ܔ█◄المواسعة الكهربائية █◄

المواسعة الكهربائية



نحتاج أحياناً إلى تخزين الشحنة الكهربائية على الموصلات. وقد درست
أن الجهد الكهربائي لموصل كروي يعتمد على شحنته؛ إذ بزيادة شحنته يرتفع
جهده، والعكس صحيح. ويرتبط كل من شحنة الموصل وجهده بمفهوم المواسعة
الكهربائية. لتعرف مفهوم المواسعة الكهربائية، دعنا نجرِ النشاط الآتي:


النشاط (3-1): المواسعة الكهربائية

تحتاج في هذا النشاط إلى المواد والأدوات الآتية:


موصلان كرويان مختلفان في الحجم؛ جهاز فان دي غراف (أو آلة ومزهرست)؛ كشاف كهربائي؛ وعاء فلزي واسع وعميق؛ مادة عازلة.

1- ضع الموصلين على مادة عازلة ثم اشحنهما باستخدام جهاز فان دي غراف.

2- صل الموصلين معاً لفترة من الوقت.

3- افصل الموصلين عن بعضهما.

4- ضع الوعاء الفلزي على قرص الكشاف الكهربائي، كما في الشكل (3-23).

5- اجعل أحد الموصلين يلامس قاع الوعاء الفلزي من الداخل، ولاحظ انفراج
ورقتي الكشاف، ألمس قرص الكشاف بعد ذلك لتفريغ شحنته؛ ثم اجعل الموصل
الآخر يلامس قاع الوعاء من الداخل، ولاحظ انفراج ورقتي الكشاف. أيهما أدى
إلى انفراج الورقتين أكثر؟ ماذا نستنتج من ذلك؟ سجل ملاحظاتك.



لعلك لاحظت أنه، بالرغم من تساوي جهدي الموصلين، فإن الموصل الأكبر
كان يمتلك شحنة أكبر؛ بدليل أن انفراج ورقتي الكشاف كان أكبر. الآن تصور
موصلين كرويين الأول نصف قطره (نق 1) والثاني نصف قطره(نق 2)، ولنفرض أن
نق 2 > نق 1. إن كمية الشحنة اللازمة لرفع جهد كليهما إلى مقدار محدد
ثابت (جـ)، يتناسب تناسباً طردياً مع نصف قطر كل منهما؛ أي أن:




من المعادلة (3-14)، نلاحظ أن الموصل الذي نصف قطره أكبر، يحتاج إلى
شحنة أكبر حتى يصبح جهده مساوياً لجهد الموصل الأصغر. ويطلق على كمية
الشحنة اللازمة لرفع جهد موصل ما وحدة جهد واحدة اسم المواسعة الكهربائية
لذلك الموصل؛ أي أن:




لاحظ أن المواسعة دائماً موجبة؛ كما أنها ثابتة للموصل الواحد (ما دام
شكله ثابتاً)؛ ذلك أن جهد الموصل يزداد بازدياد شحنته. لذلك، تبقى النسبة
بين شحنة الموصل وجهده دائماً مقداراً ثابتاً. من هنا تكون المواسعة
مقياساً لقدرة هذا الموصل على تخزين الشحنات الكهربائية.

ووحدة المواسعة الكهربائية، هي وحدة شحنة مقسومة على وحدة جهد؛ أي
كولوم/ فولت. وتعرف هذه الوحدة باسم الفاراد. فالفاراد إذاً، هو مواسعة
موصل يحتاج إلى 1 كولوم لرفع جهده 1 فولت. والفاراد كمية كبيرة جداً لذلك،
تستخدم في الحياة العملية أجزاؤه التي منها:




من التعريف السابق، يمكنك حساب المواسعة لأي جسم، إذا عرفت شحنته وجهده.
فالمواسعة الكهربائية، مثلاً، لموصل كروي نصف قطره (نق)، ومشحون بشحنة
مقدارها ()، تعطى بالعلاقة:


لاحظ أن مواسعة الموصل الكروي، تعتمد على السماحيّة الكهربائية للوسط
المحيط به وعلى نصف قطره فقط؛ أي أنها تعتمد بالدرجة الأولى على أبعاده
الهندسية.