انواع المتسعات – فيزياء السادس الاعدادي

أنواع المتسعات (المكثفات) – شرح مفصل

المتسعة أو المكثف (Capacitor) هي عنصر كهربائي يُستخدم لتخزين الشحنة والطاقة في المجال الكهربائي. تتكوّن من موصلين (عادة صفيحتين معدنيتين) يفصل بينهما عازل كهربائي يُعرف بـ “الديالكترك”. للمتسعات استخدامات واسعة في الدوائر الإلكترونية والكهربائية مثل تنعيم التيار، تخزين الطاقة، توقيت النبضات، وغيرها.

أولًا: تصنيف المتسعات حسب نوع العازل (الديالكترك)

1. متسعات الهواء (Air Capacitors):

   • تحتوي على صفيحتين معدنيتين يفصل بينهما الهواء أو الفراغ.
   • تُستخدم غالبًا في دوائر التردد العالي مثل أجهزة الراديو.
   • مميزاتها: غير قطبية، لا تتأثر بالرطوبة، تتحمل الترددات العالية.

2. متسعات الورق (Paper Capacitors):

   • يُستخدم الورق المشبع بالزيت كعازل بين الصفائح.
   • مغلفة عادة بأنبوب من الألمنيوم أو البلاستيك.
   • كانت شائعة قديمًا ولكن قل استخدامها الآن بسبب الحجم الكبير والتسرب مع الزمن.

3. متسعات الميكا (Mica Capacitors):

   • تحتوي على شرائح من الميكا (مادة عازلة طبيعية) بين الصفائح.
   • عالية الثبات والدقة، تتحمل درجات الحرارة العالية.
   • تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية مثل المذبذبات.

4. متسعات السيراميك (Ceramic Capacitors):

   • تحتوي على مادة سيراميكية كعازل.
   • صغيرة الحجم، غير قطبية، قيمتها السعوية قليلة إلى متوسطة.
   • واسعة الانتشار في الدوائر الإلكترونية الحديثة بسبب صغر الحجم وتكلفتها المنخفضة.

5. متسعات البلاستيك (Plastic Film Capacitors):

   • يُستخدم فيها بلاستيك مثل البوليستر أو البولي بروبلين كعازل.
   • ثابتة الأداء، دقتها عالية، مناسبة للدوائر التي تحتاج لترددات متغيرة.

6. متسعات الإلكتروليت (Electrolytic Capacitors):

   • تحتوي على إلكتروليت (سائل أو معجون) كأحد الأقطاب.
   • تمتاز بسعات كبيرة تصل إلى آلاف المايكروفاراد.
   • قطبية (أي لها طرف موجب وسالب ويجب مراعاة القطبية عند التركيب).
   • تُستخدم لتخزين الطاقة في دوائر التغذية.

7. متسعات التانتالوم (Tantalum Capacitors):

   • نوع خاص من متسعات الإلكتروليت، تستخدم معدن التانتالوم.
   • أصغر حجمًا وأكثر استقرارًا من متسعات الألمنيوم.
   • غالية الثمن نوعًا ما، وتُستخدم في الأجهزة الحساسة والصغيرة مثل الهواتف.

ثانيًا: تصنيف المتسعات حسب الاستخدام

1. متسعات ثابتة (Fixed Capacitors):

   • قيمتها السعوية ثابتة لا يمكن تغييرها.
   • تشمل معظم الأنواع السابقة مثل السيراميك، الإلكتروليت، الورق.

2. متسعات متغيرة (Variable Capacitors):

   • يمكن تغيير سعتها يدويًا أو إلكترونيًا.
   • تُستخدم في أجهزة الراديو لضبط التردد.
   • من أنواعها: المتسعة الدورانية (Rotary Variable Capacitor) والمتسعة ذات الضغط.

3. متسعات قابلة للضبط (Trimmer Capacitors):

   • متسعة صغيرة تُستخدم لضبط دقيق داخل الدائرة.
   • تُضبط مرة واحدة عادة أثناء المعايرة ثم تُترك دون تعديل.

ثالثًا: تصنيف المتسعات حسب الشكل والبناء

1. متسعات ذات الصفائح المتوازية:

   • تتكون من لوحين معدنيين متقابلين.
   • أكثر الأنواع شيوعًا في التطبيقات النظرية والتعليمية.

2. متسعات الأسطوانية:

   • تُلف ورقة عازلة وصفائح معدنية على شكل أسطوانة.
   • تستخدم لتوفير سعة أكبر ضمن حجم صغير نسبيًا.

3. متسعات السطحية (SMD Capacitors):

   • تُستخدم في تقنيات تركيب السطح (Surface Mount Technology).
   • صغيرة الحجم جدًا وتُثبت مباشرة على سطح اللوحة الإلكترونية.
   • تُستخدم في الإلكترونيات الحديثة كالموبايل والحواسيب.

رابعًا: بعض المواصفات المهمة للمتسعات

1. السعة (Capacitance):
   تقاس بالفاراد (F)، وهي كمية الشحنة المخزنة لكل وحدة فرق جهد. القيم العملية تتراوح من بيكوفاراد (pF) إلى ميكروفاراد (µF).
2. فرق الجهد الأقصى (Rated Voltage):
   هو أقصى جهد يمكن تطبيقه على المتسعة دون أن تتلف.
3. القطبية (Polarity):
   مهمة في المتسعات الإلكتروليتية، حيث يجب توصيل الطرف الموجب إلى الجهد الموجب والعكس.
4. التردد: بعض المتسعات تعمل بكفاءة في الترددات العالية (مثل السيراميك)، وبعضها لا يتحمل.
5. التسرب (Leakage Current):
   كمية التيار الصغيرة التي تمر عبر العازل. كلما كان التسرب أقل، كانت المتسعة أفضل.

خامسًا: استخدامات المتسعات

• تخزين الطاقة.
• تنعيم (فلترة) الجهد في مزودات الطاقة.
• المذبذبات والمرشحات (Filters).
• دوائر التوقيت.
• إزالة التشويش من الإشارات.

خاتمة

تتنوع أنواع المتسعات بتنوع استخداماتها وخصائصها، ولكل نوع ميزاته التي تجعله مناسبًا لتطبيقات معينة. لذا يجب اختيار المتسعة المناسبة بناءً على السعة، الجهد، التردد، والقطبية. وفهم هذه الأنواع يفتح الباب أمام استيعاب أوسع للدوائر الكهربائية والإلكترونية.