يتكون المكثف من لوحين موصلين يفصل بينهما وسط عازل، وتُعرّف سعته بأنها نسبة الشحنة المختزنة إلى فرق الجهد بين اللوحين. يمكن تجميع المكثفات على التوالي أو على التوازي كما يلي:
القيمة المكافئة للسعة تعطى بالعلاقة:
1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
القيمة المكافئة للسعة تعطى بالعلاقة:
Ceq = C1 + C2 + C3
عند تفريغ مكثف سعته C عبر مقاومة R فإن الجهد عبر المكثف يتناقص حسب العلاقة:
V(t) = V₀ e-t/(RC)
وبأخذ اللوغاريتم الطبيعي للطرفين:
ln(V/V₀) = - t / (RC)
إذن ميل الخط المستقيم في منحنى ln(V/V₀) مقابل الزمن يساوي: slope = -1/(RC).
في هذا الجزء يتم قياس سعة كل مكثف على حدة، ثم قياس السعة المكافئة عند توصيل المكثفات على التوالي وعلى التوازي.
| العنصر | القيمة المعطاة (µF) | القيمة المقاسة (µF) | نسبة الخطأ (%) |
|---|---|---|---|
| C1 | |||
| C2 | |||
| C3 | |||
| Ceq (Series) | |||
| Ceq (Parallel) |
في هذا الجزء من التجربة، نقوم بتحقيق صحة العلاقات النظرية لتوصيل المكثفات على التوالي والتوازي. عند توصيل المكثفات على التوازي، تزداد المساحة الفعالة للوحات المكثف، مما يزيد من السعة الإجمالية. لهذا السبب، تكون السعة المكافئة لمجموعة موصلة على التوازي أكبر من أي سعة فردية في المجموعة.
أما عند توصيل المكثفات على التوالي، فإن المسافة بين اللوحات الفعالة تزداد، مما يقلل من السعة الإجمالية. لهذا السبب، تكون السعة المكافئة لمجموعة موصلة على التوالي أصغر من أصغر سعة فردية في المجموعة.
من خلال حساب نسبة الخطأ، يمكننا تقييم مدى دقة قياساتنا وفهم العوامل التي قد تؤثر على الدقة، مثل دقة أجهزة القياس، وجودة التوصيلات الكهربائية، ودرجة الحرارة المحيطة. نسبة الخطأ المنخفضة (أقل من 5%) تعتبر مقبولة في معظم التجارب المخبرية.
في هذا الجزء يتم توصيل المكثفات على التوالي ثم شحنها وتفريغها عبر مقاومة كبيرة، وتسجيل تغير الجهد مع الزمن. يمكن استخدام النموذج التفاعلي في الأسفل لإدخال البيانات ورسم منحنى ln(V/V₀).
في هذا الجزء يتم تكرار نفس خطوات الجزء الثاني ولكن بعد توصيل المكثفات على التوازي. يمكن استخدام نفس النموذج التفاعلي لتجربة بيانات التوازي ومقارنتها بنتائج التوالي.
ملاحظة: يتم اعتبار أول قيمة V صحيحة في الجدول كقيمة V₀. بعد إدخال قيم الزمن t والجهد V، اضغط على زر حساب ورسم لحساب ln(V/V₀) ورسم العلاقة البيانية واستخراج الميل و RC والسعة C.
| رقم النقطة | الزمن t (s) | الجهد V (V) | ln(V/V₀) |
|---|
باستخدام هذه الصفحة يمكن للطالب تنفيذ جميع أجزاء التجربة: قياس السعات منفردة ومكافئة، ثم دراسة عملية التفريغ للتوصيل على التوالي وعلى التوازي، واستخدام منحنى ln(V/V₀) لاستخراج الثابت الزمني RC ومنه حساب السعة المكافئة ومقارنتها بالقيم النظرية.
إن فهم خاصية السعة في المكثف لا يقتصر على التجارب المعملية فقط، بل هو أساس لتقنيات حيوية في عالمنا الحديث. السعة هي المقياس الذي يحدد قدرة المكثف على تخزين الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي. هذه القدرة على تخزين وإطلاق الطاقة بسرعة تجعل المكثفات مكونات لا غنى عنها في countless الإلكترونيات.
من أبرز التطبيقات العلمية والتقنية: