خازن ها و باتری ها دو نوع از رایج ترین وسایل ذخیره سازی انرژی هستند که در مدارهای الکترونیکی و برای تامین انرژی در خودروها و بسیاری از کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. وظیفه اصلی خازن و باتری تامین انرژی و ذخیره سازی انرژی است، اما در نحوه ساخت، اساس عملکرد و در کاربردها متفاوت از یکدیگر هستند. در این مقاله به بررسی شباهت ها و تفاوت خازن و باتری می پردازیم.
تعریف و ساختار خازن
خازن یک قطعه الکترونیکی دارای دو پایه یا ترمینال غیرفعال است که بار الکتریکی را در داخل میدان الکتریکی ذخیره می کند. خازنها معمولا دارای دو صفحه فلزی هستند که توسط یک ماده دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند. این ماده دی الکتریک ممکن است از کاغذ، الکترولیت، میکا، تانتالیوم و یا سایر مواد دی الکتریک تشکیل شده باشد.
هنگامی که ولتاژی به خازن اعمال می شود، خازن تا ولتاژ اعمال شده شارژ شده و بار در میدان الکتریکی ذخیره می شود. در تصویر پایین، ساختار داخلی خازن نشان داده شده است:
تعریف و ساختار باتری
باتری یک سیستم ذخیره ساز انرژی فعال است که انرژی مدار و یا دستگاه شما را فراهم می کند. باتری را می توان با اعمال جریان یا ولتاژ روی آن شارژ کرد و انرژی ذخیره شده بعد از تکمیل شارژ تا درصد مورد نظر قابل استفاده خواهد بود. باتری در حقیقت، یک سلول الکتروشیمیایی مستقل است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
باتری ها اساسا از چند جزو اصلی تشکیل شده اند که عبارتند از: یک الکترود مثبت (کاتد) و یک الکترود منفی (آند) که توسط یک ماده الکترولیت از همدیگر جدا شده اند. الکترودها از مواد مختلفی ساخته شده اند که باعث ایجاد اختلاف پتانسیل بین آنها می شود. هنگامی که یک مدار به الکترودهای باطری وصل می شود، الکترون ها از آند به کاتد جریان می یابند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند. در تصویر پایین، ساختار داخلی باتری نشان داده شده است:
تفاوت های اصلی خازن و باتری
خازن در واقع یک قطعه غیرفعال است که انرژی یا توان را به مدار ارائه می دهد، در حالی که باتری یک جزء فعال می‌باشد. خازن و باتری هر دو جزو قطعات و المان‌های ذخیره‌سازی انرژی هستند اما روش‌های مختلفی برای نگهداری انرژی الکتریکی دارند. خازنها برای ذخیره سازی انرژی الکتریکی از میدان الکتریکی استفاده می کنند، در حالی که عملکرد باتری بر پایه‌ی واکنش های شیمیایی است.
همچنین، هنگام استفاده از خازن، ولتاژ دو سر خازن مدام کاهش می یابد، ولی ولتاژ باتری در طول مصرف تقریبا بدون تغییر باقی می‌ماند و با گذشت زمانی طولانی به آرامی تخلیه می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت که باتری یک ترکیب شیمیایی است که انرژی را در سلول های الکتروشیمیایی نگه می دارد، ولی خازن ها انرژی را در میدان الکتریکی ذخیره می کنند. در ادامه، تفاوت های اصلی خازن و باتری را به صورت موردی بررسی کرده ایم:
1) بخش‌های اصلی
باتری ها شامل دو الکترود مثبت و منفی هستند که توسط یک ماده الکترولیت از یکدیگر جدا شده اند. اما خازنها از صفحات فلزی تشکیل شده اند که توسط ماده دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند.
2) سرعت شارژ و دشارژ
خازن ها نسبت به باتری ها سرعت شارژ و دشارژ بیشتری دارند. به همین خاطر است که از آنها برای کاربردهایی که در آنها دفعات شارژ و دشارژ زیاد است، استفاده می‌شود. بنابراین یکی از مزایای استفاده از خازن این است که در مدار می تواند به دفعات شارژ و دشارژ شود. اما باتری ها باید توسط شارژر مخصوص و در طول مدت زمان خاصی دوباره شارژ شوند تا قابل استفاده باشند.
3) کاربردها
خازنها معمولاً برای استفاده در کاربردهای با شارژ و دشارژ بالا و همچنین در فرکانس بالاتر مانند رادیوها عالی هستند و دارای رنج ولتاژ مختلف حتی تا ولتاژهای بالا می‌باشند. از طرف دیگر، باتری‌ها برای نگهداری مقادیر بیشتری از انرژی الکتریکی، برای کاربردهایی همانند چراغ قوه، جارو شارژی و سیستم های پرتابل مناسب هستند، چرا که می‌توانند در برابر تخلیه جریان مقاومت بیشتری از خود نشان دهند.
4) مقاومت داخلی
مقاومت داخلی خازنها عدد بسیار کوچکی است که باعث می شود هنگام نیاز به دریافت انرژی، به سرعت انرژی مورد نیاز را تحویل دهند. درحالیکه باتری ها مقاومت داخلی بالایی دارند. معمولا باتری ها با توجه به نوع آنها محدودیت جریان دهی در هنگام دشارژ را خواهند داشت. به طور مثال در باتری های سرب اسید، نباید بیشتر از نصف ظرفیت نامی باتری از آن جریان کشیده شود. ولی در باتری های لیتیومی با کیفیت، می‌توان حتی تا دو یا سه برابر ظرفیت باتری از آن به صورت لحظه ای جریان کشید.
5) پلاریته
باتری ها همیشه داری یک قطب مثبت و یک قطب منفی می‌باشند. به منظور استفاده از باطری حتما باید پلاریته مثبت باطری به سمت مثبت مدار و پلاریته منفی باتری به سمت منفی مدار متصل شود. اما خازنها همیشه دارای پلاریته نیستند. خازن‌های الکترولیتی و تانتالیوم دارای پلاریته مثبت و منفی هستند که در هنگام اتصال در مدار بایستی مورد توجه قرار گیرد. از جمله خازن‌های دیگر که تفاوتی در پلاریته دو سر آنها وجود ندارد می‌تواند به خازن های: مولتی لایر، MKT، MKP، پلی استر اشاره نمود. همچنین، خازن ها می‌توانند در جریان AC به راحتی کار کنند در حالیکه باتری ها فقط با جریان DC مورد استفاده قرار می گیرند.
جمع بندی
در این مقاله، توضیحات مفیدی در رابطه با خازن و باتری و همچنین تفاوت های این دو قطعه الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته شد و موارد مهم در ارتباط با این موضوع مطرح گردید.
تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد انواع خازنها و باتری ها و نکات تکمیلی هر کدام از آنها به طور کامل در دوره آموزش جامع الکترونیک بررسی کرده ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم که با ما در میان بذارید.
منابع: vedantu Tutorialspoint
