فرآیند و ظرفیت خازن

راهنمایی کوتاه: خازن وسیله‌ای است که بار الکتریکی را ذخیره می‌کند و ظرفیت آن نشان‌دهنده میزان این ذخیره‌سازی است.

گام‌به‌گام:

• ۱) خازن چیست؟ خازن از دو صفحه رسانا (معمولاً فلزی) تشکیل شده که توسط یک عایق (دی‌الکتریک) از هم جدا شده‌اند. وقتی به آن ولتاژ وصل می‌شود، بارهای مثبت و منفی روی صفحات جمع می‌شوند.
• ۲) فرآیند شارژ و دشارژ: هنگام اتصال به باتری، خازن شارژ می‌شود (بار ذخیره می‌کند). هنگام اتصال به یک مقاومت یا اتصال کوتاه، دشارژ می‌شود (بار آزاد می‌کند). این فرآیندها معمولاً نمایی هستند.
• ۳) ظرفیت خازن (C): این مقدار ثابتی است که نشان می‌دهد خازن چقدر بار می‌تواند در ولتاژ مشخصی ذخیره کند. واحد آن فاراد (F) است. فرمول اصلی آن این است: $C=\frac{Q}{V}$ که در آن Q بار ذخیره‌شده و V ولتاژ دو سر خازن است.
• ۴) عوامل مؤثر بر ظرفیت: ظرفیت به مساحت صفحات (A)، فاصله بین آنها (d) و ثابت دی‌الکتریک ماده عایق (ε) بستگی دارد: $C=\frac{\epsilon A}{d}$.
• ۵) انرژی ذخیره‌شده: خازن شارژ‌شده انرژی الکتریکی را به صورت میدان الکتریکی بین صفحات ذخیره می‌کند. این انرژی از رابطه $U=\frac{1}{2}C{V}^2$ به دست می‌آید.

پاسخ نهایی: خازن یک قطعه الکتریکی است که می‌تواند بار و انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کند. فرآیند کار آن شامل شارژ (جمع‌آوری بار) و دشارژ (تخلیه بار) است. ظرفیت خازن (C) یک خاصیت فیزیکی ثابت برای آن است که میزان توانایی آن در ذخیره‌سازی بار را در یک ولتاژ مشخص نشان می‌دهد و به جنس، ابعاد و ساختار خازن بستگی دارد.

مثال مشابه: یک خازن ۱۰ میکروفاراد را به یک باتری ۹ ولتی وصل می‌کنیم. بار ذخیره‌شده روی آن چقدر است؟ با استفاده از فرمول Q = C × V داریم: Q = (۱۰ × ۱۰⁻⁶) × ۹ = ۹ × ۱۰⁻⁵ کولن.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: می‌توانی درباره انواع خازن‌ها (خازن تخت، کروی، استوانه‌ای)، مدارهای RC و ثابت زمانی (τ = RC) که سرعت شارژ و دشارژ را تعیین می‌کند، مطالعه کنی. همچنین، نقش خازن‌ها در صاف کردن ولتاژ در منابع تغذیه جالب است.