مكثف

مكثف

يكتب	مكون الكتروني
مبدأ العمل	السعة
اخترع	إيوالد جورج فون كلايست (1745) بيتر فان موشنبروك (1746)
الرمز الالكتروني

في الهندسة الكهربائية ، المكثف هو جهاز يخزن الطاقة الكهربائية عن طريق تجميع الشحنات الكهربائية على سطحين متقاربين ومعزولين عن بعضهما البعض. كان المكثف يُعرف في الأصل باسم المكثف ، ^[1] وهو مصطلح لا يزال موجودًا في بعض الأسماء المركبة، مثل ميكروفون المكثف . وهو مكون إلكتروني سلبي ذو طرفين .

تعتمد فائدة المكثف على سعته . في حين أن بعض السعة موجودة بين أي موصلين كهربائيين متجاورين في الدائرة ، فإن المكثف هو مكون مصمم خصيصًا لإضافة سعة إلى جزء من الدائرة.

يختلف الشكل المادي وبنية المكثفات العملية على نطاق واسع، وهناك العديد من أنواع المكثفات المستخدمة بشكل شائع. تحتوي معظم المكثفات على موصلين كهربائيين على الأقل ، غالبًا في شكل صفائح أو أسطح معدنية مفصولة بوسيط عازل . قد يكون الموصل عبارة عن رقاقة أو غشاء رقيق أو خرز معدني متكلس أو إلكتروليت . يعمل العازل غير الموصل على زيادة سعة شحن المكثف. تشمل المواد المستخدمة عادةً كمواد عازلة الزجاج والسيراميك والأغشية البلاستيكية والورق والميكا والهواء وطبقات الأكسيد . عندما يتم تطبيق فرق الجهد الكهربائي ( الجهد ) عبر أطراف المكثف، على سبيل المثال عندما يتم توصيل المكثف عبر بطارية، يتطور مجال كهربائي عبر العازل، مما يتسبب في تجميع شحنة موجبة صافية على أحد اللوحين وشحنة سالبة صافية على اللوحة الأخرى. لا يتدفق أي تيار فعليًا عبر عازل مثالي . ومع ذلك، يوجد تدفق للشحنة عبر دائرة المصدر. إذا تم الحفاظ على الحالة لفترة كافية، يتوقف التيار عبر دائرة المصدر. إذا تم تطبيق جهد متغير مع مرور الوقت عبر أقطاب المكثف، فإن المصدر يواجه تيارًا مستمرًا بسبب دورات الشحن والتفريغ للمكثف.

تُستخدم المكثفات على نطاق واسع كأجزاء من الدوائر الكهربائية في العديد من الأجهزة الكهربائية الشائعة. وعلى عكس المقاوم ، لا يبدد المكثف المثالي الطاقة، على الرغم من أن المكثفات في الحياة الواقعية تبدد كمية صغيرة (انظر السلوك غير المثالي).

تم إنشاء أقدم أشكال المكثفات في أربعينيات القرن الثامن عشر، عندما اكتشف المجربون الأوروبيون أنه يمكن تخزين الشحنة الكهربائية في جرار زجاجية مملوءة بالماء والتي أصبحت تُعرف باسم جرار ليدن . اليوم، تُستخدم المكثفات على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية لمنع التيار المستمر مع السماح بمرور التيار المتناوب . في شبكات المرشح التناظرية ، تعمل على تنعيم خرج إمدادات الطاقة . في الدوائر الرنانة ، تضبط أجهزة الراديو على ترددات معينة . في أنظمة نقل الطاقة الكهربائية ، تعمل على تثبيت الجهد وتدفق الطاقة. ^[2] تم استغلال خاصية تخزين الطاقة في المكثفات كذاكرة ديناميكية في أجهزة الكمبيوتر الرقمية المبكرة، ^[3] ولا تزال في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية الحديثة .

كانت المكثفات الطبيعية موجودة منذ عصور ما قبل التاريخ. وأكثر الأمثلة شيوعًا على السعة الطبيعية هي الشحنات الساكنة المتراكمة بين السحب في السماء وسطح الأرض، حيث يعمل الهواء بينهما كعازل كهربائي. وينتج عن هذا صواعق البرق عندما يتجاوز جهد انهيار الهواء. ^[4]

في أكتوبر 1745، وجد إيفالد جورج فون كلايست من بوميرانيا ، ألمانيا، أنه يمكن تخزين الشحنة عن طريق توصيل مولد كهرباء عالي الجهد بسلك بحجم من الماء في جرة زجاجية محمولة باليد. ^[5] عملت يد فون كلايست والماء كموصلات والجرة كعازل كهربائي (على الرغم من أن تفاصيل الآلية تم تحديدها بشكل غير صحيح في ذلك الوقت). وجد فون كلايست أن لمس السلك أدى إلى شرارة قوية، أكثر إيلامًا بكثير من تلك التي يتم الحصول عليها من آلة كهروستاتيكية. في العام التالي، اخترع الفيزيائي الهولندي بيتر فان موشنبروك مكثفًا مشابهًا، والذي أطلق عليه اسم جرة ليدن ، على اسم جامعة ليدن حيث كان يعمل. ^[6] كما أعجب بقوة الصدمة التي تلقاها، وكتب، "لن أتحمل صدمة ثانية لمملكة فرنسا". ^[7]

كان دانييل جرالات أول من جمع عدة جرار بالتوازي لزيادة سعة تخزين الشحنة. ^[8] حقق بنيامين فرانكلين في جرة ليدن وتوصل إلى استنتاج مفاده أن الشحنة مخزنة على الزجاج، وليس في الماء كما افترض آخرون. كما تبنى مصطلح "البطارية"، ^{[9] [10]} (للدلالة على زيادة الطاقة بصف من الوحدات المماثلة كما في بطارية المدافع )، والذي تم تطبيقه لاحقًا على مجموعات من الخلايا الكهروكيميائية . ^[11] في عام 1747، تم تصنيع جرار ليدن عن طريق طلاء الجزء الداخلي والخارجي من الجرار برقائق معدنية، وترك مساحة عند الفم لمنع حدوث قوس كهربائي بين الرقائق. ^[12] كانت أقدم وحدة للسعة هي الجرة ، والتي تعادل حوالي 1.11 نانوفاراد . ^[13]

كانت أوعية ليدن أو الأجهزة الأكثر قوة التي تستخدم ألواحًا زجاجية مسطحة تتناوب مع موصلات رقائقية تُستخدم حصريًا حتى عام 1900 تقريبًا، عندما أدى اختراع الراديو إلى خلق طلب على المكثفات القياسية، وكان الانتقال الثابت إلى الترددات الأعلى يتطلب مكثفات ذات محاثة أقل. بدأ استخدام طرق بناء أكثر إحكاما ، مثل صفائح عازلة مرنة ( مثل الورق المزيت) محصورة بين صفائح من رقائق معدنية، ملفوفة أو مطوية في عبوة صغيرة.

كانت المكثفات المبكرة تُعرف باسم المكثفات ، وهو مصطلح لا يزال يُستخدم أحيانًا حتى اليوم، وخاصةً في تطبيقات الطاقة العالية، مثل أنظمة السيارات. استخدم أليساندرو فولتا مصطلح condensatore في عام 1780 للإشارة إلى جهاز مشابه لجهاز electrophorus الذي طوره لقياس الكهرباء، وترجم في عام 1782 إلى condenser ، ^[14] حيث يشير الاسم إلى قدرة الجهاز على تخزين كثافة أعلى من الشحنة الكهربائية مما كان ممكنًا باستخدام موصل معزول. ^{[15] [1]} أصبح المصطلح قديمًا بسبب المعنى الغامض لمكثف البخار ، حيث أصبح المكثف هو المصطلح الموصى به في المملكة المتحدة منذ عام 1926، ^[16] بينما حدث التغيير في وقت لاحق إلى حد كبير في الولايات المتحدة.

منذ بداية دراسة الكهرباء ، تم استخدام المواد غير الموصلة مثل الزجاج والخزف والورق والميكا كعوازل . وبعد عقود من الزمان ، كانت هذه المواد مناسبة أيضًا للاستخدام كعازل كهربائي للمكثفات الأولى. كانت المكثفات الورقية، المصنوعة عن طريق وضع شريط من الورق المشرب بين شرائح من المعدن ولف النتيجة في أسطوانة، تُستخدم بشكل شائع في أواخر القرن التاسع عشر؛ بدأ تصنيعها في عام 1876، ^[17] واستُخدمت منذ أوائل القرن العشرين كمكثفات فصل في الهاتف .

استُخدم البورسلين في أول مكثفات السيراميك . وفي السنوات الأولى لجهاز الإرسال اللاسلكي الخاص بماركوني ، استُخدمت مكثفات البورسلين لتطبيقات الجهد العالي والتردد العالي في أجهزة الإرسال . وعلى جانب المستقبل، استُخدمت مكثفات ميكا أصغر حجمًا للدوائر الرنانة . اخترع ويليام دوبيلير مكثفات الميكا في عام 1909. وقبل الحرب العالمية الثانية، كان الميكا هو العازل الكهربائي الأكثر شيوعًا للمكثفات في الولايات المتحدة. ^[17]

اكتشف تشارلز بولاك (المولود باسم كارول بولاك )، مخترع أول مكثفات إلكتروليتية ، أن طبقة الأكسيد على أنود الألومنيوم تظل مستقرة في إلكتروليت محايد أو قلوي ، حتى عند إيقاف تشغيل الطاقة. في عام 1896، حصل على براءة اختراع أمريكية رقم 672913 عن "مكثف سائل كهربائي بأقطاب كهربائية من الألومنيوم". اخترعت مختبرات بيل مكثفات التنتالوم الإلكتروليتية الصلبة في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين كمكثف دعم منخفض الجهد مصغر وأكثر موثوقية لتكملة الترانزستور الذي تم اختراعه حديثًا .

مع تطوير المواد البلاستيكية من قبل الكيميائيين العضويين أثناء الحرب العالمية الثانية ، بدأت صناعة المكثفات في استبدال الورق بأفلام بوليمرية أرق. تم وصف أحد التطورات المبكرة جدًا في مكثفات الأفلام في براءة الاختراع البريطانية 587،953 في عام 1944. ^[17]

تم اختراع المكثفات الكهربائية ذات الطبقة المزدوجة ( المكثفات الفائقة حاليًا ) في عام 1957 عندما طور إتش بيكر "مكثفًا كهربائيًا منخفض الجهد بأقطاب كربونية مسامية". ^{[17] [18] [19]} كان يعتقد أن الطاقة مخزنة كشحنة في مسام الكربون المستخدمة في مكثفه كما هو الحال في مسام الرقائق المحفورة للمكثفات الكهربائية. نظرًا لأنه لم يكن يعرف آلية الطبقة المزدوجة في ذلك الوقت، فقد كتب في براءة الاختراع: "ليس من المعروف بالضبط ما يحدث في المكون إذا تم استخدامه لتخزين الطاقة، ولكنه يؤدي إلى سعة عالية للغاية".

تم اعتماد مكثف MOS على نطاق واسع لاحقًا كمكثف تخزين في شرائح الذاكرة ، وككتلة بناء أساسية لجهاز اقتران الشحنة (CCD) في تقنية مستشعر الصور . ^[20] في عام 1966، اخترع الدكتور روبرت دينارد بنية DRAM الحديثة، التي تجمع بين ترانزستور MOS واحد لكل مكثف. ^{[21] [22]}

يتكون المكثف من موصلين يفصل بينهما منطقة غير موصلة. ^[23] يمكن أن تكون المنطقة غير الموصلة إما فراغًا أو مادة عازلة كهربائية تُعرف باسم العازل الكهربائي . ومن أمثلة الوسائط العازلة الزجاج والهواء والورق والبلاستيك والسيراميك وحتى منطقة استنفاد أشباه الموصلات المتطابقة كيميائيًا مع الموصلات. من قانون كولومب، فإن الشحنة الموجودة على موصل واحد ستمارس قوة على حاملات الشحنة داخل الموصل الآخر، مما يؤدي إلى جذب شحنة ذات قطب معاكس وتنافر شحنات ذات قطب مماثل، وبالتالي سيتم تحريض شحنة ذات قطب معاكس على سطح الموصل الآخر. وبالتالي، تحمل الموصلات شحنات متساوية ومعاكسة على أسطحها المواجهة، ^[24] ويطور العازل مجالًا كهربائيًا.

يتميز المكثف المثالي بسعة ثابتة C ، بالفاراد في نظام الوحدات الدولي ، والتي تُعرف بأنها نسبة الشحنة الموجبة أو السالبة Q على كل موصل إلى الجهد V بينهما: ^[23] تعني سعة فاراد واحد (F) أن كولومب واحد من الشحنة على كل موصل يسبب جهدًا يبلغ فولتًا واحدًا عبر الجهاز. ^[25] نظرًا لأن الموصلات (أو اللوحات) قريبة من بعضها البعض، فإن الشحنات المعاكسة على الموصلات تجتذب بعضها البعض بسبب مجالاتها الكهربائية، مما يسمح للمكثف بتخزين المزيد من الشحنة لجهد معين مقارنة بفصل الموصلات، مما ينتج عنه سعة أكبر. $${\displaystyle C={\frac {Q}{V}}}$$

في الأجهزة العملية، يؤثر تراكم الشحنات أحيانًا على المكثف ميكانيكيًا، مما يتسبب في تغير سعته. في هذه الحالة، يتم تعريف السعة من حيث التغييرات التدريجية: $${\displaystyle C={\frac {\mathrm {d} Q}{\mathrm {d} V}}}$$

في القياس الهيدروليكي ، يشبه الجهد ضغط الماء، ويشبه التيار الكهربائي عبر السلك تدفق الماء عبر الأنبوب. والمكثف يشبه الحجاب الحاجز المرن داخل الأنبوب. ورغم أن الماء لا يستطيع المرور عبر الحجاب الحاجز، فإنه يتحرك مع تمدد الحجاب الحاجز أو عدم تمدده.

• السعة مماثلة لمرونة الحجاب الحاجز . بنفس الطريقة التي تكون بها نسبة فرق الشحنة إلى الجهد أكبر لقيمة سعة أكبر ( )، فإن نسبة إزاحة الماء إلى الضغط ستكون أكبر للحجاب الحاجز الذي ينثني بسهولة أكبر.${\displaystyle C=Q/V}$
• في دائرة التيار المتردد، يتصرف المكثف مثل الحجاب الحاجز في الأنبوب، مما يسمح للشحنة بالتحرك على جانبي العازل بينما لا تمر أي إلكترونات فعليًا. بالنسبة لدوائر التيار المستمر، يكون المكثف مشابهًا للمراكم الهيدروليكية ، حيث يخزن الطاقة حتى يتم تحرير الضغط. وبالمثل، يمكن استخدامها لتسهيل تدفق الكهرباء في دوائر التيار المستمر المصححة بنفس الطريقة التي يخفف بها المراكم الطفرات من المضخة الهيدروليكية.
• تخزن المكثفات المشحونة والأغشية الممتدة طاقة كامنة . وكلما زادت شحنة المكثف، زاد الجهد عبر الألواح ( ). وبالمثل، كلما زاد حجم الماء المُزاح، زادت طاقة الكامن المرنة.${\displaystyle V=Q/C}$
• يؤثر التيار الكهربائي على الفرق في الشحنة عبر المكثف تمامًا كما يؤثر تدفق الماء على الفرق في الحجم عبر الحجاب الحاجز.
• تمامًا كما تتعرض المكثفات للانهيار العازل عند تعرضها لجهد كهربائي مرتفع، فإن الأغشية تنفجر تحت الضغوط الشديدة.
• تمامًا كما تعمل المكثفات على منع التيار المستمر أثناء تمرير التيار المتردد، فإن الأغشية لا تحل محل الماء إلا إذا حدث تغيير في الضغط.

