راهكاری جديد براي توليد برق از انرژی خورشيدی

 مقدمه  :

     اساساً اگر بخواهید انرژیهای تجدید‌پذیر از كاربرد وسیعی برخوردار شوند   باید كه تكنولوژی‌های ارایه شده ساده و قابل اعتماد بوده و برای كشورهای كمتر  توسعه یافته نیز مشكلات فنی به همراه نداشته باشد و بتوان از منابع محدود مواد  خام   آنها نیز استفاده كرد. در مرحله بعدی نیز باید به آب زیاد نیاز نداشته باشد.
در همینجا باید گفت كه تكنولوژی دودكش دارای این شرایط  است. بررسیهای اقتصادی نشان داده است كه اگر این نیروگاهها در مقیاس بزرگ  (بزرگتر یا مساوی ۱۰۰ مگاوات) ساخته شوند، قیمت برق تولیدی آنها قابل مقایسه با برق نیروگاههای متداول است. این موضوع كافی است كه بتوان انرژی خورشیدی را در مقیاسهای بزرگ نیز به خدمت گرفت.
بر این اساس می‌توان انتظار داشت كه دودكشهای خورشیدی بتوانند در زمینه تولید برق برای مناطق پرآفتاب نقش مهمی را ایفا كنند.

بايد توجه داشت كه تكنولوژي دودكش خورشيدي در واقع از سه عنصر اصلي تشكيل شده است كه اولي جمع‌‌كننده هوا و عنصر بعدي برج يا همان دودكش و قسمت آخر نيز توربينهاي باد آن است و همه عناصر آن براي قرنها است كه بصورت شناخته شده درآمده‌اند و تركيب آنها نيز براي توليد برق در سال 1931 توسط گونتر مورد بحث قرار گرفته است.

تاریخچه :

در سال 84-1983 نيز نتايج آزمايشات و بحثهاي نمونه‌اي از دودكش خورشيدي كه در منطقه مانزانارس در كشور اسپانيا ساخته شده بود، ارايه شد. در سال 1990 شلايش و همكاران در مورد قابل تعميم بودن نتايج بدست آمده از اين نمونه دودكش بحثي را ارايه كردند. در سال 1995 شلايش مجدداً اين بحث را مورد بازبيني قرار داد. در ادامه در سال 1997 كريتز طرحي را براي قرار دادن كيسه‌هاي پر از آب در زير سقف جمع‌آوري كننده حرارت ارايه كرد تا از اين طريق انرژي حرارتي ذخيره‌سازي شود. گانون و همكاران در سال 2000 يك تجزيه و تحليل براي سيكل ترموديناميكي ارايه كردند و بعلاوه در سال 2003 نيز مشخصات توربين را مورد تجزيه و تحليل قرار دادند. در همين سال روپريت و همكاران نتايج حاصل از محاسبات ديناميك سيالاتي و نيز طراحي توربين براي يك دوربين خورشيدي 200 مگاواتي را منتشر ساختند. در سال 2003 دوز سانتوز و همكاران تحليلهاي حرارتي و فني حاصل از محاسبات حل شده به كمك كامپيوتر را ارايه كردند.
در حال حاضر در استراليا طرح نيروگاه دودكش خورشيدي با ظرفيت 200 مگاوات در مرحله طراحي و اجرا است http://www.enviromission. Com.au. بايد گفت كه استراليا مكان مناسبي براي اين فناوري است چون شدت تابش خورشيد در اين كشور زياد است. در ثاني زمينهاي صاف و بدون پستي و بلندي در آن زياد است و ديگر اينكه تقاضا براي برق از رشد بالايي برخوردار است ونهايتاً اينكه دولت اين كشور خود را به افزايش استفاده از انرژيهاي تجديد‌پذير ملزم كرده است و از اين رو به 9500 گيگاوات ساعت برق در سال از منابع تجديد پذير جديد نياز دارد.

اصول كار:

هوا در زير يك سقف شفاف كه تشعشع خورشيدي را عبور مي‌دهد، گرم مي‌شود. بايد توجه داشت كه وجود اين سقف و زمين زير آن بعنوان يك كلكتور يا جمع‌كننده خورشيدي عمل مي‌كند. در وسط اين سقف شفاف يك دودكش يا برج عمودي وجود دارد كه هواي زيادي از پايين آن وارد مي‌شود. بايد محل اتصال سقف شفاف و اين برج بصورتي باشد كه منفذي نداشته باشد و اصطلاحاً «هوا بند» شده باشد. بر همگان روشن است كه هواي گرم چون سبكتر از هواي سرد است به سمت بالاي برج حركت مي‌كند. اين حركت باعث ايجاد مكش در پايين برج مي‌شود تا هواي گرم بيشتري را به درون بكشد و هواي سرد پيراموني به زير سقف شفاف وارد شود. براي اينكه بتوان اين فناوري را بصورت 24 ساعته مورد استفاده قرارداد مي‌توان از لوله‌ها يا كيسه‌هاي پرشده از آب در زير سقف استفاده كرد. اين موضوع بسيار ساده انجام مي‌شود يعني در طول روز آب حرارت را جذب كرده وگرم مي‌شود و در طول شب اين حرارت را آزاد مي‌كند. قابل ذكر است كه بايد اين لوله‌ها را فقط براي يكبار با آب پر كرده و به آب اضافي نيازي نيست. بنابراين اساس كار بدين صورت است كه تشعشع خورشيدي در اين برج باعث ايجاد يك مكش به سمت بالا مي‌شود كه انرژي حاصل از اين مكش توسط چند مرحله توربين تعبيه شده در برج به انرژي مكانيكي تبديل و سپس به برق تبديل مي‌شود.

