انواع خازن چیست؟
در قسمت قبل ماهیت خازن و نحوه عملکرد کلی آن را توضیح دادیم، در این بخش انواع دستهبندی خازن را معرفی خواهیم کرد. دستهبندهای متفاوتی برای خازن وجود دارد که در اینجا به معرفی اجمالی رایجترین آنها میپردازیم.
شکل ساختاری
ذخیرهسازی انرژی الکتریکی که کار اصلی خازن است به شکل ساختاری و اجزا خازن مانند؛ اندازه و جنس صفحات، فاصله آنها از یکدیگر و همچنین اندازه و جنس دیالکتریک بستگی دارد. خازنها را از نظر شکل ساختاری میتوان به انواع زیر دستهبندی کرد:
دی الکتریک
ظرفیت خازن با مساحت صفحات رابطه مستقیم و با فاصله آنها از هم رابطه معکوس دارد. اگر بخواهیم ظرفیت یک خازن را افزایش دهیم باید مساحت صفحات خازن را افزایش دهیم یا فاصله بین صفحات را کاهش دهیم یا ترکیبی از هر دوی آنها اما این کار از جایی به بعد باعث سوختن خازن میشود در نتیجه یک ماده عایق به نام دیالکتریک را بین صفحات خازن قرار میدهند تا هم ظرفیت خازن افزایش پیدا کند و هم باعث عدم سوختن آن شود.
در رابطه ظرفیت خازنهایی که دیالکتریک دارند ثابت دیالکتریک (κ
κ) اضافه میشود در نتیجه رابطه ظرفیت خازن مسطح به شکل زیر خواهد بود:
C=κε0Ad
C=κε0dA
انواع دیالکتریکها به همراه مقدار ثابت κ
κ و قدرت دیالکتریک در جدول زیر به صورت اجمالی آمده است و در انتهای مطلب جدول کامل قرار دارد.
ماده ثابت دیالکتریک (κ
κ) قدرت دیالکتریک (V/m
V/m)
«خلا» (Vacuum) 1.00000 —
«هوا» (Air) 1.00059 3×106
3×106
«تفلون» (Teflon) 2.1 60×106
60×106
توجه کنید که ثابت دیالکتریک هوا بسیار به ثابت دیالکتریک خلا نزدیک است اما تفاوت آنها در این است که اگر میدان الکتریکی (برای خازن مسطح E=V/d
E=V/d) خیلی بزرگ شود، هوا به رسانا تبدیل میشود. همچنین در جدول فوق قدرت دیالکتریک مواد مختلف با واحد ولت بر متر آورده شده است.
قطبیدگی مولکولهای دیالکتریک
قطبیدگی عایق دلیل افزایش ظرفیت خازن در استفاده از دیالکتریک از دیدگاه میکروسکوپیک است. در واقع هر چقدر راحتتر دیالکتریک قطبیده شود ضریب ثابت دیالکتریک یعنی κ
κ نیز بیشتر میشود. برای مثال آب یک مولکول قطبی است به دلیل آنکه یک سمت آن مثبت و سمت دیگر آن منفی است. قطبیدگی آب باعث شده که ضریب دیالکتریک آن به بزرگی ۸۰ باشد. بهترین راه توصیف قطبیدگی به وسیله نیروی کولنی است.