في الدائرة، يمكن للمكثف أن يتصرف بشكل مختلف في لحظات زمنية مختلفة. ومع ذلك، فمن السهل عادةً التفكير في حد زمني قصير وحد زمني طويل:

• في حد الوقت الطويل، بعد أن يشبع تيار الشحن/التفريغ المكثف، لن يدخل أي تيار (أو يخرج) من أي جانب من جوانب المكثف؛ لذلك، فإن التكافؤ الطويل الأمد للمكثف هو دائرة مفتوحة.
• في حد الوقت القصير، إذا بدأ المكثف بجهد معين V، بما أن انخفاض الجهد على المكثف معروف في هذه اللحظة، فيمكننا استبداله بمصدر جهد مثالي بجهد V. على وجه التحديد، إذا كان V = 0 (المكثف غير مشحون)، فإن التكافؤ القصير المدى للمكثف هو دائرة قصر.

يتكون أبسط نموذج للمكثف من لوحين موصلين رفيعين متوازيين، كل منهما بمساحة 10 ...${\displaystyle A}$${\displaystyle د}$ ${\displaystyle \varepsilon }$${\displaystyle د}$

نظرًا لأن الفصل بين اللوحين موحد على مساحة اللوحة، فإن المجال الكهربائي بين اللوحين ثابت وموجه بشكل عمودي على سطح اللوحة، باستثناء المنطقة القريبة من حواف اللوحين حيث يتناقص المجال لأن خطوط المجال الكهربائي "تنتفخ" من جوانب المكثف. تبلغ مساحة "مجال الهامش" هذه تقريبًا نفس عرض فصل اللوحين، وبافتراض أنها صغيرة مقارنة بأبعاد اللوحة، فهي صغيرة بما يكفي لتجاهلها. لذلك، إذا تم وضع شحنة على لوح واحد وعلى اللوحة الأخرى (يتم مناقشة موقف الألواح المشحونة بشكل غير متساوٍ أدناه)، فسيتم توزيع الشحنة على كل لوح بالتساوي في طبقة شحنة سطحية بكثافة شحنة ثابتة كولومب لكل متر مربع، على السطح الداخلي لكل لوح. من قانون جاوس، فإن مقدار المجال الكهربائي بين اللوحين هو . يتم تعريف الجهد (الفرق) بين اللوحين على أنه التكامل الخطي للمجال الكهربائي على خط (في اتجاه z) من لوح إلى آخر. يتم تعريف السعة على أنها . استبدال ما سبق في هذه المعادلة ${\displaystyle E}$${\displaystyle د}$${\displaystyle د}$${\displaystyle +Q}$${\displaystyle -Q}$ ${\displaystyle \sigma =\pm سؤال وجواب}$${\displaystyle E=\sigma /\varepsilon }$${\displaystyle V}$$${\displaystyle V=\int _{0}^{d}E(z)\,\mathrm {d} z=Ed={\frac {\sigma }{\varepsilon }}d={\frac {Qd} {\ فاريبسيلون A}}}$$${\displaystyle C=Q/V}$${\displaystyle V}$

لذلك، في المكثف يتم تحقيق أعلى سعة باستخدام مادة عازلة ذات السماحية العالية ، ومساحة لوحة كبيرة، وفصل صغير بين اللوحات.

نظرًا لأن مساحة اللوحات تزداد مع مربع الأبعاد الخطية وتزداد المسافة خطيًا، فإن السعة تتناسب مع البعد الخطي للمكثف ( )، أو كجذر تكعيبي للحجم. ${\displaystyle A}$${\displaystyle د}$${\displaystyle C\varpropto L}$

لا يمكن للمكثف ذي اللوحين المتوازيين تخزين سوى كمية محدودة من الطاقة قبل حدوث الانهيار العازل . تتمتع المادة العازلة للمكثف بقوة عازلة U d _والتي تحدد جهد انهيار المكثف عند V = V _bd = U _d . وبالتالي فإن الحد الأقصى للطاقة التي يمكن للمكثف تخزينها هو $${\displaystyle E={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {\varepsilon A}{d}}\left(U_{d} d\right)^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon AdU_{d}^{2}}$$

الطاقة القصوى هي دالة لحجم العازل، والسماحية ، والقوة العازلة . إن تغيير مساحة اللوحة والفصل بين اللوحات مع الحفاظ على نفس الحجم لا يسبب أي تغيير في الحد الأقصى لكمية الطاقة التي يمكن للمكثف تخزينها، طالما أن المسافة بين اللوحات تظل أصغر بكثير من طول وعرض اللوحات. بالإضافة إلى ذلك، تفترض هذه المعادلات أن المجال الكهربائي مركّز بالكامل في العازل بين اللوحات. في الواقع، توجد حقول هامشية خارج العازل، على سبيل المثال بين جانبي لوحات المكثف، مما يزيد من السعة الفعالة للمكثف. يُطلق على هذا أحيانًا السعة الطفيلية . بالنسبة لبعض هندسة المكثف البسيطة، يمكن حساب مصطلح السعة الإضافية هذا تحليليًا. ^[26] يصبح صغيرًا بشكل لا يُذكر عندما تكون نسبة عرض اللوحة إلى الفصل والطول إلى الفصل كبيرة.

بالنسبة للألواح المشحونة بشكل غير متساوٍ:

• إذا تم شحن إحدى اللوحين بـ بينما تم شحن الأخرى بـ ، وإذا تم فصل اللوحين عن المواد الأخرى في البيئة، فسيكون السطح الداخلي للوحة الأولى ، وسيكون السطح الداخلي للطلاء الثاني مشحونًا. ^{[ بحاجة لمصدر ]} وبالتالي، فإن الجهد بين اللوحين هو . لاحظ أن السطح الخارجي لكلا اللوحين سيكون به ، ولكن هذه الشحنات لا تؤثر على الجهد بين اللوحين.${\displaystyle Q_{1}}$${\displaystyle Q_{2}}$${\textstyle {\frac {Q_{1}-Q_{2}}{2}}}$${\textstyle -{\frac {Q_{1}-Q_{2}}{2}}}$${\displaystyle V}$${\textstyle V={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{2C}}}$${\textstyle {\frac {Q_{1}+Q_{2}}{2}}}$
• إذا تم شحن لوح واحد بـ بينما تم شحن الآخر بـ ، وإذا تم توصيل اللوح الثاني بالأرض، فسيكون السطح الداخلي للوحة الأولى به ، وسيكون السطح الداخلي للوح الثاني به . وبالتالي، فإن الجهد بين اللوحين هو . لاحظ أن السطح الخارجي لكلا اللوحين سيكون به شحنة صفرية.${\displaystyle Q_{1}}$${\displaystyle Q_{2}}$${\displaystyle Q_{1}}$${\displaystyle -Q_{1}}$${\displaystyle V}$${\textstyle V={\frac {Q_{1}}{C}}}$

بالنسبة لعدد الألواح في المكثف، فإن السعة الكلية ستكون حيث هي السعة للوحة واحدة و هي عدد الألواح المتداخلة. ${\displaystyle n}$$${\displaystyle C=\varepsilon _{o}{\frac {A}{d}}(n-1)}$$${\displaystyle C=\varepsilon _{o}A/d}$${\displaystyle n}$

كما هو موضح بالشكل الموجود على اليمين، يمكن رؤية الألواح المتداخلة كألواح متوازية متصلة ببعضها البعض. يعمل كل زوج من الألواح المتجاورة كمكثف منفصل؛ ويكون عدد الأزواج دائمًا أقل بمقدار واحد من عدد الألواح، ومن ثم يكون المضاعف . ${\displaystyle (n-1)}$

لزيادة الشحنة والجهد على المكثف، يجب بذل عمل بواسطة مصدر طاقة خارجي لتحريك الشحنة من اللوحة السالبة إلى الموجبة ضد القوة المعاكسة للمجال الكهربائي. ^{[27] [28]} إذا كان الجهد على المكثف هو ، فإن العمل المطلوب لتحريك زيادة صغيرة من الشحنة من اللوحة السالبة إلى الموجبة هو . يتم تخزين الطاقة في المجال الكهربائي المتزايد بين اللوحين. إجمالي الطاقة المخزنة في المكثف (معبرًا عنها بالجول ) يساوي إجمالي العمل المنجز في إنشاء المجال الكهربائي من حالة غير مشحونة. ^{[29] [28] [27]} حيث هي الشحنة المخزنة في المكثف، هي الجهد عبر المكثف، و هي السعة. ستبقى هذه الطاقة الكامنة في المكثف حتى تتم إزالة الشحنة. إذا سُمح للشحنة بالعودة من اللوحة الموجبة إلى السالبة، على سبيل المثال عن طريق توصيل دائرة بمقاومة بين اللوحين، فإن الشحنة التي تتحرك تحت تأثير المجال الكهربائي ستؤدي عملاً على الدائرة الخارجية. ${\displaystyle V}$${\displaystyle dW}$${\displaystyle dq}$${\displaystyle dW=Vdq}$${\displaystyle W}$ $${\displaystyle W=\int _{0}^{Q}V(q)\,\mathrm {d} q=\int _{0}^{Q}{\frac {q}{C}}\, \mathrm {d} q={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}={\frac {1}{2}}VQ={\frac {1} {2}}السيرة الذاتية^{2}}$$${\displaystyle س}$${\displaystyle V}$${\displaystyle C}$

إذا كانت الفجوة بين لوحي المكثف ثابتة، كما في نموذج اللوحين المتوازيين أعلاه، فسيكون المجال الكهربائي بين اللوحين موحدًا (مهملاً الحقول الهامشية) وسيكون له قيمة ثابتة . في هذه الحالة يمكن حساب الطاقة المخزنة من شدة المجال الكهربائي. الصيغة الأخيرة أعلاه تساوي كثافة الطاقة لكل وحدة حجم في المجال الكهربائي مضروبة في حجم المجال بين اللوحين، مما يؤكد أن الطاقة الموجودة في المكثف مخزنة في مجاله الكهربائي. ${\displaystyle د}$${\displaystyle E=V/d}$$${\displaystyle W={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {\varepsilon A}{d}}\left(Ed\right)^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon AdE^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon E^{2}({\text{حجم المجال الكهربائي}})}$$

التيار I ( t ) عبر أي مكون في الدائرة الكهربائية يُعرَّف بأنه معدل تدفق الشحنة Q ( t ) التي تمر عبره. لا يمكن للشحنات الفعلية - الإلكترونات - أن تمر عبر العازل الكهربائي للمكثف المثالي . ^{[ملاحظة 1]} بدلاً من ذلك، يتراكم إلكترون واحد على اللوحة السالبة لكل إلكترون يغادر اللوحة الموجبة، مما يؤدي إلى استنفاد الإلكترونات والشحنة الموجبة الناتجة على أحد الأقطاب الكهربائية والتي تساوي وتعاكس الشحنة السالبة المتراكمة على الآخر. وبالتالي فإن الشحنة على الأقطاب الكهربائية تساوي تكامل التيار وكذلك تتناسب مع الجهد، كما تمت مناقشته أعلاه. كما هو الحال مع أي مشتق عكسي ، يُضاف ثابت التكامل لتمثيل الجهد الأولي V ( t ₀ ). هذا هو الشكل التكاملي لمعادلة المكثف: ^[30] $${\displaystyle V(t)={\frac {Q(t)}{C}}=V(t_{0})+{\frac {1}{C}}\int _{t_{0}}^{t}I(\tau )\,\mathrm {d} \tau }$$

إن أخذ المشتق لهذا وضربه في C يعطي شكل المشتق: ^[31] لـ C بغض النظر عن الزمن والجهد والشحنة الكهربائية. $${\displaystyle I(t)={\frac {\mathrm {d} Q(t)}{\mathrm {d} t}}=C{\frac {\mathrm {d} V(t)}{\mathrm {d} t}}}$$

الثنائي للمكثف هو المحث ، الذي يخزن الطاقة في مجال مغناطيسي وليس مجال كهربائي. يتم الحصول على علاقة التيار بالجهد من خلال تبادل التيار والجهد في معادلات المكثف واستبدال C بالمحث  L.

تُعرف الدائرة المتسلسلة التي تحتوي فقط على مقاومة ومكثف ومفتاح ومصدر تيار مستمر ثابت بجهد V ₀ باسم دائرة الشحن . ^[32] إذا كان المكثف غير مشحون في البداية بينما المفتاح مفتوح، والمفتاح مغلق عند t = 0 ، فإنه يتبع من قانون كيرشوف للجهد أن $${\displaystyle V_{0}=v_{\text{المقاوم}}(t)+v_{\text{المكثف}}(t)=i(t)R+{\frac {1}{C}}\int _{t_{0}}^{t}i(\tau )\,\mathrm {d} \tau }$$

بأخذ المشتقة وضربها في C ، نحصل على معادلة تفاضلية من الدرجة الأولى : $${\displaystyle RC{\frac {\mathrm {d} i(t)}{\mathrm {d} t}}+i(t)=0}$$

عند t = 0 ، يكون الجهد عبر المكثف صفرًا والجهد عبر المقاوم هو V _0. وبالتالي يكون التيار الأولي هو I (0) = V ₀ / R. وبهذا الافتراض، فإن حل المعادلة التفاضلية يعطي حيث τ ₀ = RC هو ثابت الزمن للنظام. وعندما يصل المكثف إلى حالة التوازن مع جهد المصدر، تتناقص الفولتية عبر المقاوم والتيار عبر الدائرة بأكملها بشكل كبير . وفي حالة المكثف المفرغ ، يحل الجهد الأولي للمكثف ( V _Ci ) محل V _0. وتصبح المعادلات $${\displaystyle {\begin{aligned}I(t)&={\frac {V_{0}}{R}}e^{-t/\tau _{0}}\\V(t)&=V_{0}\left(1-e^{-t/\tau _{0}}\right)\\Q(t)&=CV_{0}\left(1-e^{-t/\tau _{0}}\right)\end{aligned}}}$$$${\displaystyle {\begin{align}I(t)&={\frac {V_{Ci}}{R}}e^{-t/\tau _{0}}\\V(t)&=V_ {Ci}\,e^{-t/\tau _{0}}\\Q(t)&=C\,V_{Ci}\,e^{-t/\tau _{0}}\end {محاذاة}}}$$

المعاوقة ، مجموع متجهات المفاعلة والمقاومة ، تصف فرق الطور ونسبة السعات بين الجهد المتغير جيبيًا والتيار المتغير جيبيًا عند تردد معين. يسمح تحليل فورييه ببناء أي إشارة من طيف من الترددات، ومن ثم يمكن العثور على رد فعل الدائرة للترددات المختلفة. تكون المفاعلة والممانعة للمكثف على التوالي حيث j هي الوحدة التخيلية و ω هو التردد الزاوي للإشارة الجيبية. يشير الطور − j إلى أن جهد التيار المتردد V = ZI يتأخر عن التيار المتردد بمقدار 90 درجة: يتوافق طور التيار الموجب مع زيادة الجهد أثناء شحن المكثف؛ يتوافق التيار الصفري مع الجهد الثابت اللحظي، إلخ. $${\displaystyle {\begin{aligned}X&=-{\frac {1}{\omega C}}=-{\frac {1}{2\pi fC}}\\Z&={\frac {1}{j\omega C}}=-{\frac {j}{\omega C}}=-{\frac {j}{2\pi fC}}\end{aligned}}}$$

تقل المقاومة مع زيادة السعة وزيادة التردد. ^[33] وهذا يعني أن الإشارة ذات التردد الأعلى أو المكثف الأكبر ينتج عنها سعة جهد أقل لكل سعة تيار - "قصر دائرة" تيار متردد أو اقتران تيار متردد . وعلى العكس من ذلك، بالنسبة للترددات المنخفضة جدًا، تكون المفاعلة عالية، بحيث يكون المكثف عبارة عن دائرة مفتوحة تقريبًا في تحليل التيار المتردد - حيث تم "تصفية" هذه الترددات.