توان خروجي:
به زبان ساده مي‌توان توان خروجي برجهاي خورشيدي را بصورت حاصل‌ضرب انرژي خورشيدي ورودي (Qsolar) در راندمان مربوط به جمع‌‌كننده، برج و توربين بيان كرد:
در ادامه سعي مي‌شود پارامترهاي قابل محاسبه مشخص شوند ودر اين راستا بايد گفت كه Qsolar را مي‌توان بصورت حاصلضرب تشعشع افقي (Gh) درمساحت كلكتور (Acoll) نوشت.
در داخل برج جريان گرمايي ناشي از كلكتور به انرژي سينتيك (بصورت كنوكسيون) و انرژي پتانسيل (افت فشار در توربين) تبديل مي‌شود. بنابراين متوجه مي‌شويم كه اختلاف دانسيته هوا كه ناشي از افزايش دما در كلكتور است، بعنوان يك نيروي محركه عمل مي‌كند. هواي سبكتر موجود در برج در قسمت تحتاني و در قسمت فوقاني برج به هواي اطراف متصل است و از اين رو باعث ايجاد يك حركت روبه بالا مي‌شود. در يك چنين حالتي يك اختلاف فشار بين قسمت پايين برج (خروجي كلكتور) و محيط اطراف ايجاد مي‌شود كه فرمول آن بصورت زير است:
بر اين اساس با افزايش ارتفاع برج، ΔPtot افزايش خواهد يافت.
البته اين اختلاف فشار را مي‌توان (با فرض قابل صرفنظر كردن اتلافهاي اصطكاكي) به اختلاف استاتيك و ديناميك تقسيم كرد:
قابل ذكر است كه اختلاف فشار استاتيك در توربين افت مي‌كند و اختلاف فشار ديناميك بيانگر انرژي سينتيك جريان هوا است.
مي‌توان بين توان موجود دراين جريان و اختلاف فشار كل و جريان حجمي هوا وقتي كه ΔPs=0، رابطه‌اي نوشت:
راندمان برج را بصورت زير بيان مي‌كنند:
در عمل افت فشار استاتيك وديناميك ناشي از توربين است. در حالتي كه توربين وجود نداشته باشد مي‌توان به حداكثر سرعت جريان دست يافت و تمام اختلاف فشار موجود به انرژي سينتيك تبديل مي‌شود:
بر اساس تخمين Boussinesq حداكثر سرعت قابل دسترسي براي جريان جابجايي آزاد بصورت زير است:
كه دراين فرمول ΔT همان افزايش دما بين محيط و خروجي كلكتور (ورودي دودكش) است. معادل زير بيانگر راندمان برج و پارامترهاي موثر در آن است:
بر اساس اين نمايش ساده شده در بين پارامترهاي دخيل در دودكش خورشيدي، مهمترين عامل در راندمان برج، ارتفاع آن است. مثلاً براي برجي به ارتفاع 1000 متر اختلاف بين محاسبات دقيق و محاسبه تقريبي ارايه شده، قابل صرفنظر كردن است.
با دقت در معادلات (1)، (2) و (3) مي‌توان دريافت كه توان خروجي يك دودكش خورشيدي متناسب باسطح كلكتور و ارتفاع برج است.
مشخص شد كه توان توليد برق يك دودكش خورشيدي متناسب با حجم حاصل از ارتفاع برج و سطح كلكتور است يعني مي‌توان با يك برج بلند و سطح كم و يا يك برج كوتاه با سطح وسيع به يك ميزان برق توليد كرد. البته اگر اتلاف اصطكاكي وارد معادلات شود ديگر موضوع فوق صادق نيست. با اين وجود تا زماني كه قطر كلكتور بيش از حد زياد نشود مي‌توان از قاعده سرانگشتي فوق استفاده كرد.

كلكتور (جمع کننده ) :
هواي گرم مورد نياز براي دودكش خورشيدي توسط پديده گلخانه‌اي در يك محوطه‌اي كه با پلاستيك يا شيشه پوشانده شده و حدوداً چند متري از زمين فاصله دارد، ايجاد مي‌شود. البته با نزديك شدن به پايه برج، ارتفاع ناحيه پوشانده شده نيز افزايش مي‌يابد تا تغيير مسير حركت جريان هوا بصورت عمودي با كمترين اصطكاك انجام پذيرد. اين پوشش باعث مي‌شود كه امواج تشعشع خورشيد وارد شده و تشعشعهاي با طول موج بالا مجدداً از زمين گرم بازتاب كند. زمين زير اين سقف شيشه‌اي يا پلاستيكي، گرم شده و حرارت خود را به هوايي كه از بيرون وارد اين ناحيه شده است و به سمت برج حركت مي‌كند، پس مي‌دهد.

