تعریف خازن:

خازن وسیله ای الکترونیکی است که می‌تواند بار الکتریکی را در خود ذخیره کند. انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارد اما همه آن‌ها شامل حداقل دو هادی هستند که توسط یک عایق، از یکدیگر جدا شده‌اند.^[۲] نام این هادی‌ها صفحات خازن است. صفحات خازن می‌توانند از جنس ف یا الکترولیتباشند.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. آن‌ها 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 هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنال‌های متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنال‌های مستقیم می‌شوند.

خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند.

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. وسیله ای است که برای ذخیره‌سازی بار الکتریکی به کار می‌رود. تعریف ظرفیّت خازن: نسبت بار ذخیره شده در خازن به اختلاف پتانسیل دوسر خازن ا ظرفیّت خازن می‌نامند. آن را با Cنمایش داده واحد آن فاراد است. نماد خازن دارای چهار خط است که در امتداد هم هستند.

ظرفیت خازن چیست ؟

ظرفیت خازن معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌باشد. باید گفت که ظرفیت خازن‌ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. چهار واحد مرسوم میلی فاراد mf, میکروفاراد F، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.

m means 10-3 (thousand), so 1000mF = 1F

means 10-6 (millionth), so 1000000F = 1F

n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1F

p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF

نمونه ای از خازن عدسی و الکترولیتی و پلی استر:

 

در خازن های الکترولیتی که ظرفیت بسیار بالایی دارند ظرفیت همه ی آنها بر روی بدنه شان نوشته شده است (بر حسب mF). این نوع خازنها قطبی هستند یعنی دارای سر مثبت و سر منفی هستند که معمولاً سر منفی بر روی بدنه خازن مشخص شده است و باید دقت کرد که سر منفی و مثبت اشتباه وصل نشوند چون در این صورت مایع الکترولیت داخل آن به گاز تبدیل می شود و احتمالاً باعث منفجر شدن خازن می شود و یا از خازن خارج می شود در این صورت ظرفیت خازن تا حد زیادی کم خواهد شد و دیگر خازن به درد نمی خورد.

در خازن های عدسی و پلی استر معمولاً عدد 1، 2 یا 3 رقمی بر روی بدنه آنها درج شده است که مقدار ظرفیت این نوع خازن را مشخص می کنند و نحوه تشخیص ظرفیت بدین صورت است: اگر عدد 1 یا 2 رقمی بر روی بدنه این خازنها درج شده بود همان عدد مقدار ظرفیت خازن بر حسب pF (پیکو فاراد) ، و اگر عدد 3 رقمی بر روی بدنه آنها نوشته شده بود، (مثلاً 223) دو رقم سمت چپ را می نویسیم (یعنی 22) و به جای شماره رقم سمت راست صفر می گذاریم (یعنی 22000) و این عدد بیانگر مقدار خازن بر حسب pF است.

نکته: بر روی بدنه بعضی از خازنها(ترجیحاً قدیمی) اعداد رنگی مانند مقاومت ها چاپ می شود که مقدار ظرفیت خازن را مشخص می کنند.

تصویر چند نمونه از خازن الکترولیتی:

 

ظرفیت خازن و فرمول آن

 همانطور که در بالا گفته شد ظرفیت خازن معیاری برای اندازه‌گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. هرچه ظرفیت یک خازن بیشتر باشد، خازن قادر به نگه داری انرژیالکتریکی بیشتری است. ظرفیت خازن‌ها یک کمیت فیزیکی‌ست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

واحد اندازه گیری ظرفیت خازن در SI کولن بر ولت بوده که آن را فاراد (F) می‌نامند. ۱ فاراد یکای بسیار بزرگی است و در عمل، ظرفیت اکثر خازن‌های متداول در محدودهٔ میلی فاراد (mF)، میکروفاراد (F)، نانو فاراد(nF) و پیکو فاراد(pF) است.

نسبت مقدار باری که روی صفحات خازن انباشته می‌شود ({\displaystyle Q}) بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری ({\displaystyle V}) را ظرفیت خازن ({\displaystyle C}) گویند. یعنی {\displaystyle C={\frac {Q}{V}}}. در خازن‌های تخت (که دو صفحهٔ خازن، دو صفحه رسانای موازی با مساحت {\displaystyle A} است که به فاصله {\displaystyle d} از یکدیگر قرار گرفته‌اند) ظرفیت برابر است با {\displaystyle C=\kappa \varepsilon _{0}{\frac {A}{d}}}. در این رابطه {\displaystyle \varepsilon _{0}=8.85\times 10^{-12}{\frac {C^{2}}{N.m^{2}}}} ضریب گذردهی الکتریکی خلأ است و {\displaystyle \kappa } ثابت دی الکتریک است که متناسب با جنس دی‌الکتریک استفاده شده در خازن است. تقریباً برای هوا و خلاء {\displaystyle \kappa =1} است و برای محیطهای دیگر مانند آب {\displaystyle \kappa =80} و …

• آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن تنها به اندازه بار ({\displaystyle Q}) یا به اختلاف پتانسیل دو سر خازن ({\displaystyle V}) بستگی ندارد بلکه به {\displaystyle {\frac {Q}{V}}} بستگی دارد.

• درمطالب بعدی سعی میکنم تا انواع خازن هارو معرفی کنم