تختلف المكثفات عن المقاومات والمحثات في أن المعاوقة تتناسب عكسيا مع الخاصية المحددة؛ أي السعة .

يحتوي المكثف المتصل بمصدر جهد متناوب على تيار إزاحة يتدفق خلاله. في حالة أن مصدر الجهد هو V ₀ cos(ωt)، يمكن التعبير عن تيار الإزاحة على النحو التالي: $${\displaystyle I=C{\frac {{\text{d}}V}{{\text{d}}t}}=-\omega {C}{V_{0}}\sin(\omega t)}$$

عند sin( ωt ) = −1 ، يكون للمكثف أقصى تيار (أو ذروة) حيث I ₀ = ωCV _0. ترجع نسبة ذروة الجهد إلى ذروة التيار إلى المفاعلة السعوية (المشار إليها بـ X _C ). $${\displaystyle X_{C}={\frac {V_{0}}{I_{0}}}={\frac {V_{0}}{\omega CV_{0}}}={\frac {1} {\أوميغا سي}}}$$

يقترب X _{C من الصفر عندما يقترب} ω من اللانهاية. إذا اقترب X _C من 0، يشبه المكثف سلكًا قصيرًا يمرر تيارًا قويًا عند الترددات العالية. يقترب X _C من اللانهاية عندما يقترب ω من الصفر. إذا اقترب X _C من اللانهاية، يشبه المكثف دائرة مفتوحة تمرر الترددات المنخفضة بشكل سيئ.

يمكن التعبير عن تيار المكثف في شكل جيب التمام للمقارنة بشكل أفضل مع جهد المصدر: $${\displaystyle I=-I_{0}\sin({\omega t})=I_{0}\cos({\omega t}+{90^{\circ }})}$$

في هذه الحالة، يكون التيار خارج الطور مع الجهد بمقدار +π/2 راديان أو +90 درجة، أي أن التيار يسبق الجهد بمقدار 90 درجة.

عند استخدام تحويل لابلاس في تحليل الدائرة، يتم تمثيل معاوقة المكثف المثالي بدون شحنة أولية في المجال s بواسطة: حيث $${\displaystyle Z(s)={\frac {1}{sC}}}$$

• C هي السعة، و
• s هو التردد المركب.

للمكثفات المتوازية

تتمتع كل المكثفات المتوازية بنفس الجهد المطبق. وتتراكم سعاتها. ويتم توزيع الشحنة بينها حسب الحجم. وباستخدام الرسم التخطيطي لتصور الألواح المتوازية، يتضح أن كل مكثف يساهم في إجمالي مساحة السطح.$${\displaystyle C_{\mathrm {eq} }=\sum _{i=1}^{n}C_{i}=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{n}}$$

للمكثفات المتسلسلة

عند توصيل المكثفات على التوالي، يُظهر الرسم التخطيطي أن المسافة الفاصلة، وليس مساحة اللوحة، هي التي تتراكم. يخزن كل مكثف تراكمًا فوريًا من الشحنات يساوي كل مكثف آخر في السلسلة. يتم توزيع فرق الجهد الكلي من طرف إلى طرف على كل مكثف وفقًا لعكس سعته. تعمل السلسلة بأكملها كمكثف أصغر من أي من مكوناتها.$${\displaystyle C_{\mathrm {eq} }=\left(\sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{C_{i}}}\right)^{-1}=\left({1 \over C_{1}}+{1 \over C_{2}}+{1 \over C_{3}}+\dots +{1 \over C_{n}}\right)^{-1}}$$

يتم دمج المكثفات على التوالي لتحقيق جهد تشغيل أعلى، على سبيل المثال لتنعيم مصدر طاقة عالي الجهد. تتراكم تصنيفات الجهد، التي تعتمد على فصل الصفائح، إذا كانت السعة وتيارات التسرب لكل مكثف متطابقة. في مثل هذا التطبيق، في بعض الأحيان، يتم توصيل السلاسل المتسلسلة بالتوازي، لتكوين مصفوفة. الهدف هو تعظيم تخزين الطاقة للشبكة دون زيادة تحميل أي مكثف. لتخزين الطاقة العالية باستخدام المكثفات على التوالي، يجب تطبيق بعض اعتبارات السلامة لضمان عدم تطبيق مكثف واحد معطل وتيار التسرب الكثير من الجهد على المكثفات المتسلسلة الأخرى.

يتم استخدام التوصيل التسلسلي أيضًا في بعض الأحيان لتكييف المكثفات الكهروليتية المستقطبة لاستخدام التيار المتردد ثنائي القطب.

توزيع الجهد في الشبكات المتوازية والمتسلسلة.

لنمذجة توزيع الجهد من مكثف مشحون واحد متصل بالتوازي مع سلسلة من المكثفات على التوالي :${\displaystyle \left(A\right)}$${\displaystyle \left(B_{\text{n}}\right)}$$${\displaystyle {\begin{aligned}{\text{(volts)}}A_{\mathrm {eq} }&=A\left(1-{\frac {1}{n+1}}\right)\\{\text{(volts)}}B_{\text{1..n}}&={\frac {A}{n}}\left(1-{\frac {1}{n+1}}\right)\\A-B&=0\end{aligned}}}$$

ملحوظة: هذا صحيح فقط إذا كانت جميع قيم السعة متساوية.

السلطة المنقولة في هذا الترتيب هي:$${\displaystyle P={\frac {1}{R}}\cdot {\frac {1}{n+1}}A_{\text{volts}}\left(A_{\text{farads}}+B_{\text{farads}}\right)}$$

في الممارسة العملية، تنحرف المكثفات عن معادلة المكثف المثالي في عدة جوانب. بعض هذه التأثيرات، مثل تيار التسرب والطفيليات، خطية، أو يمكن تحليلها على أنها خطية تقريبًا، ويمكن تفسيرها بإضافة مكونات افتراضية لتشكيل دائرة مكافئة. يمكن بعد ذلك تطبيق الطرق المعتادة لتحليل الشبكة . ^[34] في حالات أخرى، مثل جهد الانهيار، يكون التأثير غير خطي ولا يمكن استخدام تحليل الشبكة العادي (العادي، على سبيل المثال، الخطي)، يجب النظر في التأثير بشكل منفصل. قد توجد مجموعة أخرى من القطع الأثرية، بما في ذلك الاعتماد على درجة الحرارة، والتي قد تكون خطية ولكنها تبطل الافتراض في التحليل بأن السعة ثابتة. أخيرًا، يمكن أن تُظهر التأثيرات الطفيلية المدمجة مثل المحاثة المتأصلة أو المقاومة أو الخسائر العازلة سلوكًا غير موحد عند ترددات تشغيل مختلفة.

فوق قوة مجال كهربائي معينة، تُعرف بقوة العزل الكهربائي E _ds ، يصبح العازل الكهربائي في المكثف موصلًا. يُطلق على الجهد الذي يحدث عنده هذا الجهد جهد انهيار الجهاز، ويُعطى بواسطة حاصل ضرب قوة العزل الكهربائي والفصل بين الموصلات، ^[35] $${\displaystyle V_{\text{bd}}=E_{\text{ds}}d}$$

الحد الأقصى للطاقة التي يمكن تخزينها بأمان في المكثف محدود بجهد الانهيار. يمكن أن يؤدي تجاوز هذا الجهد إلى حدوث ماس كهربائي بين الألواح، مما قد يتسبب غالبًا في تلف دائم للعازل أو الألواح أو كليهما. نظرًا لتوسع السعة وجهد الانهيار مع سمك العازل، فإن جميع المكثفات المصنوعة من عازل معين لها كثافة طاقة قصوى متساوية تقريبًا ، إلى الحد الذي يهيمن فيه العازل على حجمها. ^[36]

بالنسبة لمكثفات الهواء العازلة تكون شدة مجال الانهيار من رتبة 2-5 ميجا فولت/متر (أو كيلو فولت/مم)؛ بالنسبة للميكا يكون الانهيار 100-300 ميجا فولت/متر؛ بالنسبة للزيت، 15-25 ميجا فولت/متر؛ يمكن أن تكون أقل بكثير عند استخدام مواد أخرى للعازل. ^[37] يستخدم العازل في طبقات رقيقة جدًا وبالتالي فإن جهد الانهيار المطلق للمكثفات محدود. تتراوح التصنيفات النموذجية للمكثفات المستخدمة في تطبيقات الإلكترونيات العامة من بضعة فولت إلى 1 كيلو فولت. مع زيادة الجهد، يجب أن يكون العازل أكثر سمكًا، مما يجعل المكثفات ذات الجهد العالي أكبر لكل سعة من تلك المقدرة للجهد المنخفض.

يتأثر جهد الانهيار بشكل حرج بعوامل مثل هندسة الأجزاء الموصلة للمكثف؛ حيث تزيد الحواف أو النقاط الحادة من قوة المجال الكهربائي عند تلك النقطة ويمكن أن تؤدي إلى انهيار محلي. بمجرد أن يبدأ هذا في الحدوث، يتتبع الانهيار بسرعة عبر العازل حتى يصل إلى اللوحة المقابلة، تاركًا الكربون خلفه ويسبب دائرة قصر (أو مقاومة منخفضة نسبيًا). يمكن أن تكون النتائج متفجرة، حيث يسحب القصر في المكثف التيار من الدوائر المحيطة ويبدد الطاقة. ^[38] ومع ذلك، في المكثفات ذات العوازل الكهربائية الخاصة ^{[39] [40]} والأقطاب المعدنية الرقيقة، لا تتشكل دوائر قصر بعد الانهيار. يحدث ذلك لأن المعدن يذوب أو يتبخر في محيط الانهيار، مما يعزله عن بقية المكثف. ^{[41] [42]}

المسار المعتاد للانهيار هو أن تصبح قوة المجال كبيرة بما يكفي لسحب الإلكترونات الموجودة في العازل من ذراتها مما يتسبب في التوصيل. هناك سيناريوهات أخرى ممكنة، مثل الشوائب الموجودة في العازل، وإذا كان العازل من الطبيعة البلورية، فإن العيوب في البنية البلورية يمكن أن تؤدي إلى انهيار جليدي كما هو الحال في الأجهزة شبه الموصلة. يتأثر جهد الانهيار أيضًا بالضغط والرطوبة ودرجة الحرارة. ^[43]

المكثف المثالي يخزن ويطلق الطاقة الكهربية فقط، دون تبديد. في الممارسة العملية، تحتوي المكثفات على عيوب داخل مواد المكثف مما يؤدي إلى المكونات الطفيلية التالية: ^[44]

• ${\displaystyle {\text{ESL}}}$، المحاثة المتسلسلة المكافئة ، بسبب الأسلاك. وهذا عادة ما يكون مهمًا فقط عند الترددات العالية نسبيًا.
• مقاومتان تضيفان مكونًا ذا قيمة حقيقية إلى المعاوقة الكلية، مما يؤدي إلى هدر الطاقة:
  • ${\displaystyle R_{\text{lead}}}$، مقاومة متسلسلة صغيرة في الأسلاك . تصبح أكثر أهمية مع زيادة التردد.
  • ${\displaystyle G_{\text{dielectric}}}$، توصيل صغير (أو بالعكس، مقاومة كبيرة) بالتوازي مع السعة، لتفسير مادة عازلة غير كاملة. يتسبب هذا في تسرب تيار صغير عبر العازل (انظر § التسرب) ^[45] والذي يفرغ المكثف ببطء بمرور الوقت. تهيمن هذه التوصيلية على المقاومة الكلية عند ترددات منخفضة للغاية. تختلف قيمتها بشكل كبير حسب مادة المكثف وجودته. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

مع زيادة التردد، تقل المعاوقة السعوية (المفاعلة السلبية)، وبالتالي تصبح موصلية العازل أقل أهمية وتصبح المكونات المتسلسلة أكثر أهمية. وبالتالي، فإن نموذج RLC المبسط المتسلسل الصالح لنطاق تردد كبير يعامل المكثف ببساطة على أنه متصل على التوالي مع محاثة متسلسلة مكافئة ومقاومة متسلسلة مكافئة تعتمد على التردد ، والتي تختلف قليلاً مع التردد. على عكس النموذج السابق، لا يكون هذا النموذج صالحًا عند التيار المستمر والترددات المنخفضة جدًا حيثما كان ذلك مناسبًا. ${\displaystyle {\text{ESL}}}$ ${\displaystyle {\text{ESR}}}$${\displaystyle G_{\text{dielectric}}}$

تزداد المفاعلة الحثية مع التردد. ولأن إشارتها موجبة فإنها تعاكس السعة.

عند التردد الطبيعي لدائرة RLC ، تلغي المحاثة السعة تمامًا، لذا فإن المفاعلة الكلية تساوي صفرًا. نظرًا لأن المعاوقة الكلية عند هي القيمة الحقيقية لـ ، فإن متوسط ​​تبديد القدرة يصل إلى أقصى حد له عند ⁠${\displaystyle \omega _{0}{=}{\tfrac {1}{\sqrt {{\text{ESL}}\cdot {\text{C}}}}}}$${\displaystyle \omega _{0}}$${\displaystyle {\text{ESR}}}$V _{جذر متوسط ​​مربع} ²/معدل ترسيب كرات الدم الحمراءحيث V _RMS هو متوسط ​​الجذر التربيعي للجهد (RMS) عبر المكثف.