ذخيره‌سازي:
اگر به يك ظرفيت اضافي براي ذخيره‌سازي حرارت نياز باشد، مي‌توان از لوله‌هاي سياه رنگ كه با آب پر شده‌اند و بر روي زمين در داخل كلكتور قرار داده شده‌‌اند، بهره جست. اين لوله‌ها را بايد فقط يكبار با آب پر كرده و دو طرف آنها را بست و بنابراين تبخير نيز رخ نخواهد داد. حجم آب درون لوله‌ها بنحوي انتخاب مي‌شود كه بسته به توان خروجي نيروگاه لايه‌اي با ضخامت 20-5 سانتيمتري تشكيل شود.
در شب زماني‌كه هواي داخل كلكتور شروع به سرد شدن مي‌كند، آب داخل لوله‌ها نيز حرارت ذخيره شده در طول روز را آزاد مي‌كند. ذخيره حرارت به كمك آب بسيار موثرتر از ذخيره در خاك به تنهايي است چون همانطور كه مي‌دانيد انتقال حرارت بين لوله و آب بسيار بيشتر از انتقال حرارت بين سطح خاك و لايه‌هاي زيرين است و اين از آن بابت است كه ظرفيت حرارتي آب پنج برابر ظرفيت حرارتي خاك است.

برج:
برج به خودي خودنقش موتور حرارتي نيروگاه را بازي مي‌كند و همانند يك لوله تحت فشار است كه به دليل دارا بودن نسبت مناسب سطح به حجم از اتلاف اصطكاكي كمي برخوردار است. در اين برج سرعت مكش به سمت بالاي هوا تقريباً متناسب با افزايش دماي هوا (ΔT) در كلكتور و ارتفاع برج است. در يك دودكش خورشيدي چند مگاواتي، كلكتور باعث مي‌شود كه دماي هوا بين 35-30 درجه سانتيگراد افزايش يابد و اين به معني سرعتي معادل m/sec15 است كه باعث حركت شتابدار هوا نخواهد شد و بنابراين براي انجام عمليات تعمير و نگهداري مي‌توان براحتي وارد آن شد و ريسك سرعت بالاي هوا وجود ندارد.

توربین ها :

با بكارگيري توربينها، انرژي موجود در جريان هوا به انرژي مكانيكي دوراني تبديل مي‌شود. توربينهاي موجود در دودكش خورشيدي شبيه توربينهاي بادي نيستند و بيشتر شبيه توربينهاي نيروگاههاي برقابي هستند كه با استفاده از توربينهاي محفظه‌دار، فشار استاتيك را به انرژي دوراني تبديل مي‌كنند. سرعت هوا در قبل و بعد از توربين تقريباً يكسان است.. توان قابل حصول در اين سيستم متناسب با حاصلضرب جريان حجم هوا در واحد زمان و اختلاف فشار در توربين است. از نقطه نظر بهره‌وري بيشتر از انرژي، هدف سيستم كنترل توربين بحداكثر رساندن اين حاصلضرب در تمام شرايط عملياتي است.

مدل آزمايشي:
براي ساخت يك مدل ازمايشي، تحقيقات تئوريك مفصلي انجام شده كه آزمايشات تونل باد وسيعي را بهمراه داشت و نهايتاً در سال 1981 منجر به ساخت واحدي با توان توليد 50 كيلووات برق در منطقه مانزانارس (Manzanares) در 150 كيلومتري جنوب مادريد در كشور اسپانيا شد و اين واحد از كمك مالي وزارت تحقيق و فناوري آلمان برخوردار بود.
هدف از اين طرح تحقيقاتي، تطبيق، اندازه‌گيري محلي، مقايسه پارامترهاي تئوريك و عملي و بررسي تاثير اجزاء مختلف دودكش خورشيدي بر راندمان و نيز توان توليدي اين فناوري تحت شرايط واقعي و نيز شرايط خاص آب و هوايي بود.
پوشش سقف قسمت كلكتور نه تنها بايد شفاف يا حداقل نيمه شفاف باشد بلكه بايد محكم بوده و از قيمت قابل قبولي برخوردار باشد. براي اين پوشش نوعي از ورقه‌هاي پلاستيكي و نيز شيشه‌ مورد توجه قرار گرفتند تا مشخص شود در درازمدت كداميك از آنها بهتر بوده و صرفه اقتصادي دارد. بايد توجه داشت كه شيشه مي‌تواند ساليان سال در مقابل طوفان و باد مقاومت كرده وآسيب نبيند و در مقابل بارانهاي فصلي نيز نوعي خاصيت خود تميز كنندگي بروز مي‌دهد.
در عوض لايه‌هاي پلاستيكي را بايد درون يك قاب قرار داد و وسط آنها نيز اصطلاحاً به سمت زمين شكم مي‌دهد. هرچند هزينه اوليه سرمايه‌گذاري ورقه‌هاي پلاستيكي كمتر است ولي در مانزانارس با گذشت زمان اين لايه‌ها شكننده شدند و آسيب ديدند. البته با پيشرفت در ساخت لايه‌هاي مقاوم در برابر دما و اشعه ماوراء بنفش مي‌توان به استفاده از پلاستيكها نيز اميداور بود.
مدل ساخته شده در اسپانيا در سال 1982 تكميل گشت و هدف اصلي از ساخت آن نيز گردآوري اطلاعات بود. بين اواسط 1986 تا اوايل 1989 اين واحد بطور مرتب هر روز مورد استفاده قرار گرفت و برق توليدي آن نيز به شبكه برق سراسري متصل شد. طي اين دوره 32 ماهه اين واحد بصورت كاملاً اتوماتيك راهبري شد. در سال 1987 در اين منطقه حدود 3067 ساعت با شدت تابش w/m2 150 وجود داشته است.
يكي از مطالب قابل توجه در راهبري اين مدل آزمايشي آن بود كه اسپانيايي‌ها در زير قسمت كلكتور اقدام به كشاورزي كردند تا اين امكان را نيز در طرح خود مورد بررسي قرار دهند و اصطلاحاً از زمين بصورت بهينه استفاده كنند. نتيجه اين قسمت از تحقيق آن بود كه توانستند گياه مورد نظر خود را پرورش دهند و تاثير آن را بر رطوبت هواي زير سقف و ديگر پارامترهاي مربوطه مورد ارزيابي قرار دهند.
تمامي نتايج بدست آمده بيانگر آن بوده است كه اين فناوري از قابليت كافي جهت استفاده در مقياسهاي بزرگتر را دارا است. بر پايه اين نتايج يك سري تحقيقات توسط موسسات و دانشگاههاي مختلف انجام شد تا وضعيت آن را شبيه سازي و مدلسازي كند تا بتوان نتايج اين سيستم در مقياس بزرگتر را پيشگويي كرده و قابل بررسي كرد.

تحولات آينده:
همانطور كه در ابتداي مقاله اشاره شد در آينده نزديك قرار است يك نيروگاه دودكش خورشيدي با ظرفيت 200 مگاوات در استراليا ساخته شود كه ارتفاع برج آن 1000 متر خواهد بود. بر اساس اطلاعات بدست آمده كشور آفريقاي جنوبي نيز در نظر دارد با كمك سازمانهاي بين‌المللي و نيز نهادهاي سازمان ملل متحد يك نيروگاه با برجي به ارتفاع 1500 متر احداث كند تا از آن براي رفع كمبود برق خود استفاده كند. در اين ارتباط بايد متذكر شد كه دولت هند نيز براي اجراي اين طرح در ايالت گجرات اعلام آمادگي كرده است.
هر چند در ابتدا ساخت برجهاي مرتفع كاري سخت بنظر مي‌رسد ولي نبايد از نظر دور ساخت كه برج مرتفع شهر تورنتو كانادا در حال حاضر داراي 600 متر ارتفاع است و ژاپنيها در نظر دارند آسمانخراشهايي با ارتفاع 2000 متر در مناطقي بسازند كه امكان زمين لرزه آنها نيز زياد است و نهايتاً آنكه ساخت برج ميلاد در كشورمان ايران نيز تاييدي بر اين مدعاست كه امروزه ساخت يك چنين سازه‌هايي دور از دسترسي نيست و ضمناً ما در ساخت سازه‌ سدهاي آبي نشان داده‌ايم كه براحتي مي‌توانيم سازه‌هاي عظيم بتني را برپا سازيم.
جهت اطلاع بيشتر در جدول 2 اندازه‌هاي مختلف فناوري دودكش خورشيدي براي ظرفيتهاي مختلف توليد برق ذكر شده است.
نبايد از نظر دور داشت كه با افزايش قيمت سوختهاي فسيلي معادلات به نفع فناوريهاي مرتبط با انرژيهاي تجديد‌پذير تغيير خواهد كرد. در ثاني در كشورهايي كه دستمزد نيروي كار پايين است، هزينه توليد برق با اين روش كاهش خواهد يافت چون تقريباً نيمي از هزينه ساخت يك چنين نيروگاهي مربوط به هزينه ساخت كلكتور مي‌شود كه با كارگران ارزان و نسبتاً غيرماهر مي‌توان براحتي آن را ساخت.

نتيجه‌گيري:
با توجه به اجرايي شدن معاهده زيست‌محيطي كيوتو پس از پيوستن روسيه و عضويت ايران در اين معاهده، بنظر مي‌رسد كه بايد به دنبال راههايي جهت كاستن از ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي بود.
يكي از بهترين روشها جهت حصول به اين هدف، استفاده از انرژيهاي تجديد‌پذير است و در اين راستا براي كشورهاي در حال توسعه ميتوان فناوري «دودكش خورشيدي» را معرفي كرد. اين معرفي از آن جهت است كه قسمت عمده كار با نيروي نسبتاً غيرماهر قابل انجام است و اين سيستم قادر است بدون نياز به تعمير و نگهداري خاص براي مدت مديدي برق توليد كند و مناسب براي كشورهايي است كه ميزان تابش خورشيد در آنها زياد است. بعلاوه نبايد رشد بالاي تقاضا براي برق در كشوري مانند ايران را نيز از ياد برد.
در ضمن مي‌توان اينگونه طرحها را با استفاده از اعتبارات تعيين شده در معاهده كيوتو كه اصطلاحاً CDM
(Clean Development Mechanism)
خوانده مي‌شوند و حتي اعتبارات ديگر سازمانهاي بين‌المللي پيگيري كرد چون بسياري از سازمانها و كشورها حاضرند جهت استفاده از نتايج و نيز توسعه اينگونه فناوريها،‌كمكهايي را به كشورهاي داوطلب اعطا كنند.-.

