شحن المتسعة وتفريغها

دائرة المتسعة والمقاومة (RC- circuit)

دائرة تيار مستمر تحتوي متسعة فضلاً عن البطارية والمقاومة، ويكون تيارها متغيراً مع الزمن. أبسطها دوائر شحن المتسعة وتفريغها.

شحن المتسعة

عند ربط صفيحتي المتسعة بين قطبي البطارية (المفتاح في الموقع 1) ينحرف مؤشر الكلفانوميتر لحظياً على أحد جانبي صفر التدريجة ثم يعود بسرعة إلى الصفر، ويتوهج المصباح $L_1$ بضوء ساطع لبرهة ثم ينطفئ. تتراكم الإلكترونات على الصفيحة المربوطة بالقطب السالب فتُشحن بـ $Q-$ وتُشحن الأخرى بـ $Q+$ بالمقدار نفسه.

• تيار الشحن يبدأ بمقدار كبير لحظة إغلاق الدائرة $I=\frac{\Delta V_{battery}}{R}$ ويتناقص إلى الصفر بسرعة عند اكتمال الشحن.
• بعد اكتمال الشحن يكون فرق الجهد بين صفيحتي المتسعة مساوياً لفرق الجهد بين قطبي البطارية، فلا يتوافر فرق جهد على طرفي المقاومة ويصبح التيار صفراً؛ لذا تعدّ المتسعة في دائرة التيار المستمر مفتاحاً مفتوحاً بعد أن تُشحن.

تفريغ المتسعة

تفريغ المتسعة هو ربط صفيحتيها معاً بسلك موصل (المفتاح في الموقع 2) فتتعادل شحنة الصفيحتين. ينحرف مؤشر الكلفانوميتر لحظياً إلى الجانب الآخر من صفر التدريجة ثم يعود إلى الصفر بسرعة، ويتوهج المصباح $L_2$ بضوء ساطع للحظة ثم ينطفئ.

• ينساب تيار التفريغ اللحظي، يبدأ بمقدار كبير $I=\frac{\Delta V_{AB}}{R}$ لحظة إغلاق الدائرة ويهبط إلى الصفر بسرعة بعد إتمام التفريغ.
• يتلاشى تيار التفريغ عندما لا يتوافر فرق جهد بين صفيحتي المتسعة $(\Delta V_{AB}=0V)$.
• تبقى صفيحتا المتسعة مشحونتين لمدة زمنية معينة ما لم تُوصلا بسلك موصل، وعملية التفريغ معاكسة لعملية الشحن.

المتسعة في دائرة تيار مستمر (مثال 8)

• إذا رُبطت المتسعة على التوازي مع مصباح في الدائرة: نحسب التيار في الدائرة ثم فرق الجهد بين طرفي المصباح، وهو نفسه فرق الجهد بين صفيحتي المتسعة، ثم $Q=C\Delta V$ و$PE=\frac{1}{2}C(\Delta V)^2$.
• إذا رُبطت على التوالي في الدائرة: تقطع التيار $(I=0)$ بعد شحنها، فيكون فرق الجهد بين صفيحتيها مساوياً لفرق جهد البطارية.