المكثفات

لقد أشرنا كثيراً إلى منظومة لوحين معدنيين مشحونين بشكل متضاد. وهذا في الواقع هو أحد أشكال تبيطة (اداة) على قدر كبير من الأهمية العملية بالنسبة لتخزين الطاقة والشحنة الكهربيين. وتسمى هذه الأداة مكثفاً . وترى وهي متصلة ببطارية في الشكل 1)). تنقل البطارية شحنات موجبة وسالبة إلى اللوحين كما في الشكل (1 أ). ولا ظهر في الشكل من اللوحين سوى حوافهما؛ إذ إن سطحيهما المستويين يواجه كل منهما الآخر. وسرعان ما تتحقق الظروف الكهروستاتيكية والتي يكون فيها فرق الجهد بين اللوحين مساوياً للقوة الدافعة الكهربية للبطارية ، حتى إذا فصلت البطارية بعد ذلك فإن اللحوين يظلان مشحونين إلى مستوى ذلك الجهد. وعلى هذا يكون المكثف أداة قادر على تخزين الشحنة.

سنقوم بالرمز إلى الشحنات على اللوحين بالحرفين +q و –q. وسنفترض أن هذه الشحنات منثورة بانتظام فوق المساحة A للوحين ، ومعنى هذا ان كثافتي الشحنة على اللوحين هما  = q/Aσ و –q/A. أن المجال الكهربي بين اللوحين المشحونين هو:

أما الجهد V بين اللوحين فيرتبط بالمجال الكهربي بالعلاقة :

(1)                       

حيث d هي المسافة بين اللوحين. وهكذا نرى ان V تتناسب مع q ، وهي نتيجة عامة ، قابلة للتطبيق على أشكال أخرى للمكثفات بنفس الدرجة.

السعة  Cللوحين هي النسبة بين الشحنة المختزنة على اللوحين والجهد بينهما:

(2)                        

أي أن وحدات SI للسعة هي كولوم لكل فولت. وسنطلق على هذه الكمية المشتقة اسم فاراد (نسبة إلى الفيزيائي الانجليزي مايكل فاراداي).

فاراد (F واحد = كولوم واحد لكل فولت (C/V)

ويمكننا من المعادلة  (1)أن نحدد سعة منظمة اللوحين المتوازيين:

(3)        

عليك إثبات أن هذه المعادلة تؤدي بالفعل إلى وحدات الفاراد.

وهناك نقطة مهمة جديرة بالملاحظة وهي ان السعة خاصية لأداة ( نبيطة) خاصة.

وإذا عرفت أبعاد وشكل مكثف ما ، فإن سعته تكون قد تحددت بغض النظر عن مقدار الشحنة المختزنة فيه. فبالنسبة للوحين المتوازيين مثلاً ، فإن C تتعين تماماً بمساحة اللوحين والمسافة بينهما.

والفاراد كمية هائلة من السعة ولذلك فإن قيم C المتداولة في الاجهزة العملية تكون عادة من رتبة Fμ أو أقل. وبالنسبة للوحين مساحة كل منهما 100 cm² مثلاً، وتفصلهما مسافة مقدارها 1 mm ، تكون السعة هي: