سماحية

يتأثر العازل الكهربائي بمجال كهربائي خارجي وتتوجه الشحنات فيه تبعا لاتجاه المجال وشدته. في الشكل العلوي جسم في عدم وجود مجال كهربائي خارجي: تتوزع الشحنات (الأقطاب) عشوائيا فيه ، أما عند تقريب مجال كهربائي منه (الشكل السفلي) فتترتب أقطابه الكهربية وتصبح في حالة استقطاب polarized . أي تنفصل الشحنات الموجبة إلى أعلى والشحنات السالبة إلى الوجه المعاكس للجسم (كذلك يتصف الفراغ بهذه الخاصية حيث أنه عازل كهربي) .

السماحية أو النفاذية في الفيزياء (Permittivity) هي كمية فيزيائية تصف تأثر عازل كهربي عند تعرضه لمجال كهربي ، فالعوازل ذات السماحية الكبيرة تميل إلى تقليص وجود المجال الكهربي. ولذلك يمكن زيادة تخزين كمية من الطاقة في مكثف عن طريق وضع عازل كهربي ذا سماحية عالية بين لوحيه . فتزداد الطاقة المخزونة بازدياد سماحية العازل .

وحدة قياس السماحية ε هي فاراد لكل متر ، أي فاراد/متر . والقابلية الكهربائية لمادة يرمز لها بالرمز χ وهي خاصية مطلقة ليس لها وحدات . وتتعلق تلك الخاصيتان لمادة ببعضها البعض طبقا للعلاقة :

$\varepsilon =\varepsilon _{\text{r}}\varepsilon _{0}=(1+\chi )\varepsilon _{0}$

حيث :

ε_r السماحية النسبية لمادة ،

ε₀ = 8.854187817.. × 10⁻¹² F/m سماحية الفراغ.

سماحية الفراغ

سماحية الفراغ أو قدرة الفراغ على الاستقطاب هي ثابت طبيعي ويمكن تعيينها من خلال العلاقة التي تنبأ بها ماكسويل :

$=\varepsilon _{0}={\frac {1}{{c}^{2}\mu _{0}}}$ ×8.854 10⁻¹² فاراد/متر

حيث:

c هي سرعة الضوء في الفراغ,

$\mu _{0}$ هي نفاذية الفراغ.

وأثبت تلك العلاقة عمليا فلهيلم إدوارد فيبر ورودولف كوهلراوش عام 1857 .

$c_{0}^{2}={\frac {1}{\varepsilon _{0}\mu _{0}}}$

طبقا للنظام الدولي للوحات SI–System تنتسب الكميات الكهرونغناطيسيةإلى الكميات في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية ويشتركان في تعريف الأمبير (وحدة شدة التيار) . وبناء على ذلك تحسب سماحية الفراغ من ثابت نفاذية الفراغ $\mu _{0}=4\pi \cdot 10^{-7}~{\frac {\mathrm {Vs} }{\mathrm {Am} }}$ و$c_{0}=2{,}997\,924\,58\cdot 10^{8}\,~{\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}$ :

$\varepsilon _{0}={\frac {1}{\mu _{0}c_{0}^{2}}}=8{,}854\,187\,817\,62\ldots \cdot 10^{-12}~{\frac {\mathrm {As} }{\mathrm {Vm} }}$

ويمكن تعيين السماحية بالوحدات المكافئة التالية:

$\mathrm {F\,m^{-1}} =\mathrm {A^{2}\,s^{4}\,kg^{-1}\,m^{-3}} =\mathrm {As\,V^{-1}\,m^{-1}} =\mathrm {C\,V^{-1}m^{-1}}$.

حيث:

F فاراد

s ثانية

A أمبير

C كولوم

V فولت

ونظرا لأن الهواء ضعيف الاستقطاب فيمكن اعتبار سماحية الهواء بالتقريب مساوية $\epsilon _{0}$ .

المكثف الكهربي

عند تسليط جهد كهربائي ثابت U على لوحي المكثف الكهربي ومجال كهربائي $E={\frac {U}{d}}$ (حيث dالمسافة بين اللوحين) تنشأ كثافة دفق كهربائي ${\vec {D}}$ بالسماحية الكهربية $\varepsilon$ :

${\vec {D}}=\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}{\vec {E}}.$

تستخدم السماحية في حركية كهربائية وفي الكهرباء الساكنة لوصف الظواهر الكهربائية مثل الإزاحة الكهربائية وشدة المجال الكهربائي :

${\vec {D}}=\varepsilon {\vec {E}}$

وحيث أن السماحية الكهربائية لمادة هي خاصية ذاتية فتختلف تلك القيم باختلاف نوع المادة بين اللوحين ، فقد تكون هواء ، أو زيتا ، أو سيراميك ، وهي مواد عازلة للكهرباء وتسمى dielectric material ، أي مواد ذات كهربية معاكسة (قارن الشكل في أول المقال).

العلاقة بين السماحية والقابلية الكهربائية

ترتبط القابلية الكهربائية $\chi$ بالسماحية النسبية لمادة بالعلاقة :

$\varepsilon _{r}={\frac {\varepsilon }{\varepsilon _{0}}}=1+\chi .$

والقابلية الكهربائية هي مقياس لكثافة الشحنات "المربوطة" في المادة العازلة إلى كثافة الشحنات الحرة .

$\varepsilon =\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}=(1+\chi _{e})\varepsilon _{0}$

سماحية الفراغ ذات قيمة صغيرة نسبيا وتساوي 8و854 بيكو فاراد لكل متر وتُعطى سماحية المادة غالبا بدلالة سماحية الفراغ، فسماحية الماء مثلا أكبر من سماحية الفراغ ثمانين مرة.

حيث X هي القابلية الكهربية وEr هي السماحية النسبية ، والتي هي للماء تساوي 80.