سماحية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
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 (بالإنجليزية: 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 . و القابلية 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 :

εr السماحية النسبية لمادة ،
ε0 = 8.854187817.. × 10−12 F/m سماحية الفراغ.

سماحية الفراغ[عدل]

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 و رودولف 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) . وبناءا 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[عدل]

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 و شدة 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 هواءا ، 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[عدل]

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 و Er هي السماحية النسبية ، والتي هي للماء تساوي 80.