خازن: تفاوت میان نسخه‌ها

'''خازن'''<ref>[[فرهنگستان زبان و ادب فارسی]] واژهٔ ''خازن'' را به جای ''capacitor'' در [[زبان انگلیسی|انگلیسی]] و در حوزهٔ [[فیزیک]] به تصویب رسانده‌است. {{یادکرد وب | عنوان=فرهنگ واژه‌های مصوّب فرهنگستان: ۱۳۷۶ تا ۱۳۸۵ (بخش لاتین) | تاریخ بازبینی=۲۸ دسامبر ۲۰۱۱ | ناشر=فرهنگستان زبان و ادب فارسی | نشانی=http://www.persianacademy.ir/UserFiles/File/Mosavvab/01_Latin_(A_Z).rar}}</ref> یا '''انباره''' وسیله‌ای الکتریکی است که می‌تواند بار الکتریکی و [[انرژی الکتریکی]] را در خود ذخیره کند. انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارد اما همه آنهاآن‌ها شامل حداقل دو هادی هستند که توسط یک عایق، از یکدیگر جدا شده‌اند.<ref>[http://wikicando.com/معرفی-خازن/ معرفی خازن]،</ref> نام این هادی‌ها صفحات خازن است. صفحات خازن می‌توانند از جنس فلز یا الکترولیت باشند. عایق دی الکتریک نیز لایه‌ای عایق است که بین صفحات خازن قرار می‌گیرد و ظرفیت خازن را افزایش می‌دهد، و جنس آن می‌تواند از شیشه، آب، سرامیک، پلاستیک، میکا، کاغذ و … باشد.

خازن‌ها کاربردهای وسیعی دارند. آنهاآن‌ها به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات [[ولتاژ]] مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان [[فیلتر (شیمیایی)|فیلتر]] هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم می‌شوند.

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 آنهاآن‌ها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.

هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنهاآن‌ها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس [[آلومینیوم]]، [[روی]] و [[نقره]] با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنهاآن‌ها عایقی ([[دی‌الکتریک]]) از جنس [[هوا]]، [[کاغذ]]، [[میکا]]، [[پلاستیک]]، [[سرامیک]]، [[اکسید آلومینیوم]] و [[اکسید تانتالیوم]] استفاده می‌شود. هر چه [[ضریب دی‌الکتریک]] یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی‌الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال، ضریب دی‌الکتریک هوا ۱ و ضریب دی‌الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد؛ بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است. درواقعدر واقع دی الکتریک با ایجاد میدانی در خلاف جهت میدان موجود دربین صفحات خازن به خازن اجازه ذخیره بار بیشتر بدون فروشکست را می‌دهد.

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی‌الکتریک به کار رفته در آنهاآن‌ها تقسیم‌بندی و نام‌گذاری می‌کنند و از آنهاآن‌ها 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 دی‌الکتریک 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 یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهایویژگی‌های خاصی هستند.

خازن سرامیکی {{انگلیسی|Ceramic capacitor}} معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی‌الکتریک بکار رفته از جنس [[سرامیک]] است. ثابت دی‌الکتریک 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 آنهاآن‌ها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولاً بین ۵ [[پیکو]][[فاراد]] تا ۱/۰ [[میکرو]][[فاراد]] است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و [[بسامد]] کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ [[مگا]][[هرتز]] است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنهاآن‌ها به [[دما]]ی محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

دی‌الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک [[کاغذ]] متخلخل تشکیل شده که یک دی‌الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب [[رطوبت]] گردد. برای جلوگیری از [[تبخیر]] دی‌الکتریک درون کاغذ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی‌الکتریک عایق آنهاآن‌ها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنهاآن‌ها استفاده کرد.