عند الترددات الأعلى، تهيمن المقاومة الحثية، وبالتالي يتصرف المكثف بشكل غير مرغوب فيه مثل المحث. تتضمن هندسة التردد العالي مراعاة المحاثة لجميع التوصيلات والمكونات.

بالنسبة لنموذج مبسط للمكثف كمكثف مثالي متصل على التوالي بمقاومة متسلسلة مكافئة ، فإن عامل جودة المكثف (أو Q ) هو نسبة مقدار مفاعلته السعوية إلى مقاومته عند تردد معين : ${\displaystyle {\text{ESR}}}$ ${\displaystyle X_{C}}$ ${\displaystyle \omega }$

$${\displaystyle Q(\omega )={\frac {|X_{C}(\omega )|}{\text{ESR}}}={\frac {1}{\omega C\cdot {\text{ESR}}}}\,.}$$

عامل Q هو مقياس لكفاءة المكثف: كلما زاد عامل Q للمكثف، كلما اقترب من سلوك المكثف المثالي. عامل التبديد هو مقلوبه.

التيار المتموج هو مكون التيار المتردد لمصدر مطبق (غالبًا مصدر طاقة في وضع التبديل ) قد يكون تردده ثابتًا أو متغيرًا. يتسبب التيار المتموج في توليد الحرارة داخل المكثف بسبب الخسائر العازلة الناتجة عن تغيير قوة المجال جنبًا إلى جنب مع تدفق التيار عبر خطوط الإمداد المقاومة قليلاً أو الإلكتروليت في المكثف. المقاومة المتسلسلة المكافئة (ESR) هي مقدار المقاومة المتسلسلة الداخلية التي يمكن للمرء أن يضيفها إلى مكثف مثالي لنمذجتها.

بعض أنواع المكثفات ، وخاصة المكثفات الكهروليتية المصنوعة من التنتالوم والألومنيوم ، بالإضافة إلى بعض المكثفات الغشائية، لها قيمة تصنيف محددة لأقصى تيار تموج.

• تقتصر المكثفات الكهروليتية المصنوعة من التنتالوم مع إلكتروليت ثاني أكسيد المنغنيز الصلب على تيار التموج وعادة ما تتمتع بأعلى تصنيفات ESR في عائلة المكثفات. قد يؤدي تجاوز حدود التموج الخاصة بها إلى حدوث تماس كهربائي واحتراق الأجزاء.
• تعاني المكثفات الكهروليتية المصنوعة من الألومنيوم، وهي النوع الأكثر شيوعًا من المكثفات الكهروليتية، من قِصَر العمر المتوقع عند تيارات التموج الأعلى. وإذا تجاوز تيار التموج القيمة المقدرة للمكثف، فمن المرجح أن يؤدي ذلك إلى فشل انفجاري.
• لا تحتوي المكثفات الخزفية بشكل عام على أي حد لتموج التيار ^{[ بحاجة لمصدر ]} ولديها بعض من أدنى تصنيفات ESR.
• تتمتع مكثفات الفيلم بتصنيفات ESR منخفضة للغاية ولكن تجاوز تيار التموج المقدر قد يؤدي إلى فشل التدهور.

تقل سعة بعض المكثفات مع تقدم عمر المكون. في المكثفات الخزفية ، يحدث هذا بسبب تدهور العازل. يعد نوع العازل ودرجات حرارة التشغيل والتخزين المحيطة من أهم عوامل الشيخوخة، بينما يكون لجهد التشغيل عادةً تأثير أصغر، أي أن تصميم المكثف المعتاد هو تقليل معامل الجهد. يمكن عكس عملية الشيخوخة عن طريق تسخين المكون فوق نقطة كوري . يكون الشيخوخة أسرع بالقرب من بداية عمر المكون، ويستقر الجهاز بمرور الوقت. ^[46] تتقدم المكثفات الكهروليتية في العمر مع تبخر الإلكتروليت ^{[ مرساة مكسورة ]} . على النقيض من المكثفات الخزفية، يحدث هذا نحو نهاية عمر المكون.

عادة ما يتم التعبير عن اعتماد السعة على درجة الحرارة بالأجزاء في المليون (ppm) لكل درجة مئوية. يمكن اعتبارها عادةً دالة خطية على نطاق واسع ولكن يمكن أن تكون غير خطية بشكل ملحوظ عند درجات الحرارة القصوى. قد يكون معامل درجة الحرارة موجبًا أو سالبًا، اعتمادًا في الغالب على المادة العازلة. بعضها، المسمى C0G/NP0، ولكن يسمى NPO ، له معامل سلبي إلى حد ما عند درجة حرارة واحدة، وموجب عند درجة أخرى، وصفر بينهما. يمكن تحديد مثل هذه المكونات للدوائر ذات درجة الحرارة الحرجة. ^[47]

يمكن للمكثفات، وخاصة المكثفات الخزفية، والتصاميم القديمة مثل المكثفات الورقية، امتصاص الموجات الصوتية مما يؤدي إلى تأثير ميكروفوني . يحرك الاهتزاز الألواح، مما يتسبب في اختلاف السعة، مما يؤدي بدوره إلى توليد تيار متردد. تولد بعض العوازل أيضًا كهرباء ضغطية . يكون التداخل الناتج مشكلة بشكل خاص في تطبيقات الصوت، حيث قد يتسبب في حدوث ردود فعل أو تسجيل غير مقصود. في التأثير الميكروفوني العكسي، يمارس المجال الكهربائي المتغير بين ألواح المكثف قوة فيزيائية، مما يحركها كمكبر صوت. يمكن أن يولد هذا صوتًا مسموعًا، ولكنه يستنزف الطاقة ويضغط على العازل والإلكتروليت، إن وجد.

يحدث انعكاس التيار عندما يتغير اتجاه التيار. انعكاس الجهد هو تغيير القطبية في الدائرة. يوصف الانعكاس بشكل عام بأنه النسبة المئوية لأقصى جهد مقنن يعكس القطبية. في دوائر التيار المستمر، تكون هذه النسبة أقل من 100%، وغالبًا ما تكون في نطاق من 0 إلى 90%، بينما تشهد دوائر التيار المتردد انعكاسًا بنسبة 100%.

في دوائر التيار المستمر والدوائر النبضية، يتأثر انعكاس التيار والجهد بتخميد النظام . يحدث انعكاس الجهد في دوائر RLC التي تعاني من نقص التخميد . ينعكس اتجاه التيار والجهد، ويشكلان مذبذبًا توافقيًا بين المحاثة والسعة. يميل التيار والجهد إلى التذبذب وقد يعكسان الاتجاه عدة مرات، حيث تكون كل ذروة أقل من السابقة، حتى يصل النظام إلى حالة توازن. غالبًا ما يشار إلى هذا بالرنين . وبالمقارنة، لا تعاني الأنظمة المثبطة بشكل حرج أو المثبطة بشكل زائد عادةً من انعكاس الجهد. يحدث الانعكاس أيضًا في دوائر التيار المتردد، حيث يكون تيار الذروة متساويًا في كل اتجاه.

للحصول على أقصى عمر افتراضي، تحتاج المكثفات عادةً إلى أن تكون قادرة على التعامل مع أقصى قدر من الانعكاس الذي قد يتعرض له النظام. تتعرض دائرة التيار المتردد لانعكاس جهد بنسبة 100%، بينما تتعرض دوائر التيار المستمر غير المخمَّدة لأقل من 100%. يخلق الانعكاس مجالات كهربائية زائدة في العازل، ويسبب تسخينًا زائدًا لكل من العازل والموصلات، ويمكن أن يقلل بشكل كبير من متوسط ​​العمر المتوقع للمكثف. غالبًا ما تؤثر تصنيفات الانعكاس على اعتبارات التصميم للمكثف، من اختيار المواد العازلة وتصنيفات الجهد إلى أنواع التوصيلات الداخلية المستخدمة. ^[48]

تظهر المكثفات المصنوعة من أي نوع من المواد العازلة بعض مستويات " الامتصاص العازل " أو "النقع". عند تفريغ المكثف وفصله، قد يتطور بعد فترة قصيرة جهد بسبب الهستيريسيس في العازل. هذا التأثير غير مقبول في تطبيقات مثل دوائر أخذ العينات والإمساك الدقيقة أو دوائر التوقيت. يعتمد مستوى الامتصاص على العديد من العوامل، من اعتبارات التصميم إلى وقت الشحن، لأن الامتصاص عملية تعتمد على الوقت. ومع ذلك، فإن العامل الأساسي هو نوع المادة العازلة. تُظهر المكثفات مثل فيلم التنتالوم الكهربائي أو البولي سلفون امتصاصًا عاليًا نسبيًا، بينما يسمح البوليسترين أو التفلون بمستويات صغيرة جدًا من الامتصاص. ^[49] في بعض المكثفات حيث توجد فولتات وطاقات خطيرة، مثل أنابيب الفلاش وأجهزة التلفزيون وأفران الميكروويف وأجهزة إزالة الرجفان ، يمكن للامتصاص العازل إعادة شحن المكثف إلى فولتات خطيرة بعد حدوث ماس كهربائي أو تفريغ. يعتبر أي مكثف يحتوي على أكثر من 10 جول من الطاقة خطيرًا بشكل عام، في حين أن 50 جول أو أكثر قد تكون قاتلة. قد يستعيد المكثف ما بين 0.01 إلى 20% من شحنته الأصلية على مدار عدة دقائق، مما يسمح لمكثف آمن ظاهريًا أن يصبح خطيرًا بشكل مدهش. ^{[50] [51] [52] [53] [54]}

لا توجد مادة عازلة مثالية، وبالتالي تسمح جميع المواد العازلة بتسرب مستوى صغير من التيار من خلالها، والذي يمكن قياسه بميجا أوممتر . ^[55] التسرب يعادل المقاوم بالتوازي مع المكثف. يمكن أن يؤدي التعرض المستمر لعوامل مثل الحرارة أو الإجهاد الميكانيكي أو الرطوبة إلى تدهور العازل مما يؤدي إلى تسرب مفرط، وهي مشكلة تُرى غالبًا في دوائر الأنابيب المفرغة القديمة، وخاصة حيث تم استخدام مكثفات ورقية ورقائق مدهونة بالزيت. في العديد من دوائر الأنابيب المفرغة، تُستخدم مكثفات اقتران بين المراحل لتوصيل إشارة متغيرة من صفيحة أحد الأنابيب إلى دائرة الشبكة للمرحلة التالية. يمكن أن يتسبب المكثف المتسرب في رفع جهد دائرة الشبكة من إعداد التحيز الطبيعي، مما يتسبب في حدوث تيار زائد أو تشويه للإشارة في الأنبوب المصب. في مكبرات الطاقة، يمكن أن يتسبب هذا في توهج الألواح باللون الأحمر، أو ارتفاع درجة حرارة المقاومات التي تحد من التيار، أو حتى فشلها. وتنطبق اعتبارات مماثلة على مكبرات الصوت ذات الحالة الصلبة (الترانزستور) المصنعة من مكونات، ولكن بسبب انخفاض إنتاج الحرارة واستخدام الحواجز الكهربائية الحديثة المصنوعة من البوليستر، أصبحت هذه المشكلة الشائعة نادرة نسبيا.

يتم تجهيز المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم عند تصنيعها بتطبيق جهد كهربي كافٍ لبدء الحالة الكيميائية الداخلية المناسبة. يتم الحفاظ على هذه الحالة من خلال الاستخدام المنتظم للمعدات. إذا لم يتم استخدام نظام يستخدم مكثفات إلكتروليتية لفترة طويلة من الوقت، فقد يفقد تجهيزه . في بعض الأحيان تفشل بسبب حدوث ماس كهربائي عند تشغيلها بعد ذلك.

تختلف أعمار جميع المكثفات، اعتمادًا على بنائها وظروف تشغيلها والظروف البيئية. تتمتع المكثفات الخزفية ذات الحالة الصلبة عمومًا بعمر طويل جدًا في ظل الاستخدام العادي، والذي لا يعتمد كثيرًا على عوامل مثل الاهتزاز أو درجة الحرارة المحيطة، ولكن عوامل مثل الرطوبة والإجهاد الميكانيكي والتعب تلعب دورًا أساسيًا في فشلها. قد تختلف أوضاع الفشل. قد تعاني بعض المكثفات من فقدان تدريجي للسعة أو زيادة التسرب أو زيادة في المقاومة التسلسلية المكافئة (ESR)، بينما قد تفشل مكثفات أخرى فجأة أو حتى بشكل كارثي . على سبيل المثال، تكون المكثفات ذات الغشاء المعدني أكثر عرضة للتلف الناتج عن الإجهاد والرطوبة، ولكنها تلتئم ذاتيًا عند حدوث انهيار في العازل. يمنع تكوين تفريغ التوهج عند نقطة الفشل القوس الكهربائي عن طريق تبخير الغشاء المعدني في تلك البقعة، مما يؤدي إلى تحييد أي ماس كهربائي بأقل قدر من الخسارة في السعة. عندما تتراكم ثقوب دقيقة كافية في الغشاء، يحدث فشل كامل في مكثف الغشاء المعدني، ويحدث بشكل عام فجأة دون سابق إنذار.

تتميز المكثفات الكهربية عمومًا بأقصر عمر افتراضي. لا تتأثر المكثفات الكهربية بالاهتزاز أو الرطوبة إلا قليلاً، ولكن عوامل مثل درجات الحرارة المحيطة والتشغيلية تلعب دورًا كبيرًا في فشلها، والذي يحدث تدريجيًا كزيادة في ESR (حتى 300٪) وما يصل إلى 20٪ انخفاض في السعة. تحتوي المكثفات على إلكتروليتات تنتشر في النهاية عبر الأختام وتتبخر. كما تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى زيادة الضغط الداخلي، وزيادة معدل تفاعل المواد الكيميائية. وبالتالي، يتم تحديد عمر المكثف الكهربي عمومًا من خلال تعديل معادلة أرينيوس ، والتي تستخدم لتحديد معدلات التفاعل الكيميائي: $${\displaystyle L=Be^{\frac {e_{A}}{kT_{o}}}}$$

غالبًا ما يستخدم المصنعون هذه المعادلة لتحديد عمر افتراضي متوقع، بالساعات، للمكثفات الكهروليتية عند استخدامها في درجة حرارة التشغيل المصممة لها، والتي تتأثر بدرجة الحرارة المحيطة، وESR، والتيار المتموج. ومع ذلك، قد لا توجد هذه الظروف المثالية في كل استخدام. يتم تحديد القاعدة الأساسية للتنبؤ بعمر افتراضي في ظل ظروف استخدام مختلفة من خلال: $${\displaystyle L_{a}=L_{0}2^{\frac {T_{0}-T_{a}}{10}}}$$

وينص هذا على أن عمر المكثف ينخفض ​​إلى النصف لكل 10 درجات مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة، ^[56] حيث:

• ${\displaystyle L_{0}}$هو العمر المقدر في ظل الظروف المقدرة، على سبيل المثال 2000 ساعة
• ${\displaystyle T_{0}}$هي درجة الحرارة التشغيلية القصوى/الدنيا المقدرة
• ${\displaystyle T_{a}}$هي متوسط ​​درجة الحرارة التشغيلية
• ${\displaystyle L_{a}}$هو العمر المتوقع في ظل الظروف المعينة

تتوفر المكثفات العملية تجاريًا بأشكال مختلفة عديدة. يؤثر نوع العازل الداخلي وبنية الألواح وتغليف الجهاز بشكل كبير على خصائص المكثف وتطبيقاته.

