فهرس المحتويات
- المفهوم الأساسي للجهد الكهربائي
- الصيغة الرياضية للجهد الكهربائي
- وحدة قياس الجهد الكهربائي
- سطوح تساوي الجهد وخطوط المجال الكهربائي
- أمثلة تطبيقية على حساب الجهد الكهربائي
ما هو الجهد الكهربائي؟
يُعرّف الجهد الكهربائي، أو فرق الجهد، بأنه مقدار الطاقة الكامنة لكل وحدة شحنة كهربائية في مجال كهربائي. بمعنى آخر، هو الشغل اللازم لنقل وحدة شحنة كهربائية من نقطة إلى أخرى في هذا المجال. يمكن تشبيهه بالارتفاع في مجال الجاذبية الأرضية؛ فكلما زاد الارتفاع، زادت الطاقة الكامنة للجسم. وبالمثل، كلما زاد الجهد الكهربائي بين نقطتين، زادت الطاقة الكامنة للشحنة الكهربائية عند انتقالها بين هاتين النقطتين. [1]
قانون حساب الجهد الكهربائي
يُمكن التعبير عن الجهد الكهربائي (ج) رياضيًا بالعلاقة التالية: [1]
ج = غ / ش
حيث:
- ج: الجهد الكهربائي بوحدة الفولت (V).
- غ: الشغل المبذول بوحدة الجول (J).
- ش: مقدار الشحنة الكهربائية بوحدة الكولوم (C).
هناك أيضًا صيغة أخرى لحساب الجهد الكهربائي في دائرة كهربائية بسيطة، وهي:
ج = ت × م
حيث:
- ج: الجهد الكهربائي (فولت).
- ت: التيار الكهربائي (أمبير).
- م: المقاومة الكهربائية (أوم).
وحدة قياس الجهد الكهربائي (الفولت)
تُقاس وحدة الجهد الكهربائي بالفولت (V). يُعرف الفولت الواحد بأنه الشغل المبذول مقداره 1 جول لنقل شحنة كهربائية مقدارها 1 كولوم. كما يُعرف بأنه فرق الجهد في دائرة كهربائية يسري فيها تيار مقداره 1 أمبير عبر مقاومة مقدارها 1 أوم. سميت هذه الوحدة باسم العالم الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا تقديرًا لإسهاماته في هذا المجال. [2]
سطوح متساوية الجهد وعلاقتها بخطوط المجال الكهربائي
تُمثّل سطوح متساوية الجهد سطوحًا وهمية تحيط بالشحنات الكهربائية، حيث يكون الجهد الكهربائي ثابتًا على جميع نقاط كل سطح. يمكن تصورها كسلسلة من الكرات المتراكبة حول شحنة نقطية. [3]
تكون خطوط المجال الكهربائي، التي تُمثل اتجاه القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبارية، دائماً عمودية على سطوح متساوية الجهد. هذا يعني أن اتجاه المجال الكهربائي هو اتجاه أقصى تغير في الجهد الكهربائي. [3]
أمثلة عملية على حساب الجهد الكهربائي
إليك بعض الأمثلة العملية لحساب الجهد الكهربائي:
| المثال | المعطيات | الحل |
|---|---|---|
| مثال 1: | تيار كهربائي = 5 مللي أمبير (0.005 أمبير)، مقاومة = 2500 أوم | ج = 0.005 أمبير × 2500 أوم = 12.5 فولت |
| مثال 2: | شغل = 180 جول، شحنة = 6 كولوم | ج = 180 جول / 6 كولوم = 30 فولت |
| مثال 3: (مقاومات على التوالي) | تيار = 4 أمبير، مقاومة 1 = 4 أوم، مقاومة 2 = 7 أوم، مقاومة 3 = 3 أوم، مقاومة 4 = 2 أوم | المقاومة الكلية = 4 + 7 + 3 + 2 = 16 أوم ج = 4 أمبير × 16 أوم = 64 فولت |
| مثال 4: (مقاومات على التوازي) | مقاومة 1 = 8 أوم، مقاومة 2 = 4 أوم، مقاومة 3 = 2 أوم (التيار يتفرع بالتساوي) | الجهد ثابت على المقاومات المتوازية. لحساب الجهد على كل مقاومة نحتاج لقيمة التيار لكل مقاومة. ولكن، الجهد سيكون نفسه على كل مقاومة. |
ملاحظة: في الدوائر الكهربائية ذات المقاومات المتصلة على التوازي، يكون الجهد الكهربائي ثابتًا بين أطراف جميع المقاومات، بينما يتجزأ التيار. أما في الدوائر ذات المقاومات المتصلة على التوالي، فيكون التيار ثابتًا والجهد يتغير بين أطراف المقاومات. [4] [1] مصدر مرجعي 1 (يُرجى إضافة مصدر مرجعي مناسب)
[2] مصدر مرجعي 2 (يُرجى إضافة مصدر مرجعي مناسب) [3] مصدر مرجعي 3 (يُرجى إضافة مصدر مرجعي مناسب) [4] مصدر مرجعي 4 (يُرجى إضافة مصدر مرجعي مناسب)
