السعة
المكثف جهاز يخزن الشحنة الكهربائية على موصلين منفصلين، كلوحين معدنيين. كلما زدت الجهد عبره تكدس شحنة أكثر — والسعة تخبرك بالضبط كم شحنة تحصل عليها لكل فولت. ألواح أكبر أو فجوة أصغر بينها تتيح للمكثف حمل شحنة أكثر عند الجهد نفسه.
الصيغة
Q = C · V
- Q — الشحنة (C): مقدار الشحنة الكهربائية المخزنة على المكثف
- C — السعة (F): كم شحنة يخزنها المكثف لكل فولت مطبق
- V — الجهد (V): الدفعة الكهربائية، أو فرق الجهد، عبر المكثف
مثال مشروح
مكثف سعته 3 فاراد موصول عبر بطارية 4 فولت. كم شحنة يخزن؟
- C = 3 F
- V = 4 V
- Q = C · V
- Q = 3 F × 4 V
Q = 12 C
اختبر نفسك
المكثف نفسه سعة 3 فاراد يوصل الآن ببطارية 6 فولت. كم شحنة يخزن؟
- 24 C
- 2 C
- الإجابة الصحيحة: 18 C
صحيح! Q = C × V، إذن 3 F × 6 V = 18 C.
لمكثف اللوحين المتوازيين، إن ضاعفت مساحة اللوحين مع إبقاء الفجوة، فماذا يحدث للسعة؟
- الإجابة الصحيحة: تتضاعف
- تبقى كما هي
- تنصف
بالضبط! C = ε₀A / d، فمضاعفة مساحة اللوح A تضاعف السعة.
أين تراه
شاشة اللمس في الهاتف الذكي شبكة من مكثّفات دقيقة: وجود إصبعك يغيّر السعة الموضعية، والهاتف يقرأ أي نقطة هي التي تغيّرت. ورقائق ذاكرة الحاسوب مليارات المكثّفات المجهرية، كلٌّ منها يحمل شحنة لبتّ منطقي — مشحون أو غير مشحون، واحد أو صفر.
الأخطاء الشائعة
الخلط الجوهري يتعلق بماهية السعة: C خاصية لهندسة الجهاز — مساحة اللوحين والفجوة بينهما، C = ε₀A / d — وليست شيئًا يكبر لأنك شحنته أكثر. عند سعة ثابتة، تتبع الشحنة الجهد ببساطة، Q = C · V: مكثّف سعته 3 F موصول ببطارية 6 V يخزّن 18 C، أي ضعف ما يخزّنه عند 3 V. والفجوة الأكبر تُضعف المكثّف — يجب أن يكون اللوحان أقرب لا أبعد لحمل شحنة أكبر عند الجهد نفسه.
كيف يرتبط
الجهد عبر المكثّف موجود لأن الشحنة مكدّسة في وجه قانون كولوم — ذلك الدفع المخزَّن هو ما تنتجه هندسة القوة في الدرس السابق على شكل عتاد. وقد قابلت وحدة الدوائر هذا الجهاز من قبل: ثابت الزمن RC حيث τ = R · C يحدد سرعة امتلائه. تاليًا، يكشف التيار أنه يفعل شيئًا آخر تمامًا: إنشاء المجالات المغناطيسية.