تتراوح القيم المتاحة من قيم منخفضة للغاية (نطاق بيكوفاراد؛ في حين أن القيم المنخفضة بشكل تعسفي ممكنة من حيث المبدأ، فإن السعة الضالة (الطفيلية) في أي دائرة هي العامل المحدد) إلى حوالي 5 كيلو فاراد من المكثفات الفائقة .

تُستخدم المكثفات الكهربية التي تزيد سعتها عن 1 ميكروفاراد تقريبًا عادةً بسبب حجمها الصغير وتكلفتها المنخفضة مقارنة بالأنواع الأخرى، ما لم تكن غير مناسبة بسبب ضعف استقرارها وعمرها الافتراضي وطبيعتها الاستقطابية. تستخدم المكثفات الفائقة السعة مادة قطبية مسامية قائمة على الكربون.

تحتوي معظم المكثفات على فاصل عازل، مما يزيد من سعتها مقارنة بالهواء أو الفراغ. ومن أجل زيادة الشحنة التي يمكن للمكثف أن يحملها، يجب أن تكون المادة العازلة ذات نفاذية عالية قدر الإمكان، مع وجود أعلى جهد انهيار ممكن أيضًا. كما يجب أن يكون للعازل أقل خسارة ممكنة مع التردد.

ومع ذلك، تتوفر مكثفات منخفضة القيمة مع وجود فراغ كبير بين ألواحها للسماح بتشغيل جهد عالي للغاية وخسائر منخفضة. كانت المكثفات المتغيرة ذات ألواحها المفتوحة على الغلاف الجوي تُستخدم عادةً في دوائر ضبط الراديو. تستخدم التصميمات اللاحقة عازل رقائق البوليمر بين الألواح المتحركة والثابتة، مع عدم وجود مساحة هوائية كبيرة بين الألواح.

تتوفر العديد من المواد العازلة الصلبة، بما في ذلك الورق والبلاستيك والزجاج والميكا والسيراميك . [ 17 ^]

كان الورق يستخدم على نطاق واسع في المكثفات القديمة، وهو يوفر أداءً عاليًا نسبيًا للجهد. ومع ذلك، يمتص الورق الرطوبة، وقد تم استبداله إلى حد كبير بالمكثفات المصنوعة من الأغشية البلاستيكية .

توفر معظم الأغشية البلاستيكية المستخدمة الآن استقرارًا وأداءً أفضل في مقاومة الشيخوخة مقارنة بالمواد العازلة القديمة مثل الورق المزيت، مما يجعلها مفيدة في دوائر المؤقت، على الرغم من أنها قد تقتصر على درجات حرارة التشغيل والترددات المنخفضة نسبيًا، بسبب قيود الغشاء البلاستيكي المستخدم. تُستخدم مكثفات الغشاء البلاستيكي الكبيرة على نطاق واسع في دوائر القمع ودوائر بدء تشغيل المحرك ودوائر تصحيح معامل القدرة .

المكثفات الخزفية صغيرة بشكل عام ورخيصة ومفيدة لتطبيقات التردد العالي، على الرغم من أن سعتها تختلف بشدة مع الجهد ودرجة الحرارة وتتقدم في العمر بشكل سيئ. يمكن أن تعاني أيضًا من التأثير الكهرضغطي. يتم تصنيف المكثفات الخزفية على نطاق واسع على أنها عوازل من الفئة 1 ، والتي لها تغير متوقع في السعة مع درجة الحرارة أو عوازل من الفئة 2 ، والتي يمكن أن تعمل بجهد أعلى. عادة ما تكون السيراميك متعددة الطبقات الحديثة صغيرة جدًا، ولكن بعض الأنواع لها تحمّلات قيمة واسعة بطبيعتها، ومشاكل ميكروفونية، وعادة ما تكون هشة جسديًا.

تتميز المكثفات الزجاجية والميكا بأنها موثوقة للغاية ومستقرة ومتسامحة مع درجات الحرارة العالية والجهد الكهربائي، ولكنها باهظة الثمن للغاية بالنسبة لمعظم التطبيقات السائدة.

يتم استخدام المكثفات الكهروليتية والمكثفات الفائقة لتخزين كميات صغيرة وكبيرة من الطاقة على التوالي، وغالبًا ما تستخدم المكثفات الخزفية في الرنانات ، وتحدث السعة الطفيلية في الدوائر حيث يتم تشكيل هيكل الموصل-العازل-الموصل البسيط بشكل غير مقصود من خلال تكوين تخطيط الدائرة.

تستخدم المكثفات الكهروليتية صفيحة من الألومنيوم أو التنتالوم مع طبقة عازلة من أكسيد. القطب الثاني عبارة عن إلكتروليت سائل متصل بالدائرة بواسطة صفيحة رقائق أخرى. توفر المكثفات الكهروليتية سعة عالية جدًا ولكنها تعاني من ضعف التحمل وعدم الاستقرار العالي والفقدان التدريجي للسعة خاصة عند تعرضها للحرارة والتيار المتسرب العالي. قد تتسرب المكثفات ذات الجودة الرديئة من الإلكتروليت، وهو أمر ضار بلوحات الدوائر المطبوعة. تنخفض موصلية الإلكتروليت عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يزيد من مقاومة السلسلة المكافئة. على الرغم من استخدامها على نطاق واسع لتكييف مصدر الطاقة، فإن خصائص التردد العالي الرديئة تجعلها غير مناسبة للعديد من التطبيقات. تعاني المكثفات الكهروليتية من التدهور الذاتي إذا لم يتم استخدامها لفترة (حوالي عام)، وعند تطبيق الطاقة الكاملة قد يحدث ماس كهربائي، مما يؤدي إلى إتلاف المكثف بشكل دائم وعادةً ما يؤدي إلى انفجار الصمامات أو التسبب في فشل الثنائيات المعدلة. على سبيل المثال، في المعدات القديمة، قد يتسبب هذا في حدوث قوس كهربائي في أنابيب المعدل. يمكن استعادتها قبل الاستخدام عن طريق تطبيق جهد التشغيل تدريجيًا، والذي يتم إجراؤه غالبًا على معدات الصمامات المفرغة العتيقة على مدى فترة ثلاثين دقيقة باستخدام محول متغير لتزويد التيار المتردد. قد يكون استخدام هذه التقنية أقل إرضاءً لبعض معدات الحالة الصلبة، والتي قد تتلف بسبب التشغيل بأقل من نطاق طاقتها الطبيعي، مما يتطلب عزل مصدر الطاقة أولاً عن الدوائر المستهلكة. قد لا تكون مثل هذه العلاجات قابلة للتطبيق على مصادر الطاقة الحديثة عالية التردد لأنها تنتج جهد خرج كامل حتى مع انخفاض المدخلات. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

توفر مكثفات التنتالوم خصائص تردد ودرجة حرارة أفضل من الألومنيوم، ولكنها تتميز بامتصاص عازل وتسرب أعلى. ^[57]

تستخدم المكثفات البوليمرية (OS-CON، OC-CON، KO، AO) البوليمر الموصل الصلب (أو أشباه الموصلات العضوية البوليمرية) كإلكتروليت وتوفر عمرًا أطول و ESR أقل بتكلفة أعلى من المكثفات الكهروليتية القياسية.

المكثف الذي يتم توصيله عبر التغذية هو أحد المكونات التي، على الرغم من أنها لا تعمل كاستخدام رئيسي، تحتوي على سعة ويتم استخدامها لتوصيل الإشارات عبر ورقة موصلة.

تتوفر عدة أنواع أخرى من المكثفات للتطبيقات المتخصصة. تخزن المكثفات الفائقة كميات كبيرة من الطاقة. توفر المكثفات الفائقة المصنوعة من هلام الكربون الهوائي أو الأنابيب النانوية الكربونية أو مواد الأقطاب الكهربائية شديدة المسامية سعة عالية للغاية (تصل إلى 5 كيلو فاراد اعتبارًا من عام 2010 ^[update]) ويمكن استخدامها في بعض التطبيقات بدلاً من البطاريات القابلة لإعادة الشحن . تم تصميم مكثفات التيار المتردد خصيصًا للعمل على دوائر الطاقة المترددة ذات الجهد الكهربائي الرئيسي. تُستخدم عادةً في دوائر المحركات الكهربائية وغالبًا ما تكون مصممة للتعامل مع التيارات الكبيرة، لذلك تميل إلى أن تكون كبيرة الحجم فعليًا. عادة ما يتم تعبئتها بشكل متين، وغالبًا في علب معدنية يمكن توصيلها بالأرض بسهولة. كما تم تصميمها بجهد انهيار تيار مستمر لا يقل عن خمسة أضعاف أقصى جهد تيار متردد.

يتغير ثابت العزل لعدد من العوازل المفيدة جدًا كدالة للمجال الكهربائي المطبق، على سبيل المثال المواد الكهروضوئية ، لذا فإن السعة لهذه الأجهزة أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال، في شحن مثل هذا المكثف، يتم التحكم في الزيادة التفاضلية في الجهد مع الشحنة بواسطة: حيث يشير اعتماد الجهد على السعة، C ( V ) ، إلى أن السعة هي دالة لقوة المجال الكهربائي، والتي في جهاز ذي لوحين متوازيين بمساحة كبيرة يتم إعطاؤها بواسطة ε = V / d . يستقطب هذا المجال العازل، والذي يكون الاستقطاب، في حالة المواد الكهروضوئية، دالة غير خطية على شكل حرف S للمجال الكهربائي، والتي تترجم في حالة جهاز ذي لوحين متوازيين بمساحة كبيرة، إلى سعة هي دالة غير خطية للجهد. ^{[58] [59]}$${\displaystyle dQ=C(V)\,dV}$$

بالتوافق مع السعة المعتمدة على الجهد، لشحن المكثف إلى الجهد V يتم إيجاد علاقة تكاملية: والتي تتفق مع Q = CV فقط عندما لا تعتمد C على الجهد V.$${\displaystyle Q=\int _{0}^{V}C(V)\,dV}$$

وبنفس الطريقة، يتم الآن إعطاء الطاقة المخزنة في المكثف بواسطة $${\displaystyle dW=Q\,dV=\left[\int _{0}^{V}dV'\,C(V')\right]dV\,.}$$

التكامل: حيث يتم استخدام التبادل لترتيب التكامل .$${\displaystyle W=\int _{0}^{V}dV\int _{0}^{V}dV'\,C(V')=\int _{0}^{V}dV'\int _{V'}^{V}dV\,C(V')=\int _{0}^{V}dV'\left(V-V'\right)C(V')\,,}$$

يتم استخدام السعة غير الخطية لمسبار المجهر الممسوح ضوئيًا على طول سطح كهربائي حديدي لدراسة بنية المجال للمواد الكهربائية الحديدية. ^[60]

يحدث مثال آخر للسعة المعتمدة على الجهد في الأجهزة شبه الموصلة مثل الثنائيات شبه الموصلة ، حيث لا ينبع اعتماد الجهد من تغيير في الثابت العازل ولكن في اعتماد الجهد على التباعد بين الشحنات على جانبي المكثف. ^[61] يتم استغلال هذا التأثير عمدًا في الأجهزة الشبيهة بالثنائيات المعروفة باسم المكثفات المتبدلة .

إذا تم تشغيل مكثف بجهد متغير بمرور الوقت يتغير بسرعة كافية، فعند بعض الترددات لا يمكن لاستقطاب العازل أن يتبع الجهد. وكمثال على أصل هذه الآلية، لا يمكن للثنائيات القطبية المجهرية الداخلية المساهمة في ثابت العزل أن تتحرك على الفور، وبالتالي مع زيادة تردد الجهد المتناوب المطبق، تكون استجابة ثنائي القطب محدودة وينخفض ​​ثابت العزل. يشار إلى ثابت العزل المتغير مع التردد باسم التشتت العازل ، ويحكمه عمليات استرخاء العزل ، مثل استرخاء ديباي . في ظل الظروف العابرة، يمكن التعبير عن مجال الإزاحة على النحو التالي (انظر القابلية الكهربائية ): $${\displaystyle {\boldsymbol {D(t)}}=\varepsilon _{0}\int _{-\infty }^{t}\varepsilon _{r}(t-t'){\boldsymbol {E}}(t')\,dt',}$$

مما يدل على تأخر الاستجابة من خلال الاعتماد على الوقت لـ ε _r ، المحسوب من حيث المبدأ من تحليل مجهري أساسي، على سبيل المثال، لسلوك ثنائي القطب في العازل. انظر، على سبيل المثال، دالة الاستجابة الخطية . ^{[62] [63]} يمتد التكامل على مدار التاريخ الماضي بالكامل حتى الوقت الحاضر. ينتج عن تحويل فورييه في الوقت ما يلي:$${\displaystyle {\boldsymbol {D}}(\omega )=\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}(\omega ){\boldsymbol {E}}(\omega )\,,}$$

حيث ε _r ( ω ) هي الآن دالة معقدة ، مع جزء تخيلي يتعلق بامتصاص الطاقة من المجال بواسطة الوسط. انظر السماحية . السعة، كونها متناسبة مع ثابت العزل الكهربائي، تظهر أيضًا هذا السلوك الترددي. تحويل فورييه لقانون جاوس بهذا الشكل لحقل الإزاحة:

$${\displaystyle {\begin{aligned}I(\omega )&=j\omega Q(\omega )=j\omega \oint _{\Sigma }{\boldsymbol {D}}({\boldsymbol {r}},\omega )\cdot d{\boldsymbol {\Sigma }}\\&=\left[G(\omega )+j\omega C(\omega )\right]V(\omega )={\frac {V(\omega )}{Z(\omega )}}\,,\end{aligned}}}$$ حيث j هي الوحدة التخيلية ، وV ( ω ) هي مكونة الجهد عند التردد الزاوي ω ، و G ( ω ) هو الجزء الحقيقي من التيار، والذي يسمى الموصلية ، و C ( ω ) تحدد الجزء التخيلي من التيار وهي السعة . Z ( ω ) هي المعاوقة المعقدة.

