مقدمه

ساختمان خازن

انواع خازن

• سرامیکی
• خازنهای ورقه‌ای
• خازنهای میکا
• خازنهای الکترولیتی
  • آلومینیومی
  • تانتالیوم

• واریابل
• تریمر

انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها

1. مسطح
2. کروی
3. استوانه‌ای

انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها

1. خازن کاغذی
2. خازن الکترونیکی
3. خازن سرامیکی
4. خازن متغییر

خازن کروی

خازن مسطح (خازن تخت)

ظرفیت خازن (C)

A = سطح خازن بر حسب m²


d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب m

چند نکته

• آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد.
  
  
• بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد. یعنی: q a v
  
  
• ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد. یعنی: C a 1/d
  
  
• ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی الکتریک (K )نسبت مستقیم دارد. یعنی: C a A و C a K

شارژ یا پر کردن یک خازن

وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترونها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار (+) و صفحه دیگر بار (-) پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی با توجه به اینکه کلید همچنان بسته است؛ ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده است.

دشارژ یا تخلیه یک خازن

ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده است. اگر خازن کاملا پر شود دیگر جریانی برقرار نمی‌شود و اگر خازن کاملا تخلیه شود باز هم جریانی برقرار نمی‌شود.

تأثیر ماده دی‌الکتریک در فضای بین دو صفحه موازی یک خازن

وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتمی عایقی که در درون صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دو قطبیهای موجود در عایق طوری شکل گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمّع کنند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند؛ بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق؛ بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراین با افزایش ثابت دی الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد. با گذاشتن دی الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد.

میدان الکتریکی درون خازن تخت

در فضای بین صفحات خازن بار دار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است. اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد.

E=V/d

E: میدان الکتریکی

V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن

d: فاصله بین دو صفحه خازن

میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد.

به هم بستن خازنها

خازنها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند:

1. موازی
2. متوالی (سری)

بستن خازنها به روش موازی

در بستن به روش موازی بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این نوع روش:

• اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکی است.
• بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها.

ظرفیت معادل در حالت موازی

مولد V = V₁ = V₂ = V₃

بار کل Q = Q₁ + Q₂ + Q₃

CV = C₁V₁ + C₂V₂ + C₃V₃

ظرفیت کل : C = C₁ + C₂ + C₃

اندیسها مربوط به خازنهای 1 ؛ 2 و 3 می‌باشد. هرگاه چند خازن باهم موازی باشند، ظرفیت خازن معادل برابر است با مجموع ظرفیت خازنها.

بستن خازنها بصورت متوالی

در بستن به روش متوالی بین خازنها یک نقطه اشتراک وجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده ؛ از مولد بار دریافت می‌کند. صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافت می‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهم برابر است. در بستن خازنها به طریق متوالی:

• بارهای روی صفحات هر خازن یکی است.
• اختلاف پتانسیل دو سر مدار برابر است با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر یک از خازنها.

ظرفیت معادل در حالت متوالی:

بار کل Q = Q₁ + Q₂ + Q₃

اختلاف پتانسیل کل V = V₁ = V₂ = V₃

q/C = q₁/C₁ + q₂/C₂ + q₃/C₃

C^-1 = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃

ظرفیت کل در حالت متوالی ، وارون ظرفیت معادل ، برابر است با مجموع وارون هریک از خازنها.

انرژی ذخیره شده در خازن

پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری که در فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید.

کاربرد خازن

با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود.

 دکتر عبدالمجید ریاضی معاونت وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات

 فوق لیسانس پیوسته در رشته مهندسی برق و الکترونیک از دانشگاه شیراز

نام: عبدالمجید
نام‌خانوادگی :ریاضی
محل تولد:
سال تولد: 1330
سوابق تحصیلی: فوق لیسانس پیوسته در رشته مهندسی برق و الکترونیک گرایش الکترونیک - فوق لیسانس در رشته مهندسی برق و الکترونیک گرایش مخابرات .
سوابق اجرایی:
1-    دبیر شورای عالی فناوری اطلاعات کشور با حکم ریاست محترم جمهوری اسلامی ایران .
2-    معاون فناوری اطلاعات وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات.
3-    عضو مجمع عمومی سازمان فناوری اطلاعات شهرداری تهران به نمایندگی شورای اسلامی شهر تهران.
4-    عضو هیات امنای منطقه دو پژوهشی از طرف وزارت علوم، تحقیقات و فناوری.
5-    عضو هیات امنای مرکز بین المللی علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی از طرف وزارت علوم، تحقیقات و فناوری.
6-    عضو شورای عالی شرکت صنایع الکترونیک ایران از مرداد 81 تا مرداد 84.
7-    عضو هیات مدیره شرکت صنایع الکترونیک شیراز.
8-    مشاور فنی منطقه ویژه اقتصادی برق و الکترونیک شیراز در سال 81.
9-    مدیر طرح توسعه الکترونیک و فناوری اطلاعات استان فارس از شهریور 80 تا پایان شهریور 82.
10- نماینده وزارت دفاع در شورای الکترونیک کشور در طول برنامه‌های دوم و سوم توسعه.
11-عضو و موسس هیات مدیره شرکت گسترش الکترونیک ایران (شرکت گسترش الکترونیک ایران متعلق به شرکت صنایع الکترونیک ایران، بنیاد مستضعفان و جانبازان و سازمان گسترش ونوسازی صنایع ایران می‌باشد) از سال 79 تا مرداد 84.
12- عضو و موسس هیات مدیره موسسه آموزشی و تحقیقاتی دانشگاه شیراز از سال 82 تا مرداد 84.
13- رئیس شورای عالی شرکت صنایع الکترونیک ایران از مرداد 74 تا مرداد 81.
14- رئیس هیات مدیره شرکت ایز ایران از سال 74 تا سال 81.
15- مدیر عامل و نایب رئیس شورای عالی شرکت صنایع الکترونیک ایران از اول مرداد 69 تا مرداد 74.
16- مدیر گروه مخابرات و الکترونیک و معاون اجرایی مدیر عامل صنایع دفاع از مهر 68 تا اول سال 69 .
17- مدیر صنایع مخابرات ایران (صما) وابسته به صنایع دفاع از آبان 63 تا مهر 68.
18- مدیر یکان مخابرات (Communication Division) صنایع الکترونیک ایران و مدیر پروژه مخابراتی سپاه پاسداران انقلاب اسلامی از مهر 60 تا آبان 63 .
19- مدیر بخش مهندسی سیستمها صنایع الکترونیک ایران از اول سال 58 تا مهر 60 .
20- مهندس سیستم‌ها (Systems Engineer) صنایع الکترونیک ایران از اول سال 56 تا اول سال 58 .
سوابق علمی و آموزشی:
1-    اخذ درجه فوق‌لیسانس پیوسته در رشته مهندسی برق و الکترونیک گرایش الکترونیک از دانشگاه شیراز در بهمن ماه 1354.
2-    اخذ درجه فوق لیسانس ناپیوسته در رشته مهندسی برق و الکترونیک گرایش مخابرات با درجه ممتاز از دانشگاه شیراز در آبان ماه 1363.
3-    مدرس دروس الکترونیک در دانشکده صنعت الکترونیک شیراز از مهر 54 تا بهمن 56.
4-    موسس، مدیر و مدرس مرکز آموزش الکترونیک شیراز از مهر 58 تا مهر 62.
5-    عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر از شهریور 75 تاکنون.
6-    رئیس مجتمع دانشگاهی برق و الکترونیک دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران از بهمن 78 تا سال 81 .
7-    رئیس پژوهشگاه الکترنیک ایران از شهریور 83 تا شهریور 84.
8-    عضو ارشد انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران.
9-    عضو هیات موسس انجمن مدیریت تکنولوژی ایران.
10- ارائه مقاله در همایش‌های داخلی و خارجی.
11- تالیف و ترجمه کتب و مقالات تخصصی.
12- تدریس در دانشکده برق دانشگاه علم و صنعت ایران از مهر 77 تا بهمن 78.
13- تدریس در دانشگاه صنتی مالک اشتر شاهین شهر از مهر 74 تا بهمن 77 به صورت پروازی.
14- مجری طرح مطالعاتی ایجاد منطقه آزاد تجاری – صنعتی ویژه الکترونیک کشور.
15- مجری طرح مطالعاتی برنامه‌ریزی استراتژیک صنعت الکترونیک کشور.
16- مدیر مسئول مجله ماهانه صنایع الکترونیک.
17- مدیر ایرانی اولین کنفرانس بین المللی اروپایی- آسیایی فناوری اطلاعات و ارتباطات 2002، این کنفرانس با حضور 100 نفر دانشمند از 35 کشور جهان و بیش از 1200 نفر از اساتید و کارشناسان داخلی در آبان ماه 81 در شیراز برگزار شد.
18- عضو کمیسیون اصلی شورای علوم و تحقیقات و فناوری (عتف) کشور.