ما هو مبدأ المكثف عالي الأداء لتخزين الطاقة؟

المكثف أو السعة (: Capacitor)‏ (: Condensatrum) (يطلق عليه أيضاً متسعة أو مكثفة) هو أحد مكونات ، وهو أداة تقوم بتخزين الكهربائية أو الكهربائية لفترة من الزمن على شكل ، يتكوّن من لوحين يحمل كل منهما متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة. ومن ثم تُستخدم الشحنة الكهربائية أو تتبدد في الوقت المناسب. ويفصل اللوحين مادة (كالهواء مثلاً). عند تركيبه في يمكنه تفريغ الشحنة المخزونة فيه لحظيا، كما يمكن إعادة شحنه. والمكثفات المصنّعة لها صفائح معدنية رقيقة موصلة للكهرباء توضع فوق بعضها وبينها طبقات العوازل أو تلف حول بعضها لتص. المكثف أو السعة (: Capacitor)‏ (: Condensatrum) (يطلق عليه أيضاً متسعة أو مكثفة) هو أحد مكونات ، وهو أداة تقوم بتخزين الكهربائية أو الكهربائية لفترة من الزمن على شكل ، يتكوّن من لوحين يحمل كل منهما متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة. ومن ثم تُستخدم الشحنة الكهربائية أو تتبدد في الوقت المناسب. ويفصل اللوحين مادة (كالهواء مثلاً). عند تركيبه في يمكنه تفريغ الشحنة المخزونة فيه لحظيا، كما يمكن إعادة شحنه. والمكثفات المصنّعة لها صفائح معدنية رقيقة موصلة للكهرباء توضع فوق بعضها وبينها طبقات العوازل أو تلف حول بعضها لتصغير حجم المواسع. يطلق على المكثف أيضا اسم مواسعة أو متسعة. وفي يستخدم اسم «مواسعة (Capacitaire)» في الوقت الحالي بشكل أكبر، فيما كان يشار له بالاسم «مكثف (Condenser)» في السابق. تعمل المتسعات تحت مختلف من بضع عشرات كما في الدوائر الإلكترونية والكهربائية إلى آلاف الفولتات كما في . . كانت المكثفات الطبيعية موجودة منذ . وأكثر الأمثلة شيوعًا هي المتراكمة بين السحب في وسطح الأرض حيث يعمل الهواء بينهما . وينتج عن هذا صواعق . في أكتوبر 1745 وجد من ، أنه يمكن تخزين الشحنة عن طريق توصيل (كهروستاتيكي) عالي الجهد بسلك في قارورة زجاجية. عملت يد هذا العالم والماء كموصلات بالرغم من وجود عازل بين يده والماء وهي القارورة (على الرغم من أن تفاصيل الآلية لم يتم تحديدها بشكل صحيح في ذلك الوقت). وجد فون كلايست أن لمس السلك المتصل بالقارورة أدى إلى قوية أكثر إيلامًا بكثير من تلك التي يتم الحصول عليها من (كهروستاتيكي) . في العام التالي اخترع الفيزيائي الهولندي مكثفًا مشابهًا والذي أطلق عليه اسم على اسم حيث كان يعمل. كما أُعجب بقوة الصدمة التي تلقاها وكتب "لن أتحمل صدمة ثانية من أجل مملكة فرنسا". كان دانييل جرالات أول من جمع عدة أوعية بالتوازي لزيادة سعة تخزين الشحنة. قام بفحص وتوصل إلى استنتاج "أن الشحنة مخزنة على الزجاج وليس في الماء" كما كان بفترض آخرون. كما اعتمد مصطلح "البطارية" (الذي يشير إلى زيادة الطاقة مثل صف من المدافع المماثلة) والذي تم تطبيقه لاحقًا على مجموعات من . في عام 1747 تم تصنيع قارورة ليدن عن طريق طلاء الجزء الداخلي والخارجي من الأوعية برقائق معدنية مع ترك مساحة عند الفوهة لمنع حدوث قوس كهربائي بين الرقائق. كانت أقدم وحدة للسعة هي الجرة(وحدة) التي تعادل حوالي 1.11 . كانت قارورة ليدن تُستخدم حصريًا حتى عام 1900 تقريبًا عندما أدى اختراع () إلى زيادة الطلب على المكثفات القياسية وكان الانتقال الثابت إلى الترددات الأعلى يتطلب مكثفات ذات أقل حيث بدأ استخدام طرق بناء أكثر إحكاما مثل صفيحة عازلة مرنة (مثل الورق المزيت) علي شكل عبوة صغيرة محصور داخلها صفائح من رقائق معدنية معزولة ملفوفة أو مطوية. . تعريف سعة المكثف: • سعة المواسع = الشحنة ÷ فرق الجهد بين طرفي المواسع .أو بالإنجليزية: C = Q/Vحيث: Q الشحنة V فرق الجهد . يتضح من ذلك أن سعة المكثف تزيد بزيادة حيث أن الشحنة تزيد بزيادة مساحة سطح المكثف. . ربط مكثفين على التوازي يتم كالآتي: في حالة المكثفات الأسطوانية، نوصل الصفيحة الخارجية الأول بالصفيحة الخارجية للمكثف الثاني بسلك. بسلك آخر نوصل الصفيحة الداخلية للمكثف الأول بالصفيحة الداخلية للثاني. بعد ذلك نوصل الصفائح الخارجية بأحد أقطاب الدائرة الكهربية وليكن ، ونوصل السلك الآخر في الدائرة. بذلك تكبر سعة المواسع طبقا للعلاقة الآتية: • السعة المكافئة موسعتين مربوطة على التوازي:Ceq = c1 + c2 ويتم التوصيل على التوازي حيث يتم توصيل الأطراف السالبة مع بعضها والموجبة مع بعضها . في التوصيل على التوالي نوصل الصفيحة الخارجية للمكثف الأول بالصفيحة الداخلية بالمكثف الثاني بواسطة سلك. والآن نوصل الصفيحة الداخلية للمكثف الأول بالقطب الموجب في الدائرة والصفيحة الخارجية للمكثف الثاني . • السعة المكافئة لموسعتين مربوطين على التوالي:1/C (مكافئة)= 1/C2/1 + C1 ويتم توصيل الطرف الموجب بالطرف السالب والسالب بالموجب والموجب بالسالب وهكذا يمكن أن يوفر تخزين طاقة المكثف كثافة طاقة عالية، واستجابة سريعة، ودورة حياة طويلة، وصيانة منخفضة، وملاءمة للبيئة.