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی‌الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی ([[آلومینیوم]]ی) به صورت لوله، در درون قاب [[پلاستیک]]ی بسته‌بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارهای زیادی به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات [[دما]] حساسیت چندانی ندارند، به همین سبب از آنهاآن‌ها در مدارهایی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل [[حرارت]] باشد. یکی از انواع دی‌الکتریک‌هایی که در این خازنها به کار می‌رود [[پلی استایرن]] {{انگلیسی|Polystyrene}} است، از این رو به این خازنها «پلی استر» گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم [[بسامد]] کار خازنهای پلاستیکی حدود یک [[مگا]][[هرتز]] است.

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک [[میکا]] در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر [[رطوبت]] جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریباً بین ۰/۰۱ تا ۱ [[میکرو]][[فاراد]] است. از ویژگیهایویژگی‌های اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا، عمر طولانی و کاربرد در مدارات [[فرکانس بالا]] را نام برد.

این نوع خازنها معمولاً در رنج [[میکرو]][[فاراد]] هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، ''خازن شیمیایی'' است. علت نامیدن آنهاآن‌ها به این نام این است که دی‌الکتریک این خازنها از یک واکنش شیمیایی بین یک الکترولیت رسانا و یکی از صفحات خازن ایجاد می‌شود. این واکنش در اولین بار شارژ شدن خازن در کارخانه اتفاق می‌افتد. در این واکنش یکی از صفحات خازن اکسید شده و این لایه اکسید وظیفه دی الکتریک را انجام می‌دهد. الکترود دیگر و الکترولیت رسانای بین الکترودها با همدیگر الکترود دیگر خازن را تشکیل می‌دهند. نازک بودن لایه اکسید باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شود. این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند و اگر در مدار این قطبیت رعایت نشود لایه اکسید فلز دوباره احیا شده و دو الکترود خازن اتصال کوتاه شده و خازن رسانا می‌شود که می‌تواند باعث گرم شدن الکترولیت و سپس تبخیر آن شده که خود باعث انفجار خازن می‌شود. روی بدنه خازن کنار پایه منفی، علامت – نوشته شده‌است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنهاآن‌ها نیز روی بدنه درج شده‌است. خازن‌های الکترولیتی در دو نوع [[آلومینیوم]]ی و [[تانتالیوم]]ی ساخته می‌شوند. یکی از کاربردهای گسترده این نوع خازن استفاده در [[مدار یکسوساز]] دیودی بعنوانبه عنوان فیلتر dc است.

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه [[آلومینیوم]]ی تشکیل شده‌است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید بر روی آن ایجاد می‌شود «آند» نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنهاآن‌ها قرار دارند هم‌زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک [[الکترولیت]] مناسب که شکل‌گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

این نوع خازنها دارای ظرفیت بسیار زیاد از مرتبهٔ KF(کیلو فاراد) می‌باشند و در ساخت آنهاآن‌ها از فناوری نانو استفاده شده‌است. از این خازنها در کاهش زمان شارژ باتریهای اتومبیل‌های برقی استفاده می‌شود (که اصلی‌ترین مشکل خودروهای برقی می‌باشد)

=== انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنهاآن‌ها ===

خازنهای مسطح از دو صفحه هادی که بین آنهاآن‌ها عایق یا دی‌الکتریک قرار دارد تشکیل می‌شوند. صفحات هادی نسبتاً بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. [[دی‌الکتریک]] این نوع خازن‌ها انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی‌الکتریک می‌نامند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک‌دانه عدس می‌باشند.

در [[مدار دیجیتال|مدارهای دیجیتال]] از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کنندهٔذخیره‌کنندهٔ انرژی استفاده می‌کنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دی شارژ می‌شود ولی در مدارات آنالوگ از خازن جهت ایزوله کردن (جدا ساختن) دو منبع متناوب و مستقیم استفاده می‌شود. خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل می‌کند و اجازه ورود یا خروج می‌دهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل می‌کند و اجازه ورود یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمی‌دهد.

در خازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنهاآن‌ها استفاده می‌شد. در این کدها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می‌دهند و رنگ چهارم [[تولرانس]] (درصد خطا) را نشان می‌دهد.