عندما يتم ملء مكثف ذي لوحين متوازيين بعازل كهربائي، فإن قياس الخصائص العازلة للوسط يعتمد على العلاقة: حيث يشير العدد الأولي المفرد إلى الجزء الحقيقي والعدد الأولي المزدوج إلى الجزء التخيلي، Z ( ω ) هي المعاوقة المعقدة مع وجود العازل، C _cmplx ( ω ) هي ما يسمى بالسعة المعقدة مع وجود العازل، و C ₀ هي السعة بدون العازل. ^{[64] [65]} (القياس "بدون العازل" يعني من حيث المبدأ القياس في الفضاء الحر ، وهو هدف بعيد المنال بقدر ما يُتوقع أن يُظهر الفراغ الكمومي سلوكًا غير مثالي، مثل ثنائية اللون . لأغراض عملية، عند أخذ أخطاء القياس في الاعتبار، غالبًا ما يكون القياس في الفراغ الأرضي، أو ببساطة حساب C ₀ ، دقيقًا بدرجة كافية. ^[66] ) $${\displaystyle \varepsilon _{r}(\omega )=\varepsilon '_{r}(\omega )-j\varepsilon ''_{r}(\omega )={\frac {1}{j\omega Z(\omega )C_{0}}}={\frac {C_{\text{cmplx}}(\omega )}{C_{0}}}\,,}$$

باستخدام طريقة القياس هذه، قد يظهر ثابت العزل رنينًا عند ترددات معينة تتوافق مع ترددات الاستجابة المميزة (طاقات الإثارة) للمساهمين في ثابت العزل. تشكل هذه الرنينات الأساس لعدد من التقنيات التجريبية للكشف عن العيوب. تقيس طريقة التوصيل الامتصاص كدالة للتردد. ^[67] بدلاً من ذلك، يمكن استخدام استجابة الوقت للسعة بشكل مباشر، كما هو الحال في التحليل الطيفي العابر على مستوى عميق . ^[68]

يحدث مثال آخر للسعة المعتمدة على التردد مع مكثفات MOS ، حيث يعني التوليد البطيء للناقلات الأقلية أنه عند الترددات العالية تقيس السعة استجابة الناقلة الأغلبية فقط، بينما عند الترددات المنخفضة يستجيب كلا النوعين من الناقلات. ^{[61] [69]}

عند الترددات الضوئية، يظهر ثابت العزل الكهربائي في أشباه الموصلات بنية مرتبطة ببنية النطاق للمادة الصلبة. وقد أدت طرق قياس الطيف التعديلي المتطورة القائمة على تعديل البنية البلورية بالضغط أو بضغوط أخرى ومراقبة التغيرات المرتبطة بامتصاص أو انعكاس الضوء إلى تقدم معرفتنا بهذه المواد. ^[70]

إن ترتيب الألواح والعوازل الكهربائية له العديد من الاختلافات في الأنماط المختلفة اعتمادًا على التصنيفات المطلوبة للمكثف. بالنسبة للقيم الصغيرة للسعة (ميكروفاراد وأقل)، تستخدم الأقراص الخزفية طلاءات معدنية، مع توصيل أسلاك التوصيل بالطلاء. يمكن عمل قيم أكبر من خلال مجموعات متعددة من الألواح والأقراص. تستخدم المكثفات ذات القيمة الأكبر عادةً رقاقة معدنية أو طبقة فيلم معدني مترسبة على سطح فيلم عازل لصنع الألواح، وفيلم عازل من الورق المشرب أو البلاستيك - يتم لفها لتوفير المساحة. لتقليل المقاومة التسلسلية والمحاثة للألواح الطويلة، يتم ترتيب الألواح والعازل الكهربائي بشكل متدرج بحيث يتم إجراء الاتصال عند الحافة المشتركة للألواح الملفوفة، وليس عند أطراف الرقاقة أو شرائط الفيلم المعدنية التي تتكون منها الألواح.

يتم تغليف التجميع لمنع دخول الرطوبة إلى العازل الكهربائي - استخدمت معدات الراديو المبكرة أنبوبًا من الورق المقوى محكم الغلق بالشمع. يتم غمس المكثفات العازلة الورقية أو الفيلمية الحديثة في مادة بلاستيكية حرارية صلبة. قد يكون للمكثفات الكبيرة للاستخدام عالي الجهد شكل لفافة مضغوطة لتناسب علبة معدنية مستطيلة، مع أطراف مثبتة بمسامير وبطانات للتوصيلات. غالبًا ما يتم تشريب العازل الكهربائي في المكثفات الأكبر بسائل لتحسين خصائصه.

قد يتم ترتيب أسلاك التوصيل للمكثفات في العديد من التكوينات، على سبيل المثال محوريًا أو شعاعيًا. "محوري" يعني أن الأسلاك موجودة على محور مشترك، عادةً محور الجسم الأسطواني للمكثف - تمتد الأسلاك من طرفين متقابلين. نادرًا ما يتم محاذاة الأسلاك الشعاعية على طول أقطار دائرة الجسم، لذا فإن المصطلح تقليدي. عادةً ما تكون الأسلاك (حتى تنحني) في مستويات موازية لجسم المكثف المسطح، وتمتد في نفس الاتجاه؛ غالبًا ما تكون متوازية كما تم تصنيعها.

كانت المكثفات الخزفية القرصية الصغيرة الرخيصة موجودة منذ ثلاثينيات القرن العشرين فصاعدًا، ولا تزال مستخدمة على نطاق واسع. بعد ثمانينيات القرن العشرين، تم استخدام حزم التركيب السطحي للمكثفات على نطاق واسع. هذه الحزم صغيرة للغاية وتفتقر إلى أسلاك التوصيل، مما يسمح بلحامها مباشرة على سطح لوحات الدوائر المطبوعة . تتجنب مكونات التركيب السطحي التأثيرات غير المرغوب فيها ذات التردد العالي بسبب الأسلاك وتبسط التجميع الآلي، على الرغم من أن التعامل اليدوي يصبح صعبًا بسبب حجمها الصغير.

تسمح المكثفات المتغيرة التي يتم التحكم فيها ميكانيكيًا بتعديل تباعد اللوحات، على سبيل المثال عن طريق تدوير أو تحريك مجموعة من اللوحات المتحركة لتتوافق مع مجموعة من اللوحات الثابتة. تضغط المكثفات المتغيرة منخفضة التكلفة معًا طبقات متناوبة من الألومنيوم والبلاستيك بمسمار . يمكن تحقيق التحكم الكهربائي في السعة باستخدام المكثفات المتغيرة (أو المكثفات المتغيرة)، وهي ثنائيات أشباه الموصلات ذات التحيز العكسي والتي يختلف عرض منطقة استنفادها مع الجهد المطبق. تُستخدم في حلقات القفل الطوري ، من بين تطبيقات أخرى.

تحتوي أغلب المكثفات على تسميات مطبوعة على أجسامها للإشارة إلى خصائصها الكهربائية. عادةً ما تعرض المكثفات الأكبر حجمًا، مثل المكثفات الكهروليتية، السعة كقيمة بوحدة صريحة، على سبيل المثال، 220 μF .

لأسباب مطبعية، يقوم بعض المصنعين بطباعة MF على المكثفات للإشارة إلى الميكروفاراد (μF). ^[71]

غالبًا ما تستخدم المكثفات الأصغر حجمًا، مثل الأنواع الخزفية، تدوينًا مختصرًا يتكون من ثلاثة أرقام وحرف اختياري، حيث تشير الأرقام ( XYZ ) إلى السعة بالبيكوفاراد (pF)، المحسوبة على أنها XY  × 10 ^Z ، والحرف الذي يشير إلى التسامح. التسامحات الشائعة هي ±5% و±10% و±20%، والتي تشير إلى J وK وM على التوالي.

يمكن أيضًا وضع علامة على المكثف بجهد التشغيل ودرجة الحرارة والخصائص الأخرى ذات الصلة.

مثال: المكثف المسمى أو المحدد بـ 473 كيلو أوم 330 فولت له سعة47 × 10 ³  بيكو فاراد = 47 نانو فاراد (±10%) مع أقصى جهد تشغيل يبلغ 330 فولت. إن جهد تشغيل المكثف هو أعلى جهد يمكن تطبيقه عليه دون المخاطرة غير المبررة بانهيار الطبقة العازلة.

بالنسبة للسعات التي تتبع سلسلة القيم المفضلة E3 أو E6 أو E12 أو E24 ، فإن معايير ANSI/EIA-198-D:1991 وANSI/EIA-198-1-E:1998 وANSI/EIA-198-1-F:2002 السابقة بالإضافة إلى التعديل IEC 60062:2016/AMD1:2019 على IEC 60062 تحدد رمزًا خاصًا مكونًا من حرفين للمكثفات للأجزاء الصغيرة جدًا والتي لا تترك مجالًا لطباعة الرمز المذكور أعلاه المكون من ثلاثة/أربعة أحرف عليها. يتكون الرمز من حرف كبير يشير إلى الرقمين المهمين للقيمة متبوعًا برقم يشير إلى المضاعف. يحدد معيار EIA أيضًا عددًا من الأحرف الصغيرة لتحديد عدد القيم غير الموجودة في E24. ^[72]

شفرة	مسلسل	رقم
الرسالة [ملاحظة 1]	إي 24	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8
أ	1.0	0.10 بيكو فاراد	1.0 بيكو فاراد	10 بيكو فاراد	100 بيكو فاراد	1.0 نانو فاراد	10 نانو فاراد	100 نانو فاراد	1.0 ميكرو فاراد	10 ميكرو فاراد	100 ميكرو فاراد
ب	1.1	0.11 بيكو فاراد	1.1 بيكو فاراد	11 بيكو فاراد	110 بيكو فاراد	1.1 نانو فاراد	11 نانو فاراد	110 نانو فاراد	1.1 ميكرو فاراد	11 ميكروفاراد	110 ميكرو فاراد
ج	1.2	0.12 بيكو فاراد	1.2 بيكو فاراد	12 بيكو فاراد	120 بيكو فاراد	1.2 نانو فاراد	12 نانو فاراد	120 نانو فاراد	1.2 ميكرو فاراد	12 ميكرو فاراد	120 ميكرو فاراد
د	1.3	0.13 بيكو فاراد	1.3 بيكو فاراد	13 بيكو فاراد	130 بيكو فاراد	1.3 نانو فاراد	13 نانو فاراد	130 نانو فاراد	1.3 ميكرو فاراد	13 ميكرو فاراد	130 ميكرو فاراد
هـ	1.5	0.15 بيكو فاراد	1.5 بيكو فاراد	15 بيكو فاراد	150 بيكو فاراد	1.5 نانو فاراد	15 نانو فاراد	150 نانو فاراد	1.5 ميكرو فاراد	15 ميكروفاراد	150 ميكرو فاراد
ف	1.6	0.16 بيكو فاراد	1.6 بيكو فاراد	16 بيكو فاراد	160 بيكو فاراد	1.6 نانو فاراد	16 نانو فاراد	160 نانو فاراد	1.6 ميكرو فاراد	16 ميكروفاراد	160 ميكرو فاراد
ج	1.8	0.18 بيكو فاراد	1.8 بيكو فاراد	18 بيكو فاراد	180 بيكو فاراد	1.8 نانو فاراد	18 نانو فاراد	180 نانو فاراد	1.8 ميكرو فاراد	18 ميكرو فاراد	180 ميكرو فاراد
ح	2.0	0.20 بيكو فاراد	2.0 بيكو فاراد	20 بيكو فاراد	200 بيكو فاراد	2.0 نانو فاراد	20 نانو فاراد	200 نانو فاراد	2.0 ميكرو فاراد	20 ميكرو فاراد	200 ميكرو فاراد
ج	2.2	0.22 بيكو فاراد	2.2 بيكو فاراد	22 بيكو فاراد	220 بيكو فاراد	2.2 نانو فاراد	22 نانو فاراد	220 نانو فاراد	2.2 ميكرو فاراد	22 ميكروفاراد	220 ميكرو فاراد
ك	2.4	0.24 بيكو فاراد	2.4 بيكو فاراد	24 بيكو فاراد	240 بيكو فاراد	2.4 نانو فاراد	24 نانو فاراد	240 نانو فاراد	2.4 ميكرو فاراد	24 ميكروفاراد	240 ميكرو فاراد
ل	2.7	0.27 بيكو فاراد	2.7 بيكو فاراد	27 بيكو فاراد	270 بيكو فاراد	2.7 نانو فاراد	27 نانو فاراد	270 نانو فاراد	2.7 ميكرو فاراد	27 ميكروفاراد	270 ميكرو فاراد
م	3.0	0.30 بيكو فاراد	3.0 بيكو فاراد	30 بيكو فاراد	300 بيكو فاراد	3.0 نانو فاراد	30 نانو فاراد	300 نانو فاراد	3.0 ميكرو فاراد	30 ميكرو فاراد	300 ميكرو فاراد
ن	3.3	0.33 بيكو فاراد	3.3 بيكو فاراد	33 بيكو فاراد	330 بيكو فاراد	3.3 نانو فاراد	33 نانو فاراد	330 نانو فاراد	3.3 ميكرو فاراد	33 ميكرو فاراد	330 ميكرو فاراد
ص	3.6	0.36 بيكو فاراد	3.6 بيكو فاراد	36 بيكو فاراد	360 بيكو فاراد	3.6 نانو فاراد	36 نانو فاراد	360 نانو فاراد	3.6 ميكرو فاراد	36 ميكروفاراد	360 ميكرو فاراد
س	3.9	0.39 بيكو فاراد	3.9 بيكو فاراد	39 بيكو فاراد	390 بيكو فاراد	3.9 نانو فاراد	39 نانو فاراد	390 نانو فاراد	3.9 ميكرو فاراد	39 ميكرو فاراد	390 ميكرو فاراد
ر	4.3	0.43 بيكو فاراد	4.3 بيكو فاراد	43 بيكو فاراد	430 بيكو فاراد	4.3 نانو فاراد	43 نانو فاراد	430 نانو فاراد	4.3 ميكرو فاراد	43 ميكروفاراد	430 ميكرو فاراد
س	4.7	0.47 بيكو فاراد	4.7 بيكو فاراد	47 بيكو فاراد	470 بيكو فاراد	4.7 نانو فاراد	47 نانو فاراد	470 نانو فاراد	4.7 ميكرو فاراد	47 ميكرو فاراد	470 ميكرو فاراد
ت	5.1	0.51 بيكو فاراد	5.1 بيكو فاراد	51 بيكو فاراد	510 بيكو فاراد	5.1 نانو فاراد	51 نانو فاراد	510 نانو فاراد	5.1 ميكرو فاراد	51 ميكروفاراد	510 ميكرو فاراد
و	5.6	0.56 بيكو فاراد	5.6 بيكو فاراد	56 بيكو فاراد	560 بيكو فاراد	5.6 نانو فاراد	56 نانو فاراد	560 نانو فاراد	5.6 ميكرو فاراد	56 ميكروفاراد	560 ميكرو فاراد
الخامس	6.2	0.62 بيكو فاراد	6.2 بيكو فاراد	62 بيكو فاراد	620 بيكو فاراد	6.2 نانو فاراد	62 نانو فاراد	620 نانو فاراد	6.2 ميكرو فاراد	62 ميكرو فاراد	620 ميكرو فاراد
و	6.8	0.68 بيكو فاراد	6.8 بيكو فاراد	68 بيكو فاراد	680 بيكو فاراد	6.8 نانو فاراد	68 نانوفاراد	680 نانو فاراد	6.8 ميكرو فاراد	68 ميكرو فاراد	680 ميكرو فاراد
إكس	7.5	0.75 بيكو فاراد	7.5 بيكو فاراد	75 بيكو فاراد	750 بيكو فاراد	7.5 نانو فاراد	75 نانو فاراد	750 نانو فاراد	7.5 ميكروفاراد	75 ميكروفاراد	750 ميكرو فاراد
ي	8.2	0.82 بيكو فاراد	8.2 بيكو فاراد	82 بيكو فاراد	820 بيكو فاراد	8.2 نانو فاراد	82 نانوفاراد	820 نانو فاراد	8.2 ميكرو فاراد	82 ميكرو فاراد	820 ميكرو فاراد
ز	9.1	0.91 بيكو فاراد	9.1 بيكو فاراد	91 بيكو فاراد	910 بيكو فاراد	9.1 نانو فاراد	91 نانوفاراد	910 نانو فاراد	9.1 ميكرو فاراد	91 ميكرو فاراد	910 ميكرو فاراد

