ما هو المكثف الكهربائي

يعدُّ علمُ الكهرباءِ أحدَ أهمّ فروع علم الفيزياء، ويهتمّ علمُ الفيزياء بالبحث في الظواهر الطبيعية التي تحدث مِن حول الإنسان، ويعمل على تفسير هذه الظواهر بأسلوب كمّي يتم فيه بوصف هذه الظواهر بالأرقام، وإيجاد تفسيرات رياضية لها، وتعدُّ الكهرباء من أهم الاحتياجات الضرورية للإنسان، ويمكن الاحساس بأهمية الكهرباء في حياتنا في الفترة التي يتم فيها انقطاع التيار الكهربائي، حيث تنطفئ المصابيح والأجهزة كافة التي تعمل بواسطة الطاقة الكهربائيّة، ويتم تشغيل الأجهزة الكهربائية من خلال وضعها ضمن دارات كهربائية، ويعد المكثف الكهربائي من أهم المكونات التي توضع داخل الأجهزة الكهربائية، وفي هذا المقال سيتم التحدث عن المكثف الكهربائي.
المكثف الكهربائي
يُعرَّف مفهومُ المكثف الكهربائي على أحدِ أهمّ مكونات الدارات الكهربائية، ويُطلق عليه في اللغة الإنجليزية اسم Capacitor، ويُسمى أيضًا بالمواسع الكهربائي، وهو من أدوات تخزين الطاقة الكهربائية أو الشحنات الكهربائية لفترة محددة من الزمن، بحيث يتم تخزين هذه الطاقة على شكل مجال كهربائي، ويمكن أن يتم تشبيهه بالبطارية التي تخزن الطاقة الكهربائية إلى حين الحاجة إليها، وما يميزه عن البطارية أنّه لا يخزن الطاقة على شكل كيميائي بل يخزنها على صورة كهربية ليتم إطلاق الطاقة المختزنة فيه خلال أجزاء من الثانية.
يتكوّن المكثف الكهربائي من لوحين من مادة موصلة، بحيث يكون كل لوح منهما حاملاً لشحنة كهربائية متساوية في مقدارها ومختلفة في إشارتها، ويتم الفصل بين هذين اللوحين بمادة عازلة قد تكون الهواء أو البلاستيك أو السيراميك أو الورق، أو قد يتم استخدام محاليل كيميائية عازلة، ويسمّى المكثف الكهربائي تبعًا لنوع المادة العازلة التي يتم وضعها بين اللوحين الموصلين، فيسمّى المكثّف البلاستيكي، أو السيراميكيّ، أو الهوائي، أو الكيماويّ، أو الورقي.
مبدأ عمل المكثف الكهربائي
بمجرّد تسليط مصدر للتيار الكهربائي على طرفي المكثف الكهربائي، فإن الشحنات الكهربائية السالبة (الإلكترونات) تخترق المكثف من إحدى جهتيه ثم تتوقف بسبب وجود المادة العازلة التي تفصل بين اللوحين الموصلين اللذين يقعان ضمن الدارة الكهربائية ويوجدان في المكثف، ونتيجة لذلك فإن الإلكترونات تتراكم على الجهة المقابلة للطرف السالب، ثم يقلّ عددها في الطرف الآخر، وبسبب تراكم الشحنات بهذه الطريقة يصبح إحدى اللوحين موجبًا والآخر سالبًا.
بعد أن تتراكم الشحنات الموجبة والسالبة على طرفي المواسع الكهربائي فإنه يتحول إلى مصدر لفرق الجهد الكهربائي، وأشبه ما يكون ذلك إلى البطارية، وعندما يصل المكثف إلى الحد الأعلى من قدرته على تخزين الشحنات الكهربائية على طرفيه فإنه يصل حينها إلى السعة القصوى، والتي تسمى سعة المكثف، وبالوصول إلى السعة القصوى يصبح المكثف مشحونًا بالطاقة الكهربائية التي يمكن الاستفادةُ منها لاحقًا.