مقاومت
Resistor

مقاومت قطعه اي است كه از جنس كربن ساخته مي شود و بمنظور كم نمودن ولتاژ و جريان مورد استفاده قرار مي گيرد . واحد مقاومت اُهم ( Ω ) است
هر هزار اهم برابر با يك كيلو اُهم و هر ميليون اُهم برابر با يك مگا اُهم است
محاسبه مقدار اُهمي يك مقاومت در مقاومتهاي با وات پائين معمولاً مقدار اُهمي مقاومت بصورت كدهاي رنگي و بر روي بدنه ان چاپ مي شود ولي در مقاومتهاي با وات بالا تر مثلاً ۲ وات يا بيشتر ، مقدار اُهمي مقاومت بصورت عدد بر روي آن نوشته مي شود .

محاسبه مقدار اُهم مقاومت هاي رنگي بر اساس جدول رمز مقاومتها و بسيار ساده انجام مي شود بر روي بدنه مقاومت معمولاً ۴ رنگ وجود دارد . براي محاسبه از نوار رنگي نزديك به كناره شروع مي كنيم و ابتدا شماره دو رنگ اول را نوشته و سپس به ميزان عدد رنگ سوم در مقابل دو عدد قبلي صفر قرار مي دهيم . اينك مقدار مقاومت بر حسب اُهم بدست مي آيد
شماره رنگ اول و دوم را مي نويسيم و سپس به تعداد عدد رنگ سوم در مقابل دو رقم قبلي صفر قرار مي دهيم .

درصد خطاي يك مقاومت
رنگ چهارم درصد خطاي مقاومت ( تلرانس ) را نشان مي دهد رنگ چهارم طلائي خطاي مثبت و منفي ۵ درصد است . يعني مقدار اين مقاومت ۵ درصد بيشتر يا ۵ درصد كمتر است . در زير ميزان خطا براي رنگ هاي قهوه اي ، قرمز ، طلائي و نقره اي نشان داده شده است
قهوه اي ±۱% قرمز ±۲% طلائي ±۵%

نقره اي ±۱۰%
۲۷۰۰R means 2.7K Ω
۵۶۰R means 560 Ω
۲K7 means 2.7 kΩ = ۲۷۰۰Ω
۳۹K means 39 kΩ
۱M0 means 1.0 MΩ = ۱۰۰۰ kΩ
مقاومت هاي وات بالا

جنس اين مقاومت ها معمولاً از كرم نيكل است و معمولاً داراي يك روكش گچي يا آجري مي باشند و به همين دليل به مقاومتهاي گچي يا آجري نيز معروف هستند . ظرفيت اُهمي و توان اين مقاومتها بصورت عدد بر روي آنها چاپ مي شود

مقاومتهای خودکار
تر ميسترهادر مدارات برای ممانعت ازآسيب رساندن فشار جريانی كه در ابتدای روشن نمودن آنها در مدار جريان پيدا ميكند بكار برده ميشود. با قرار دادن اين قطعه در ابتدای ورودجريان باعث می شود تا جريانی كه در ابتدای بكار انداختن مدار با فشار وارد ميشود مواجه با تر ميستر شده ومتوقف شود.تر ميستر در مقابل جريان وارده كم كم گرم شده وجريان را تد ريجا وارد مدار ميكند تاآنكه مقاومت خودش براثر گرما كم شده عبور جريان را بحالت عادی در می آورد.

تر ميستر در مدارات راديو وتلويزيون استفاده ميشود.البته موارد استفاده فراوانی دارد. كه شما ميتوانيد در مدارات طراحی شده خود تان هم از اين قطعه بكار ببريد وبه مدار خود امكان جديدی را بيافزايد.
البته چگونگی استفاده از اين قطعه بستگی به نياز مدار شما دارد
LDR مقاومت تابع نور

LD R مقاومت تابع نوريا همان ديود تابع نور در تاريکي، مقدار مقاومت الکتريکي اين قطعه بسيار زياد است يعني اجازه ي عبور جريان الکتريکي را از خود نمي دهد. ولي با تابيدن نور بر سطح آن، مقاومت آن کاهش مي يابد و هر چه نور شديدتر باشد، رسانا تر مي شود.
مقاومتهاي توان کم داراي ابعاد کوچک هستند، به همين دليل مقدار مقاومت و تولرانس را بوسيله نوارهاي رنگي مشخص مي‌کنند که خود اين روش به دو شکل صورت مي‌گيرد:
روش چهار نواري

۱٫ روش پنج نواري
روش اول براي مقاومتهاي با تولرانس ۲% به بالا استفاده مي‌شود و روش دوم براي مقاومتهاي دقيق و خيلي دقيق تولرانس کمتر از ۲%) استفاده مي‌شود. در اینجا به روش اول که معمولتر است می‌پردازیم. به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند:

دو رنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم. و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است. عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است. که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.