شفرة	مسلسل	رقم
خطاب	تقييم الأثر البيئي	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8
أ	2.5	0.25 بيكو فاراد	2.5 بيكو فاراد	25 بيكو فاراد	250 بيكو فاراد	2.5 نانو فاراد	25 نانو فاراد	250 نانو فاراد	2.5 ميكروفاراد	25 ميكروفاراد	250 ميكرو فاراد
ب؟ [73]	3.0؟ [73]	0.30 بيكو فاراد	3.0 بيكو فاراد	30 بيكو فاراد	300 بيكو فاراد	3.0 نانو فاراد	30 نانو فاراد	300 نانو فاراد	3.0 ميكرو فاراد	30 ميكرو فاراد	300 ميكرو فاراد
ب؟ [72] /ج؟ [73]	3.5	0.35 بيكو فاراد	3.5 بيكو فاراد	35 بيكو فاراد	350 بيكو فاراد	3.5 نانو فاراد	35 نانو فاراد	350 نانو فاراد	3.5 ميكرو فاراد	35 ميكروفاراد	350 ميكرو فاراد
د	4.0	0.40 بيكو فاراد	4.0 بيكو فاراد	40 بيكو فاراد	400 بيكو فاراد	4.0 نانو فاراد	40 نانو فاراد	400 نانو فاراد	4.0 ميكرو فاراد	40 ميكرو فاراد	400 ميكرو فاراد
هـ	4.5	0.45 بيكو فاراد	4.5 بيكو فاراد	45 بيكو فاراد	450 بيكو فاراد	4.5 نانو فاراد	45 نانو فاراد	450 نانو فاراد	4.5 ميكرو فاراد	45 ميكروفاراد	450 ميكرو فاراد
ف	5.0	0.50 بيكو فاراد	5.0 بيكو فاراد	50 بيكو فاراد	500 بيكو فاراد	5.0 نانو فاراد	50 نانو فاراد	500 نانو فاراد	5.0 ميكرو فاراد	50 ميكروفاراد	500 ميكرو فاراد
م	6.0	0.60 بيكو فاراد	6.0 بيكو فاراد	60 بيكو فاراد	600 بيكو فاراد	6.0 نانو فاراد	60 نانو فاراد	600 نانو فاراد	6.0 ميكرو فاراد	60 ميكرو فاراد	600 ميكرو فاراد
ن	7.0	0.70 بيكو فاراد	7.0 بيكو فاراد	70 بيكو فاراد	700 بيكو فاراد	7.0 نانو فاراد	70 نانو فاراد	700 نانو فاراد	7.0 ميكرو فاراد	70 ميكرو فاراد	700 ميكرو فاراد
ت	8.0	0.80 بيكو فاراد	8.0 بيكو فاراد	80 بيكو فاراد	800 بيكو فاراد	8.0 نانو فاراد	80 نانو فاراد	800 نانو فاراد	8.0 ميكرو فاراد	80 ميكرو فاراد	800 ميكرو فاراد
ج	9.0	0.90 بيكو فاراد	9.0 بيكو فاراد	90 بيكو فاراد	900 بيكو فاراد	9.0 نانو فاراد	90 نانو فاراد	900 نانو فاراد	9.0 ميكرو فاراد	90 ميكرو فاراد	900 ميكرو فاراد

إن رمز RKM الذي يتبع IEC 60062 و BS 1852 هو رمز يستخدم لبيان قيمة المكثف في مخطط الدائرة. وهو يتجنب استخدام فاصل عشري ويستبدل الفاصل العشري برمز بادئة SI للقيمة المعينة (والحرف F للوزن 1). كما يستخدم الرمز لعلامات الأجزاء. على سبيل المثال: 4n7 لـ 4.7 nF أو 2F2 لـ 2.2 F.

في النصوص التي سبقت ستينيات القرن العشرين وعلى بعض عبوات المكثفات حتى وقت قريب، ^[17] تم استخدام وحدات سعة قديمة في الكتب الإلكترونية، ^[74] والمجلات، وكتالوجات الإلكترونيات. ^[75] كانت الوحدات القديمة "mfd" و"mf" تعني ميكروفاراد (μF)؛ وكانت الوحدات القديمة "mmfd" و"mmf" و"uuf" و"μμf" و"pfd" تعني بيكوفاراد (pF)؛ لكنها نادرًا ما تستخدم بعد الآن. ^[76] كما أن "ميكروميكروفاراد" أو "ميكرو-ميكروفاراد" وحدات قديمة موجودة في بعض النصوص القديمة تعادل بيكوفاراد (pF). ^[74]

ملخص وحدات السعة القديمة: (لا يتم عرض الاختلافات بين الأحرف الكبيرة والصغيرة)

• μF (ميكروفاراد) = mf، mfd
• pF (بيكوفاراد) = mmf، mmfd، pfd، μμF

يمكن للمكثف تخزين الطاقة الكهربائية عند فصله عن دائرة الشحن الخاصة به، وبالتالي يمكن استخدامه كبطارية مؤقتة ، أو مثل أنواع أخرى من أنظمة تخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن . ^[77] تُستخدم المكثفات عادةً في الأجهزة الإلكترونية للحفاظ على إمداد الطاقة أثناء تغيير البطاريات. (يمنع هذا فقدان المعلومات في الذاكرة المتطايرة.)

يمكن للمكثف تسهيل تحويل الطاقة الحركية للجسيمات المشحونة إلى طاقة كهربائية وتخزينها. ^[78]

هناك مقايضات بين المكثفات والبطاريات كأجهزة تخزين. بدون مقاومات أو محاثات خارجية، يمكن للمكثفات عمومًا إطلاق طاقتها المخزنة في وقت قصير جدًا مقارنة بالبطاريات. وعلى العكس من ذلك، يمكن للبطاريات أن تحمل شحنة أكبر بكثير وفقًا لحجمها. توفر المكثفات التقليدية أقل من 360 جول لكل كيلوغرام من الطاقة النوعية ، في حين أن البطارية القلوية التقليدية لها كثافة 590 كيلوجول / كجم. يوجد حل وسيط: المكثفات الفائقة ، والتي يمكنها قبول وتوصيل الشحنة بشكل أسرع بكثير من البطاريات، وتتحمل دورات شحن وتفريغ أكثر بكثير من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. ومع ذلك، فهي أكبر بعشر مرات من البطاريات التقليدية لشحنة معينة. من ناحية أخرى، فقد ثبت أن كمية الشحنة المخزنة في الطبقة العازلة للمكثف الغشائي الرقيق يمكن أن تساوي، أو حتى تتجاوز، كمية الشحنة المخزنة على ألواحها. ^[79]

في أنظمة الصوت في السيارة ، تخزن المكثفات الكبيرة الطاقة لكي يستخدمها مكبر الصوت عند الطلب. كما يتم استخدام مكثف في أنبوب الفلاش لتخزين الجهد العالي .

في ثلاثينيات القرن العشرين، طبق جون أتاناسوف مبدأ تخزين الطاقة في المكثفات لبناء ذاكرة رقمية ديناميكية لأول أجهزة كمبيوتر ثنائية تستخدم الأنابيب الإلكترونية للمنطق. ^[80]

تُستخدم الطاقة النبضية في العديد من التطبيقات لزيادة شدة القدرة (بالواط) لحجم من الطاقة (الجول) عن طريق إطلاق هذا الحجم في غضون فترة زمنية قصيرة جدًا. يمكن تحقيق نبضات في نطاق النانو ثانية وقوى في جيجاوات. غالبًا ما تتطلب النبضات القصيرة مكثفات عالية الجهد ومنخفضة المحاثة ومُصممة خصيصًا والتي تُستخدم غالبًا في مجموعات كبيرة ( بنوك المكثفات ) لتوفير نبضات ضخمة من التيار للعديد من تطبيقات الطاقة النبضية. وتشمل هذه التشكيل الكهرومغناطيسي ومولدات ماركس والليزر النبضي (وخاصة ليزر TEA ) وشبكات التشكيل النبضي والرادار وأبحاث الاندماج ومعجلات الجسيمات . ^[81]

تُستخدم مجموعات المكثفات الكبيرة (الخزان) كمصدر للطاقة في أجهزة التفجير ذات الأسلاك المتفجرة أو أجهزة التفجير ذات النبضات في الأسلحة النووية والأسلحة المتخصصة الأخرى. ويجري العمل التجريبي حاليًا باستخدام مجموعات المكثفات كمصدر للطاقة للدروع الكهرومغناطيسية والمدافع الكهرومغناطيسية والمدافع الملفوفة .

تُستخدم مكثفات الخزان في إمدادات الطاقة حيث تعمل على تنعيم خرج مقوم الموجة الكاملة أو نصف الموجة . ويمكن استخدامها أيضًا في دوائر مضخات الشحن كعنصر تخزين للطاقة في توليد جهد أعلى من جهد الدخل.

يتم توصيل المكثفات بالتوازي مع دوائر الطاقة في معظم الأجهزة الإلكترونية والأنظمة الأكبر حجمًا (مثل المصانع) لتحويل وإخفاء تقلبات التيار من مصدر الطاقة الأساسي لتوفير مصدر طاقة "نظيف" لدوائر الإشارة أو التحكم. على سبيل المثال، تستخدم معدات الصوت العديد من المكثفات بهذه الطريقة، لتحويل همهمة خطوط الطاقة قبل أن تدخل إلى دوائر الإشارة. تعمل المكثفات كاحتياطي محلي لمصدر الطاقة المستمر، وتتجاوز التيارات المترددة من مصدر الطاقة. يتم استخدام هذا في تطبيقات الصوت في السيارات، عندما يعوض مكثف التقوية عن المحاثة ومقاومة الأسلاك المؤدية إلى بطارية السيارة الرصاصية الحمضية .

في توزيع الطاقة الكهربائية، تُستخدم المكثفات لتصحيح معامل القدرة . غالبًا ما تأتي هذه المكثفات على شكل ثلاثة مكثفات متصلة كحمل ثلاثي الطور . عادةً، لا تُعطى قيم هذه المكثفات بالفاراد بل كقدرة تفاعلية بالفولت أمبير التفاعلية (var). والغرض من ذلك هو مواجهة التحميل الاستقرائي من أجهزة مثل المحركات الكهربائية وخطوط النقل لجعل الحمل يبدو وكأنه مقاوم في الغالب. قد تحتوي أحمال المحرك أو المصباح الفردية على مكثفات لتصحيح معامل القدرة، أو قد يتم تركيب مجموعات أكبر من المكثفات (عادةً مع أجهزة التبديل التلقائية) في مركز الحمل داخل مبنى أو في محطة فرعية كبيرة للمرافق .

نظرًا لأن المكثفات تمرر التيار المتردد ولكنها تحجب إشارات التيار المستمر (عند شحنها حتى جهد التيار المستمر المطبق)، فإنها تُستخدم غالبًا لفصل مكونات التيار المتردد والتيار المستمر للإشارة. تُعرف هذه الطريقة باسم اقتران التيار المتردد أو "الاقتران السعوي". هنا، يتم استخدام قيمة كبيرة من السعة، والتي لا يلزم التحكم في قيمتها بدقة، ولكن مفاعلتها صغيرة عند تردد الإشارة.

المكثف الفاصل هو مكثف يستخدم لحماية جزء من الدائرة من تأثير جزء آخر، على سبيل المثال لقمع الضوضاء أو الظواهر العابرة. يتم تحويل الضوضاء الناتجة عن عناصر الدائرة الأخرى عبر المكثف، مما يقلل من تأثيرها على بقية الدائرة. يستخدم بشكل شائع بين مصدر الطاقة والأرض. الاسم البديل هو مكثف الالتفافية لأنه يستخدم لتجاوز مصدر الطاقة أو أي مكون آخر عالي المقاومة في الدائرة.

لا يلزم أن تكون المكثفات المنفصلة مكونات منفصلة دائمًا. يمكن دمج المكثفات المستخدمة في هذه التطبيقات في لوحة دوائر مطبوعة ، بين الطبقات المختلفة. غالبًا ما يشار إليها باسم المكثفات المضمنة. ^[82] تعمل الطبقات الموجودة في اللوحة التي تساهم في الخصائص السعوية أيضًا كمستويات طاقة وأرضية، ولديها عازل كهربائي بينها، مما يمكنها من العمل كمكثف ذي لوحين متوازيين.

عندما يتم فتح دائرة حثية، ينهار التيار عبر المحاثة بسرعة، مما يخلق جهدًا كبيرًا عبر الدائرة المفتوحة للمفتاح أو التتابع. إذا كانت المحاثة كبيرة بما يكفي، فقد تولد الطاقة شرارة، مما يتسبب في أكسدة نقاط التلامس أو تدهورها أو لحامها معًا في بعض الأحيان، أو تدمير مفتاح الحالة الصلبة. يخلق مكثف التخميد عبر الدائرة المفتوحة حديثًا مسارًا لهذا النبض لتجاوز نقاط التلامس، وبالتالي الحفاظ على عمرها؛ تم العثور على هذه بشكل شائع في أنظمة إشعال قاطع التلامس ، على سبيل المثال. وبالمثل، في الدوائر ذات الحجم الأصغر، قد لا تكون الشرارة كافية لإتلاف المفتاح ولكنها قد لا تزال تشع تداخل تردد لاسلكي غير مرغوب فيه (RFI)، والذي يمتصه مكثف المرشح . تُستخدم مكثفات التخميد عادةً مع مقاوم منخفض القيمة على التوالي، لتبديد الطاقة وتقليل تداخل التردد اللاسلكي. تتوفر مثل هذه التركيبات من المقاوم والمكثف في حزمة واحدة.

تُستخدم المكثفات أيضًا بالتوازي مع وحدات المقاطعة في قاطع الدائرة ذات الجهد العالي لتوزيع الجهد بالتساوي بين هذه الوحدات. وتسمى هذه المكثفات "مكثفات التدرج".

