل لوح تساوي واحد كولوم. .

يتم تحديد المعلمات والتصميم ونطاق تطبيق المكثفات من خلال العازل الذي يفصل بين ألواحه، وبالتالي يتم التصنيف الرئيسي للمكثفات الكهربائية وفقًا لنوع العازل الكهربائي. اعتمادا على نوع العازل المستخدم، يمكن أن تكون المكثفات الهواء، الورق، الميكا، السيراميك، التحليل الكهربائي، الخ.

بناءً على سعتها، يتم التمييز بين المكثفات الثابتة والمكثفات المتغيرة. يتم تصنيع المكثفات المتغيرة وشبه المتغيرة بسعة يتم التحكم فيها ميكانيكيًا وكهربائيًا. غالبًا ما يتم تغيير السعة في مكثف كهربائي يتم التحكم فيه ميكانيكيًا عن طريق تغيير مساحة لوحاته أو (في كثير من الأحيان) تغيير الفجوة بين اللوحات. يتكون أبسط مكثف هوائي متغير السعة من نظامين معزولين من الصفائح المعدنية التي تتلاءم مع بعضها البعض عند تدوير المقبض: يمكن لمجموعة واحدة (الدوار) أن تتحرك بحيث تتناسب ألواحها مع الفجوات بين لوحات المجموعة الأخرى ( الجزء الثابت). من خلال تحريك وانزلاق نظام من الألواح إلى نظام آخر، يمكنك تغيير سعة المكثف. تُستخدم المكثفات الكهربائية ذات السعة المتغيرة مع عازل صلب (السيراميك، الميكا، الزجاج، الفيلم) بشكل أساسي كشبه متغير (تحت الخطي) مع تغيير بسيط نسبيًا في السعة. حاليًا، يتم استخدام المكثفات المتغيرة الخاضعة للرقابة - varicaps و variconds - على نطاق واسع.

تعتمد سعة المكثف الكهربائي على ثابت العزل الكهربائي للعازل الذي يملأ المكثف، وعلى شكل وحجم ألواحه. بناءً على شكل الألواح، يتم التمييز بين المكثفات المسطحة والأسطوانية والكروية.

يتكون المكثف المسطح من لوحين مسطحين، المسافة بينهما تساوي دصغيرة مقارنة بأبعادها الخطية. وهذا يسمح لنا بإهمال المساحات الصغيرة من عدم تجانس المجال الكهربائي عند حواف الصفائح، ونفترض أن المجال بأكمله موحد ومركّز بين الصفائح. تهمة مكثف سهي شحنة لوحة موجبة الشحنة.

سعة مكثف اللوحة المتوازية مع:

С= ee о S/d

S هي مساحة كل لوحة أو أصغر منها، د- المسافة بين اللوحات، ه س- ثابت الكهربائية، ه- ثابت العزل الكهربائي النسبي للمادة الموجودة بين الصفائح. يؤدي ملء الفراغ بين اللوحين بمادة عازلة إلى زيادة سعة المكثفة همرة واحدة.

الطاقة المخزنة بواسطة مشحونة تصل إلى الجهد المستمر شالمكثف الكهربائي المسطح يساوي:

ث = CU 2 /2.

جنبا إلى جنب مع مكثف مسطح، غالبا ما يتم استخدام مكثف مسطح متعدد الألواح، يحتوي على نلوحات متصلة على التوازي.

إن سعة المكثف الأسطواني، الذي تتكون صفائحه من أسطوانتين مجوفتين متحدتي المحور، يتم إدخالهما في بعضهما البعض ويفصل بينهما عازل كهربائي، تساوي:

С = 2pee o h¤ln(ص 2 /ص 1),

حيث r 2 و r 1 هما نصف قطر الأسطوانات الخارجية والداخلية، على التوالي، و ح- طول الاسطوانة . في هذه الحالة، لا تؤخذ في الاعتبار التشوهات في انتظام المجال الكهربائي عند حواف الصفائح (تأثير الحافة)، وبالتالي فإن هذه الحسابات تعطي قيم سعة أقل من قيمتها قليلاً ج.

سعة المكثف الكروي، وهو عبارة عن كرة مدمجة ببعضها البعض، تساوي:

С = 4pee أو ص 2 ص 1 /(ص 2 -ص 1)،

أين ص 2و ص 1هي نصف قطر المجالات الخارجية والداخلية، على التوالي.

بالإضافة إلى السعة، يتمتع المكثف الكهربائي بمقاومة نشطة روالحث ل. كقاعدة عامة، تُستخدم المكثفات الكهربائية بترددات أقل بكثير من تردد الرنين، حيث يتم عادةً إهمال محاثتها. تعتمد المقاومة النشطة للمكثف على مقاومة العازل، والمواد المصنوعة من الألواح والأقطاب، وشكل وحجم المكثف، والتردد ودرجة الحرارة. يتم استخدام اعتماد مفاعلة المكثفات الكهربائية على التردد في المرشحات الكهربائية.

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

تتميز المكثفات بجهد الانهيار - الفرق المحتمل بين ألواح المكثف الذي يحدث عنده الانهيار - يحدث تفريغ كهربائي من خلال الطبقة العازلة في المكثف. يعتمد جهد الانهيار على شكل الألواح وخصائص العازل الكهربائي وسمكه.

لوحات المكثف تجذب بعضها البعض. تسمى قوة التجاذب بين ألواح المكثف بالقوة الدافعة ويتم حسابها بالصيغة:

F =-س 2 /2ee o S

تشير علامة الطرح إلى أن القوة الدافعة هي قوة جاذبة.

يتم تصنيف المكثفات الكهربائية وفقا لتطبيقها. الجهد المنخفضالتردد المنخفض (سعة محددة عالية مع)، الجهد المنخفض والتردد العالي (عالية مع), الجهد العاليالعاصمة، الجهد العالي، التردد المنخفض والعالي (قوة رد الفعل عالية محددة).

لزيادة السعة وتغيير قيمها المحتملة، يتم توصيل المكثفات بالبطاريات، ويتم استخدام اتصالها التسلسلي أو المتوازي أو المختلط (الذي يتكون من تسلسلي ومتوازي).

يتم تحقيق زيادة في السعة عن طريق توصيل المكثفات بالبطارية على التوازي. في هذه الحالة، يتم توصيل المكثفات بواسطة لوحات مشحونة بالمثل. مع مثل هذا الاتصال، فإن الكمية المحفوظة عبر جميع المكثفات هي فرق الجهد، ويتم تلخيص الشحنات. إجمالي سعة البطارية في اتصال متوازيالمكثفات تساوي مجموع السعات للمكثفات الفردية:

С = С 1 + С 2 + …+ С ن

عندما يتم توصيل المكثفات على التوالي، تكون السعة الناتجة دائمًا أقل من أصغر سعة مستخدمة في البطارية، ولا يمثل كل مكثف سوى جزء من فرق الجهد بين أطراف البطارية، مما يقلل بشكل كبير من احتمالية تعطل المكثف. في اتصالات تسلسليةيتم توصيل المكثفات بواسطة لوحاتها المقابلة. وفي هذه الحالة يتم إضافة القيم المتبادلة للسعات ويتم تحديد السعة الناتجة كما يلي:

1/س = (1/س ن).

تستخدم المكثفات الكهربائية في الدوائر الكهربائية (السعات المجمعة)، وتوليد الطاقة (معوضات الطاقة التفاعلية)، ومولدات الجهد النبضي، ولأغراض القياس ( مكثفات القياسوأجهزة الاستشعار بالسعة).

المكثف هو أحد عناصر الدائرة الكهربائية التي تتكون من أقطاب لوحة موصلة مفصولة بمادة عازلة ومصممة لاستخدام قدرتها. سعة المكثف هي نسبة شحنة المكثف إلى فرق الجهد الذي تنقله الشحنة إلى المكثف.

تُستخدم المواد العضوية وغير العضوية، بما في ذلك طبقات أكسيد بعض المعادن، كمواد عازلة في المكثفات. عندما يتم تطبيق جهد ثابت على مكثف، فإنه يشحن؛ في هذه الحالة، يتم إنفاق قدر معين من العمل، معبرًا عنه بالجول.