ساخت هر مقاومت با خطا همراه است. یعنی ممکن است ۵% یا ۱۰% یا ۲۰%خطا داشته باشیم . اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس ۵ % است و اگر نقره‌ای بود نمایانگر مقاومتی با خطای ۱۰% است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را ۲۰ %در نظر می‌گیریم.
به مثال زیر توجه نمایید:

از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد ۴ ، رنگ بنفش معادل عدد ۷ ، رنگ قرمز معادل عدد ۲ ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪۵ می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوی ۴۷۰۰ اهم ، یا ۴٫۷ کیلو اهم است و برای محاسبه خطا عدد۴۷۰۰ را ضربدر ۵ و تقسیم بر ۱۰۰ می‌کنیم، که بدست می‌آید: ۲۳۵

۴۹۳۵ = ۲۳۵ + ۴۷۰۰
۴۴۶۵ = ۲۳۵ – ۴۷۰۰

مقدار واقعی مقاومت چیزی بین ۴۴۶۵ اهم تا ۴۹۳۵ اهم می‌باشد. _
تعاريف ديگر
مقاومت الکتریکی
عبور جریان الکتریکی از هادی ها از بسیاری جهات شبیه عبور گاز از یک لوله است . اگر این لوله پر از پشم فلزی یا ماده مختلتی باشد ، این شباهت ها بیشتر می شود . اتم های نشکیل دهنده سیم هادی از عبور الکترون ها جلوگیری می کنند ، همانطور که الیاف پشم فلزی مانع عبور مولکولهای گاز می شوند . حال می خواهیم ببینیم که مقاومت هادی ها به غیر از جنس فلز به چه عواملی دیگری بستگی دارد .

تاثیر سطح مقطع بر مقاومت الکتریکی
مقاومت هر جسمی به الکترونهای آزاد آن بستگی دارد . می دانید که واحد شدت الکتریکی آمپر ( A ) است . یک آمپر یعنی این که ۶/۲۸ضرب در ۱۰ به توان ۱۸ الکترون آزاد در هر ثانیه از هر نقطه سیم عبور می کند . پس یک هادی خوب باید به مقدار کافی الکترون آزاد داشته باشد تا جریان الکتریکی با چندین آمپر بتواند از آن عبور کند .
بنا بر این طبق شکل هرگاه پهنای فلز افزایش یابد ، در حقیقت سطح مقطع زیادتر و در نتیجه ، مقاومت کم تر می شود . پس سطح مقطع عکس مقاومت عمل می کند

تاثیر طول هادی بر مقاونت الکتریکی :
شاید تصور کنیئ که با افزایش طول هادی عبور جریان راحت تر می شود ولی چنین نیست . اگر چه در یک قطعه مسیبلند تر تعداد بیشتری الکنرون آزاد وجود دارد ولی الکترونهای آزاد اضافی در طول سیم ، در اندازه گیری جریان الکتریکیداخل نمی شود . در واقع هر طول معین از هادی ، مقدار معینی مقاومت دارد و هر چه سیم طویل تر باشد ، مقاومت بیتر می شود .

تغییرات مقاومت به طول سیم
نکته : تغییر طول و سطح مقطع به میزان دو برابر مقاومت را تغییر نمی دهد .
اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار

مدارهای الکتریکی به دو نوع بسته می شوند : سری یا موازی
اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدارسری :
در مدار سری همانگونه که از نامش پیدا است مقاومت ها به دنبال هم بسته شده اند پس باید تمامی مقدار آنها را با هم جمع کرد

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار موازی :
در مدار موازی باید حاصل ضرب تمام مقاومت ها را تقسیم بر مجموع مقاومت ها کرد .
کاربرد مقاومت های الکتریکی
مقاومت های اهمی برای اضافه کردن مقاومت مدارهای الکتریکی به کار می روند . در حقیقت آنها اجسامی هستند که در مقابل عبور جریان مقاومت زیادی از خود نشان می دهند . موادی که غالباٌ در مقاومت ها به کار می روند عبارتند از کربن ،

آلیاژ مخصوص از فلزاتی از قبیل نیکروم کنستانتان و منگانان . مقاومت اهمی را طوری به مدار می بندیم که جریان همان طور که از بار الکتریکی و منبع ولتاژ عبور می کند ، از آن هم بگذرد . در این صورت مقاومت کل مدار مجموع مقاومت های بار الکتریکی ، منبع ولتاژ ، سیم های رابط و مقاومت اهمی است . توجه داشته باشید که فقط با اضافه کردن یک مقاومت اهمی مناسب به مدار می توان مقاومت کل مدار را به اندازه ی دلخواه تغییر داد .

انواع مقامت ها
۱- مقاومت های ترکیبی
۲- مقاومت های سیم پیچی
۳- مقاومت های لایه ای

خازن
خازن چیست و کاركرد آن چگونه است؟
خازن ها انرژي الكتريكي را نگهداري مي كنند و به همراه مقاومت ها ، در مدارات تايمينگ استفاده مي شوند . همچنين از خازن ها براي صاف كردن سطح تغييرات ولتاژ مستقيم استفاده مي شود . از خازن ها در مدارات بعنوان فيلتر هم استفاده مي شود . زيرا خازن ها به راحتي سيگنالهاي غير مستقيم AC را عبور مي دهند ولي مانع عبور سيگنالهاي مستقيم DC مي شوند

ظرفيت :
ظرفيت معياري براي اندازه گيري توانائي نگهداري انرژي الكتريكي است . ظرفيت زياد بدين معني است كه خازن قادر به نگهداري انرژي الكتريكي بيشتري است . واحد اندازه گيري ظرفيت فاراد است . ۱ فاراد واحد بزرگي است و مشخص كننده ظرفيت بالا مي باشد . بنابراين استفاده از واحدهاي كوچكتر نيز در خازنها مرسوم است . ميكروفاراد µF ، نانوفاراد nF و پيكوفاراد pF واحدهاي كوچكتر فاراد هستند .

µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F
n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF
انواع مختلفي از خازن ها وجود دارند كه ميتوان از دو نوع اصلي آنها ، با پلاريته ( قطب دار ) و بدون پلاريته ( بدون قطب ) نام برد .

خازنهاي قطب دار :
الف – خازن هاي الكتروليت
در خازنهاي الكتروليت قطب مثبت و منفي بر روي بدنه آنها مشخص شده و بر اساس قطب ها در مدارات مورد استفاده قرار مي گيرند . دو نوع طراحي براي شكل اين خازن ها وجود دارد . يكي شكل اَكسيل كه در اين نوع پايه هاي يكي در طرف راست و ديگري در طرف چپ قرار دارد و ديگري راديال كه در اين نوع هر دو پايه خازن در يك طرف آن قرار دارد . در شكل نمونه اي از خازن اكسيل و راديال نشان داده شده است .

در خازن هاي الكتروليت ظرفيت آنها بصورت يك عدد بر روي بدنه شان نوشته شده است . همچنين ولتاژ تحمل خازن ها نيز بر روي بدنه آنها نوشته شده و هنگام انتخاب يك خازن بايد اين ولتاژ مد نظر قرار گيرد . اين خازن ها آسيبي نمي بينند مگر اينكه با هويه داغ شوند

.
ب – خازن هاي تانتاليوم
خازن هاي تانتاليم هم از نوع قطب دار هستند و مانند خازنهاي الكتروليت معمولاً ولتاژ كمي دارند . اين خازن ها معمولاً در سايز هاي كوچك و البته گران تهيه مي شوند و بنابراين يك ظرفيت بالا را در سايزي كوچك را ارائه مي دهند .

در خازنهاي تانتاليوم جديد ، ولتاژ و ظرفيت بر روي بدنه آنها نوشته شده ولي در انواع قديمي از يك نوار رنگي استفاده مي شود كه مثلا دو خط دارد ( براي دو رقم ) و يك نقطه رنگي براي تعداد صفرها وجود دارد كه ظرفيت بر حست ميكروفاراد را مشخص مي كنند . براي دو رقم اول كدهاي استاندارد رنگي استفاده مي شود ولي براي تعداد صفرها و محل رنگي ، رنگ خاكستري به معني × ۰٫۰۱ و رنگ سفيد به معني × ۰٫۱ است . نوار رنگي سوم نزديك به انتها ، ولتاژ را مشخص مي كند بطوري كه اگر اين خط زرد باشد ۳/۶ ولت ، مشكي ۱۰ و

لت ، سبز ۱۶ ولت ، آبي ۲۰ ولت ، خاكستري ۲۵ ولت و سفيد ۳۰ ولت را نشان مي دهد .
براي مثال رنگهاي آبي – خاكستري و نقطه سياه به معني ۶۸ ميكروفاراد است .
آبي – خاكستري و نقطه سفيد به معني ۸/۶ ميكروفاراد است .
خازنهاي بدون قطب :

خازن هاي بدون قطب معمولا خازنهاي با ظرفيت كم هستند و ميتوان آنها را از هر طرف در مدارات مورد استفاده قرار داد . اين خازنها در برابر گرما تحمل بيشتري دارند و در ولتاژهاي بالاتر مثلا ۵۰ ولت ، ۲۵۰ ولت و … عرضه مي شوند .

پيدا كردن ظرفيت اين خازنها كمي مشكل است چون انواع زيادي از اين نوع خازنها وجود دارد و سيستم هاي كد گذاري مختلفي براي آنها وجود دارد . در بسياري از خازن ها با ظرفيت كم ، ظرفيت بر روي خازن نوشته شده ولي هيچ واحد يا مضربي براي آن چاپ نشده و براي دانستن واحد بايد به دانش خودتان رجوع كنيد .

براي مثال بر ۱/۰ به معني ۰٫۱µF يا ۱۰۰ نانوفاراد است . گاهي اوقات بر روي اين خازنها چنين نوشته مي شود ( ۴n7 ) به معني ۷/۴ نانوفاراد . در خازن هاي كوچك چنانچه نوشتن بر روي آنها مشكل باشد از شماره هاي كد دار بر روي خازن ها استفاده مي شود . در اين موارد عدد اول و دوم را نوشته و سپس به تعداد عدد سوم در مقابل آن صفر قرار دهيد تا ظرفيت بر حسب پيكوفاراد بدست ايد . بطور مثال اگر بر روي خازني عدد ۱۰۲ چاپ شده باشد ، ظرفيت برابر خواهد بود با ۱۰۰۰ پيكوفاراد يا ۱ نانوفاراد .
کد رنگی خازن ها :
در خازن هاي پليستر براي سالهاي زيادي از كدهاي رنگي بر روي بدنه آنها استفاده مي شد . در اين كد ها سه رنگ اول ظرفيت را نشان مي دهند و رنگ چهارم تولرانس ا نشان مي دهد .
براي مثال قهوه اي – مشكي – نارنجي به معني ۱۰۰۰۰ پيكوفاراد يا ۱۰ نانوفاراد است .
خازن هاي پليستر امروزه به وفور در مدارات الكترونيك مورد استفاده قرار مي گيرند . اين خازنها در برابر حرارت زياد معيوب مي شوند و بنابراين هنگام لحيمكاري بايد به اين نكته توجه داشت .