في المخططات التخطيطية، غالبًا ما يتم رسم المكثف المستخدم في المقام الأول لتخزين شحنات التيار المستمر رأسيًا في مخططات الدوائر مع رسم اللوحة السفلية الأكثر سلبية على شكل قوس. تشير اللوحة المستقيمة إلى الطرف الموجب للجهاز، إذا كان مستقطبًا (انظر المكثف الكهربي ).

في محركات القفص السنجابي أحادية الطور ، لا تكون اللفات الأولية داخل غلاف المحرك قادرة على بدء حركة دورانية على الدوار، ولكنها قادرة على دعمها. لبدء تشغيل المحرك، يحتوي ملف "البدء" الثانوي على مكثف بدء غير مستقطب متسلسل لإدخال سلك في التيار الجيبي. عندما يتم وضع اللف الثانوي (البدء) بزاوية بالنسبة لللف الأولي (التشغيل)، يتم إنشاء مجال كهربائي دوار. قوة المجال الدوراني ليست ثابتة، ولكنها كافية لبدء دوران الدوار. عندما يقترب الدوار من سرعة التشغيل، يقوم مفتاح الطرد المركزي (أو مرحل حساس للتيار في سلسلة مع اللف الرئيسي) بفصل المكثف. يتم تثبيت مكثف البدء عادةً على جانب غلاف المحرك. تسمى هذه المحركات محركات بدء مكثف، والتي لديها عزم دوران بدء مرتفع نسبيًا. يمكن أن يكون لديهم عادة عزم دوران بدء يصل إلى أربعة أضعاف عزم دوران المحرك ذي الطور المنقسم ويتم استخدامهم في تطبيقات مثل الضواغط وغسالات الضغط وأي جهاز صغير يتطلب عزم دوران بدء مرتفع.

تحتوي محركات الحث التي تعمل بالمكثف على مكثف تحويل طور متصل بشكل دائم على التوالي مع ملف ثانٍ. يشبه المحرك إلى حد كبير محرك الحث ثنائي الطور.

تكون مكثفات بدء تشغيل المحرك عادةً من الأنواع الكهروليتية غير المستقطبة، في حين تكون مكثفات التشغيل من الأنواع العازلة التقليدية المصنوعة من الورق أو الفيلم البلاستيكي.

يمكن استخدام الطاقة المخزنة في المكثف لتمثيل المعلومات ، إما في شكل ثنائي، كما هو الحال في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ، أو في شكل تناظري، كما هو الحال في المرشحات المأخوذة من العينات التناظرية وأجهزة اقتران الشحنات . يمكن استخدام المكثفات في الدوائر التناظرية كمكونات للمتكاملات أو المرشحات الأكثر تعقيدًا وفي تثبيت حلقة التغذية الراجعة السلبية . تستخدم دوائر معالجة الإشارة أيضًا المكثفات لدمج إشارة التيار.

يتم استخدام المكثفات والمحاثات معًا في دوائر مضبوطة لاختيار المعلومات في نطاقات تردد معينة. على سبيل المثال، تعتمد أجهزة استقبال الراديو على مكثفات متغيرة لضبط تردد المحطة. تستخدم مكبرات الصوت أجهزة التقاطع التناظرية السلبية ، وتستخدم أجهزة المعادلة التناظرية المكثفات لاختيار نطاقات صوتية مختلفة.

التردد الرنان f للدائرة المضبوطة هو دالة على المحاثة ( L ) والسعة ( C ) على التوالي ، ويعطى بواسطة: حيث L بالهنري و C بالفاراد. $${\displaystyle f={\frac {1}{2\pi {\sqrt {LC}}}}}$$

تم تصميم معظم المكثفات للحفاظ على بنية مادية ثابتة. ومع ذلك، يمكن لعوامل مختلفة تغيير بنية المكثف، ويمكن استخدام التغيير الناتج في السعة لاستشعار هذه العوامل.

تغيير العازل

يمكن استخدام تأثيرات تغيير خصائص العازل لأغراض الاستشعار. يمكن استخدام المكثفات ذات العازل المكشوف والمسامي لقياس الرطوبة في الهواء. تُستخدم المكثفات لقياس مستوى الوقود بدقة في الطائرات ؛ حيث يغطي الوقود جزءًا أكبر من زوج من الألواح، تزداد سعة الدائرة. يمكن أن يؤدي ضغط العازل إلى تغيير المكثف عند بضع عشرات من ضغط البار بشكل كافٍ بحيث يمكن استخدامه كمستشعر ضغط. ^[83] يمكن لمكثف عازل بوليمري محدد، ولكنه قياسي بخلاف ذلك، عند غمره في غاز أو سائل متوافق، أن يعمل بشكل مفيد كمستشعر ضغط منخفض التكلفة للغاية يصل إلى مئات البار.

تغيير المسافة بين اللوحات

يمكن استخدام المكثفات ذات اللوحة المرنة لقياس الإجهاد أو الضغط. تستخدم أجهزة إرسال الضغط الصناعية المستخدمة للتحكم في العملية أغشية استشعار الضغط، والتي تشكل لوحة مكثف لدائرة مذبذب. تُستخدم المكثفات كمستشعر في الميكروفونات المكثفة ، حيث يتم تحريك إحدى اللوحات بواسطة ضغط الهواء، بالنسبة للموضع الثابت للوحة الأخرى. تستخدم بعض مقاييس التسارع مكثفات MEMS محفورة على شريحة لقياس مقدار واتجاه متجه التسارع. تُستخدم للكشف عن التغيرات في التسارع، في أجهزة استشعار الميل، أو للكشف عن السقوط الحر، كأجهزة استشعار تعمل على نشر الوسادة الهوائية ، وفي العديد من التطبيقات الأخرى. تستخدم بعض أجهزة استشعار بصمات الأصابع المكثفات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمستخدم ضبط درجة صوت آلة موسيقية ثيرمين عن طريق تحريك يده لأن هذا يغير السعة الفعالة بين يد المستخدم والهوائي.

تغيير المساحة الفعالة للصفائح

تُستخدم مفاتيح اللمس السعوية الآن ^{[ متى؟ ]} في العديد من المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية.

يمكن أن يمتلك المكثف خصائص تشبه الزنبرك في دائرة المذبذب. في مثال الصورة، يعمل المكثف على التأثير على جهد التحيز عند قاعدة الترانزستور npn. تتحكم قيم مقاومة المقاومات المقسمة للجهد وقيمة سعة المكثف معًا في التردد التذبذبي.

المكثف الباعث للضوء مصنوع من مادة عازلة تستخدم الفسفورية لإنتاج الضوء. إذا تم صنع أحد الألواح الموصلة من مادة شفافة، فسيكون الضوء مرئيًا. تُستخدم المكثفات الباعثة للضوء في بناء الألواح الكهروضوئية، لتطبيقات مثل الإضاءة الخلفية لأجهزة الكمبيوتر المحمولة. في هذه الحالة، تكون اللوحة بأكملها مكثفًا يستخدم لغرض توليد الضوء.

عادة ما يتم تحديد المخاطر التي تشكلها المكثفات، في المقام الأول، من خلال كمية الطاقة المخزنة، والتي هي سبب أشياء مثل الحروق الكهربائية أو الرجفان القلبي . عوامل مثل الجهد ومادة الهيكل هي اعتبار ثانوي، والتي ترتبط أكثر بمدى سهولة بدء الصدمة بدلاً من مقدار الضرر الذي يمكن أن يحدث. ^[54] في ظل ظروف معينة، بما في ذلك توصيل الأسطح، والحالات الطبية السابقة، ورطوبة الهواء، أو المسارات التي يسلكها عبر الجسم (أي: الصدمات التي تنتقل عبر قلب الجسم، وخاصة القلب، تكون أكثر خطورة من تلك التي تقتصر على الأطراف)، تم الإبلاغ عن أن الصدمات التي تصل إلى جول واحد تسبب الوفاة، على الرغم من أنها في معظم الحالات قد لا تترك حتى حرقًا. الصدمات التي تزيد عن عشرة جول ستؤدي عمومًا إلى إتلاف الجلد، وعادة ما تعتبر خطرة. يجب اعتبار أي مكثف يمكنه تخزين 50 جول أو أكثر قاتلًا محتملًا. ^{[84] [54]}

قد تحتفظ المكثفات بشحنتها لفترة طويلة بعد إزالة الطاقة من الدائرة؛ يمكن أن تسبب هذه الشحنة صدمات خطيرة أو حتى مميتة أو تتلف المعدات المتصلة. على سبيل المثال، حتى الجهاز الذي يبدو غير ضار مثل فلاش الكاميرا التي تستخدم لمرة واحدة ، يحتوي على مكثف فلاش ضوئي قد يحتوي على أكثر من 15 جول من الطاقة ويمكن شحنه إلى أكثر من 300 فولت. هذا قادر بسهولة على إحداث صدمة. تتضمن إجراءات الخدمة للأجهزة الإلكترونية عادةً تعليمات لتفريغ المكثفات الكبيرة أو عالية الجهد، على سبيل المثال باستخدام عصا برينكلي . قد تحتوي المكثفات الأكبر حجمًا، مثل تلك المستخدمة في أفران الميكروويف ووحدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وأجهزة إزالة الرجفان الطبية ، أيضًا على مقاومات تفريغ مدمجة لتبديد الطاقة المخزنة إلى مستوى آمن في غضون ثوانٍ قليلة بعد إزالة الطاقة. يتم تخزين المكثفات عالية الجهد مع أطراف قصيرة ، كحماية من الفولتية الخطيرة المحتملة بسبب امتصاص العازل أو من الفولتية العابرة التي قد يلتقطها المكثف من الشحنات الساكنة أو أحداث الطقس العابرة. ^[54]

تحتوي بعض المكثفات القديمة الكبيرة المملوءة بالزيت المصنوعة من الورق أو البلاستيك على ثنائيات الفينيل متعدد الكلور (PCBs). ومن المعروف أن ثنائيات الفينيل متعدد الكلور المهدرة يمكن أن تتسرب إلى المياه الجوفية تحت مدافن النفايات . وقد تم وضع علامة على المكثفات التي تحتوي على ثنائيات الفينيل متعدد الكلور على أنها تحتوي على "Askarel" والعديد من الأسماء التجارية الأخرى. توجد المكثفات الورقية المملوءة بثنائيات الفينيل متعدد الكلور في مصابيح الفلورسنت القديمة جدًا (قبل عام 1975) وتطبيقات أخرى.

قد تفشل المكثفات بشكل كارثي عندما تتعرض لجهد أو تيار يتجاوز تصنيفها، أو في حالة المكثفات المستقطبة، يتم تطبيقها في قطبية عكسية. قد يؤدي الفشل إلى إنشاء قوس كهربائي يسخن ويتبخر السائل العازل، مما يتسبب في تراكم الغاز المضغوط الذي قد يؤدي إلى التورم أو التمزق أو الانفجار. قد تحتوي المكثفات الأكبر على فتحات تهوية أو آلية مماثلة للسماح بإطلاق مثل هذه الضغوط في حالة الفشل. يمكن أن تسخن المكثفات المستخدمة في تطبيقات التردد اللاسلكي أو التيار العالي المستمر، وخاصة في منتصف لفات المكثف. يمكن أن تنفجر المكثفات المستخدمة داخل مجموعات المكثفات عالية الطاقة بعنف عندما يتسبب ماس كهربائي في أحد المكثفات في تفريغ مفاجئ للطاقة المخزنة في بقية المجموعة في الوحدة الفاشلة. يمكن أن تولد المكثفات الفراغية ذات الجهد العالي أشعة سينية ناعمة حتى أثناء التشغيل العادي. يمكن أن تساعد الاحتواء المناسب والاندماج والصيانة الوقائية في تقليل هذه المخاطر.

قد تستفيد المكثفات ذات الجهد العالي من الشحن المسبق للحد من التيارات المتدفقة عند تشغيل دوائر التيار المستمر ذات الجهد العالي. وهذا يطيل عمر المكون وقد يخفف من مخاطر الجهد العالي.

• 
  المكثفات الكهروليتية المنتفخة. تسمح الفتحة الموجودة في الجزء العلوي بإخراج الغاز المضغوط المتراكم في حالة الفشل، مما يمنعه من الانفجار.
• 
  يحتوي هذا المكثف عالي الطاقة من جهاز إزالة الرجفان على مقاومة متصلة بين المحطات من أجل السلامة، لتبديد الطاقة المخزنة.
• 
  مكثف كهربائي منفجر يظهر فيه شظايا من الورق والرقائق المعدنية

• مقياس السعة
• طاعون المكثف
• مجال الإزاحة الكهربائية
• التوهج الكهربائي
• قائمة مصنعي المكثفات

• دورف، ريتشارد سي.؛ سفوبودا، جيمس أ. (2001). مقدمة إلى الدوائر الكهربائية (الطبعة الخامسة). نيويورك: جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-0-47138689-6.
• المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية الثانية والسبعون، الملحق 8، 1782 (عمل فولتا على كلمة مكثف )
• العلبي، فواز تيسير (1999). أساسيات الكهرومغناطيسية التطبيقية (الطبعة الثانية). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية: برنتيس هول . ISBN 978-0-13011554-6.
• شرودر، ديتر ك. (2006). توصيف المواد والأجهزة شبه الموصلة (الطبعة الثالثة). وايلي. ص. 270 وما يليه . رقم ISBN 978-0-47173906-7.
• Sze, Simon M.; Ng, Kwok K. (2006). Physics of Semiconductor Devices (الطبعة الثالثة). Wiley. ISBN 978-0-47006830-4.

• المكثفات القائمة على التنتالوم والنيوبيوم - العلوم والتكنولوجيا والتطبيقات ؛ الطبعة الأولى؛ يوري فريمان؛ سبرينغر؛ 120 صفحة؛ 2018؛ ISBN 978-3-31967869-6 . 
• المكثفات ؛ الطبعة الأولى؛ RP Deshpande؛ McGraw-Hill؛ 342 صفحة؛ 2014؛ ISBN 978-0-07184856-5 . 
• دليل المكثف ؛ الطبعة الأولى؛ كليتوس كايزر؛ فان نوستراند راينولد؛ 124 صفحة؛ 1993؛ ISBN 978-9-40118092-4 . 
• فهم المكثفات واستخداماتها ؛ الطبعة الأولى؛ ويليام مولين؛ دار سامز للنشر؛ 96 صفحة؛ 1964. (أرشيف)
• المكثفات الثابتة والمتغيرة ؛ الطبعة الأولى؛ جي دبليو إيه دومر وهارولد نوردنبرج؛ مطبعة مابل؛ 288 صفحة؛ 1960. (أرشيف)
• المكثف الكهربي ؛ الطبعة الأولى؛ ألكسندر جورجيف؛ كتب موراي هيل؛ 191 صفحة؛ 1945. (أرشيف)

• المكثف الأول – كأس بيرة – متحف سبارك
• كيف تعمل المكثفات – Howstuffworks
• دروس مكثف