تُستخدم المكثفات في جميع مجالات الهندسة الكهربائية تقريبًا. تُستخدم المكثفات (مع المحاثات و/أو المقاومات) لبناء دوائر مختلفة ذات خصائص تعتمد على التردد، على وجه الخصوص، المرشحات، ودوائر التغذية المرتدة، والدوائر المتذبذبة، وما إلى ذلك.

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

في الهندسة الكهربائية الصناعية، تستخدم المكثفات لتعويض القدرة التفاعلية وفي المرشحات التوافقية الأعلى.

المكثفات قادرة على تخزين شحنة كبيرة وإنشاء جهد عالي على اللوحات، والذي يستخدم لأغراض مختلفة، على سبيل المثال، لتسريع الجسيمات المشحونة أو إنشاء تفريغ كهربائي قوي قصير المدى.

قياس محول الطاقة (MT) للإزاحات الصغيرة: التغيير الطفيف في المسافة بين الألواح له تأثير ملحوظ جدًا على سعة المكثف. IP لرطوبة الهواء والخشب (التغيرات في التركيب العازل تؤدي إلى تغيرات في السعة).

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

مكثف تحويل المرحلة. يعد هذا المكثف ضروريًا لبدء تشغيل المحركات غير المتزامنة أحادية الطور، وفي بعض الحالات. يمكن استخدامه أيضًا لبدء وتشغيل المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور عند تشغيلها بجهد أحادي الطور.

بطاريات تخزين الطاقة الكهربائية. في هذه الحالة، يجب أن يكون هناك جهد ثابت إلى حد ما وتيار التفريغ على لوحات المكثف. في هذه الحالة، يجب أن يكون التفريغ نفسه كبيرا في الوقت المناسب.

حاليًا، يجري التطوير التجريبي للسيارات الكهربائية والهجينة باستخدام المكثفات. هناك أيضًا بعض نماذج الترام التي تُستخدم فيها المكثفات لتشغيل محركات الجر عند التحرك على طول المناطق غير النشطة.

تصنيف المكثفات.

الشكل 1.

الرمز على المخططات.

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

تتضمن مجموعة الأغراض العامة المكثفات المستخدمة على نطاق واسع المستخدمة في معظم أنواع وفئات المعدات. تقليديا، يتضمن المكثفات ذات الجهد المنخفض الأكثر شيوعا، والتي لا تخضع لمتطلبات خاصة.

جميع المكثفات الأخرى خاصة. وتشمل هذه: الجهد العالي، والنبض، وقمع الضوضاء، وقياس الجرعات، والبدء، وما إلى ذلك.

اعتمادا على طريقة التثبيت، يمكن تصنيع المكثفات للتركيب المطبوع والمثبت، وكذلك كجزء من الوحدات الدقيقة والدوائر الدقيقة أو للتواصل معها. يمكن أن تكون أسلاك المكثفات المثبتة على الحائط صلبة أو ناعمة، أو محورية أو شعاعية، ومصنوعة من سلك أو شريط دائري، على شكل بتلات، مع مدخل كبل، على شكل دبابيس تغذية، ومسامير دعم، وما إلى ذلك.

وفقا لطبيعة الحماية من المؤثرات الخارجية، يتم تصنيع المكثفات: غير محمية، محمية، غير معزولة، معزولة، مختومة ومختومة.

تسمح المكثفات غير المحمية بالتشغيل في ظروف الرطوبة العالية فقط كجزء من المعدات المغلقة. تسمح المكثفات المحمية بالتشغيل في المعدات من أي تصميم. لا تسمح المكثفات غير المعزولة (مع أو بدون طلاء) بلمس هيكل الجهاز. تتميز المكثفات المعزولة بطبقة عازلة جيدة إلى حد ما وتسمح للغطاء بلمس هيكل الجهاز. تحتوي المكثفات المضغوطة على هيكل مبيت محكم الإغلاق بمواد عضوية. تتميز المكثفات المختومة بتصميم مبيت محكم يلغي إمكانية الاتصال بين البيئة ومساحتها الداخلية. يتم الختم باستخدام الحالات الخزفية والمعدنية أو القوارير الزجاجية. بناءً على نوع العازل الكهربائي، يمكن تقسيم جميع المكثفات إلى مجموعات: مع عازل عضوي وغير عضوي وغازي وأكسيد.