المتسعات والمواد العازلة

السعة وعلاقتها بفرق الجهد
لنفرض موصلاً معزولاً خالياً من الشحنة الكهربائية فان جهده الكهربائي يساوي صفراً. وإذا وضعنا على الموصل شحنة موجبة يصبح هناك قيمة لجهد هذا الموصل. من هذا يتضح أن الشحنة التي يحملها الموصل تتناسب طردياً مع قيمة جهده الكهربائي وبذلك يمكن كتابة المعادلة الآتية:
V
حيث أثبتت التجربة أن هناك نسبة ثابتة من الشحنة والجهد لجميع أنواع الموصلات، أي أن لكل موصل نسبته المميزة وقد أطلق عليها اسم السعة الكهربائية ورمزها C ،أي:

أو
….…..(27-3)
تعرف السعةالكهربائية (C) للمتسعة بانها النسبة بين شحنة المتسعة q وفرق الجهد V بين الموصلين المكونين لها.
ومن المعادلة (3-27) يمكن تحديد قيمة سعة موصل ما إذا عرفت مقدار الشحنة التي عليه ومقدار الجهد الذي تنشئه هذه الشحنة. في المعادلة نفسها إذا استُعمِلتْ الوحدة العملية لكل من الشحنة (كولوم) والجهد (فولت) فتكون الوحدة العملية للسعة (كولوم لكل فولت) وتساوي فاراد ورمزها (F) وتعرف كالآتي : إذا كانت الشحنة على موصل مقدارها واحد كولوم وكان جهد الموصل نتيجة لهذه الشحنة واحد فولت فان سعة هذا الموصل تكون واحد فاراد.

والفاراد هي الوحدة العملية الكهروستاتيكية للسعة، ولكونها كمية كبيرة جداً لاستخدامها في الحياة العملية، تستعمل وحدات اصغر منها وأكثر ملائمة هي الميكروفاراد ورمزه حيث واحد ميكروفاراد يساوي 10-6 فاراد، والبيكوفاراد ورمزه pF ويساوي 10-12 من الفاراد. وهناك وحدة النانوفاراد وتساوي 10-9 من الفاراد ولكن هذه الوحدة غير مستعملة بكثرة في الحياة العملية.
لقد وجد من التجارب العملية أن سعة أي موصل تعتمد على حجمه وشكله بالإضافة إلى نوع الوسط العازل الذي يحيط به فمثلا لكرة موصلة معزولة نصف قطرها R تحمل شحنة مقدراها Q تكون :
……..(28-3)
حيث الجهد V على سطح كرة موصلة يعطى كما في المعادلة (3-20) .أما الطاقة المخزونة في موصل معزول فهي:
……..(29-3)
لقد اشرنا سابقاً إلى منظومة مهمة ذات لوحين معدنيين متوازيين مشحونين بصورة متعاكسة تستخدم كأداة لتخزين الشحنة تسمى مكثفاً (أو متسعة) Capacitor، حيث ترى في الشكل (2-6) متصلة ببطارية وخطوط المجال الكهربائي من حولها تشير إلى أن البطارية قد نقلت الشحنة إلى لوحي المكثف واكتسب كل منهما جهد طرف البطارية المتصل به. بحيث إذا فصلت البطارية بعد ذلك فان اللوحين يظلان مشحونين إلى مستوى ذلك الجهد. أي أن المكثف يكون أداة قادرة على خزن الشحنة ويبين الشكل (3-17) دائرة مكثف.