تعاريف ديگر
همانطور كه ميدانيد خازن در حالت كلي از دو صفحه يا plate هادي جريان الكتريسيته
تشكيل شده كه عايقي تحت عنوان دي الكتريك بين دو صفحه قرار گرفته كه ميتونه هوا هم باشه.
ظرفيت خازن بستگي داره به مساحت صفحات روبرو هم٬ فاصله ۲ صفحه و جنس دي
الكتريك.

معمولا براي صحبت از ظرفيت خازنها از واحد ميكرو فاراد يا -۶^۱۰ فاراد استفاده ميشود.
زيرا ۱ فاراد آنقدر ظرفيت بزرگي است كه در اكثر مواقع كاربرد ندارد.

اينهم نماي شماتيكي از خازن

اين شكل ميتونه در فهم بهتر ظرفيت كمك كنه. در اين دياگرام شما ۲ منبع آب (بجاي خازن)
مشاهده ميكنيد كه اندازه شان متفاوت است. واضح است كه با اينكه ارتفاع آب ورودي
يكسان است(همان ولتاژ) خازن با ظرفيت بالاتر٬ بيشتر آب نگه ميدارد. در واقع همينطور است
كه خازن با ظرفيت بالاتر ميتواند بار بيشتر(الكترون بيشتر) در خودش جا بده.

DC Voltage:
هنگامي كه خازن به جريان مستقيم يا DC وصل است٬‌جريان برقرار مي شور و با آهنگ ثابتي خازن پر ميشود. هنگامي كه جريان ۲ سر خازن با ۲سر ترمينال هاي باتري يكي شد٬ جريان
قطع ميشود. در اين هنگام ميگوييم خازن شارژ شده است. حتي اگر باتري را از مدار خارج كنيم
خازن شارژ مي ماند و اختلاف پتانسيلي بين دو ترمينال آن ديده ميشود.
وقتي از خازنهاي با ظرفيت بالا استفاده ميشود (۲/۱ فاراد به بالا) در اتومبيل٬ هنگامي كه ولتاژ باتري يا دينام افت ميكند٬ خازن بداخل ورودي آمپليفاير تخليه ميشود و كمبود ولتاژ را جبران ميكند

خازن
مقدمه

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:
الف – صفحات هادی
ب – عایق بین هادیها (دی الکتریک(

ساختمان خازن
هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولا صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگتر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا ۱ و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است.

انواع خازن
الف- خازنهای ثابت
• سرامیکی
• خازنهای ورقه‌ای
• خازنهای میکا
• خازنهای الکترولیتی
o آلومینیومی
o تانتالیوم
ب- خازنهای متغیر
• واریابل
• تریمر
انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها
۱٫ مسطح
۲٫ کروی
۳٫ استوانه‌ای

انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها
۱٫ خازن کاغذی
۲٫ خازن الکترونیکی
۳٫ خازن سرامیکی
۴٫ خازن متغییر

خازن مسطح

خازن کروی
خازن تخت)
دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود.
ظرفیت خازن (C)

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.
C = kε۰ A/d

C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد

Q = بار ذخیره شده برحسب کولن

V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت

ε۰ = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: ۸٫۸۵ × ۱۲-۱۰ _ C2/N.m2
k (بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریبا برای هوا و خلأ ۱=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن ۱
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:
۱٫ موازی
۲٫ 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 ۱ ؛ ۲ و ۳ 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

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند.

این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند:
خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.

خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد.

اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: “فاصله صفحات” ، “سطح صفحات” و “نوع دی الکتریک”. اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود

“واریابل” نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن “تریمر” گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای سرامیکی
خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود.

ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین ۵ پیکو فاراد تا ۱/۰ میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای
در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:
الف- خازن های کاغذی : دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد . برای جلوکیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ نا پذیر قرار می دهند .
خازن های کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آن ها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند اما از مزایای این خازن ها آن است که در ولتاژ ها و جریانهای زیاد می توان از آنها استفاده کرد .در شکل زیر ساختمان داخلی خازن کاغذی مشاهده می گردد:

ب – خازنهای پلاستیکی : در این نوع خازن از ورقه های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می شود. ورقه های پلاستیکی همراه با ورقه های نازک فلزی ( آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می شوند.

امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می روند . این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند ، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد . یکی از انواع دی الکتریک هایی که در این خازنها به کار می رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها ” پلی استر ” گفته می شود که از جمله رایج ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است .

در شکل زیر ساختمان داخلی خازن پلاستیکی را می بینید:
خازنهای کاغذی
دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.