فرق الجهد الكهربائي Voltage teams
فرق الجهد الكهربائي في الفيزياء Voltage teams
سوف نتعلم كيف يمكننا التعبير عن التأثير الكهربائي في الفراغ المحيط بشحنة أو أكثر بواسطة كمية قياسية تسمى الجهد الكهربائي أو فرق الجهد الكهربائي.
•عندما يرفع جسم ما عن سطح الأرض إلى نقطة أعلى فإن شغلاً يبذل لرفع الجسم , و إذا ترك ليسقط إلى سطح الأرض فإنه يعطي شغلاً مساوياً لما بذل في رفعه .
• و بالمثل عندما نحرك شحنة كهربائية في مجال كهربائي ضد اتجاه المجال , فإننا نبذل شغلاً , و إذا تركنا الشحنة لتتحرك بفعل هذا المجال لتعود إلى وضعها الأصلي فإنها تعطي شغلاً مساوياً لما بذل في تحريكها .
• في حالة الأجسام ضد الجاذبية الأرضية يقال أن طاقة وضع الجسم قد ازدادت , و عندما يسقط بفعل الجاذبية الأرضية فإن طاقة وضعه تنقص , و بالمثل فإن الشحنة الكهربائية عندما تتحرك ضد المجال الكهربائي فإنه يقال أن طاقة وضعها ازدادت , و إذا تحركت تحت تأثير المجال فإن طاقة وضعها تنقص .
•و يسمى التغير في طاقة الوضع لوحدة الشحنات عند انتقالها بين نقطتين في مجال
كهربائي بفرق الجهد الكهربائي بين نقطتين , أي أن فرق الجهد بين نقطتين في مجال
كهربائي يمكن قياسه بالشغل اللازم لنقل وحدة الشحنات الموجبة ضد المجال بين النقطتين , و حيث أن المجال ينعدم في اللانهاية فإنه يمكن اعتبار الجهد صفراً في اللانهاية .
•لذلك يعرَّف الجهد الكهربائي لنقطة في مجال كهربائي بمقدار الشغل اللازم لنقل وحدة
الشحنات الموجبة من ما لا نهاية إلى هذه النقطة , و يكون الجهد موجباً إذا كان المجال ناشئاً عن شحنة موجبة , و سالباً إذا كان المجال ناشئاً عن شحنة سالبة .
• لنفترض أن النقطتين A&B موجودتان في مجال كهربائي ناتج عن شحنة موجبة q كما في الشكل . فإذا كانت هناك شحنة اختبار qo موجودة بالقرب من الشحنة q فإن الشحنة qo سوف تتحرك من نقطة قريبة من الشحنة إلى نقطة أكثر بعداً أي من B إلى A وفيزيائياً نقول أن الشحنة qo تحركت من مناطق ذات جهد كهربائي مرتفع إلى مناطق ذات جهد كهربائي منخفض.
ولذلك يكون تعريف فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين A&B واقعتين في مجال كهربائي شدته E بأنه: الشغل المبذول بواسطة قوة خارجية ) Fex ( ضد القوى
الكهربائية ) qE ( لتحريك شحنة اختبار qo من A إلى B بحيث تكون دائماً في حالة اتزان.
• و يختزن هذا الشغل على هيئة طاقة وضع كهربائية , و هو كمية قياسية ليس له
علاقة بالطريق الذي تسلكه الشحنة أثناء انتقالها من النقطة الأولى إلى الثانية .
مثال توضيحي : إذا كان لدينا بطارية فرق الجهد بين قطبيها 1.5volt فهذا يعنى أنها إذا ما وصلت في دارة كهربائية, فإن الشحنات الموجبة ستتحرك من الجهد المرتفع إلى الجهد المنخفض. كما في حالة فتح الصنبور في الأنبوبة U وستستمر حركة الشحنات حتى يصبح فرق الجهد بين قطبي البطارية مساوياً للصفر.
تكون طاقة الوضع لجزئ الماء عند النقطة B أكبر من طاقة الوضع عند النقطة A ولذلك إذا فتح الصنبور S فإن الماء سوف يتدفق في اتجاه النقطة A إلى أن يصبح
الفرق في طاقتي الوضع بين النقطتين A&B مساوياً للصفر
الفرق في طاقتي الوضع بين النقطتين A&B مساوياً للصفر
• يعطى الجهد المتولد عن شحنة q تبعد r عن النقطة المدروسة بالعلاقة:
أما الجهد المتولد عن مجموعة من الشحنات في نقطة ما : فيحسب كما لو كانت كل
شحنة موجودة بمفردها , ثم نجمع الجهود جمعاً جبرياً و نكتب :
أما فرق الجهد بين نقطتين فيعطى بالعلاقة :
و يقاس الجهد بالفولت : و هو فرق الجهد بين نقطتين إذا انتقلت بينهما شحنة مقدارها (1 colum) كان الشغل المبذول يساوي (1 joul) .
وعليه فإنه يمكن التعبيرعن العلاقة بين المجال الكهربائي و الجهد الكهربائي كما يلي :
والجهد الكهربائي هي علاقة تفاضل وتكامل وبالتالي إذا علمنا الجهد الكهربائي يمكن
بإجراء عملية التفاضل إيجاد المجال الكهربائي .
ونذكر هنا أن خطوط المجال الكهربائي عمودية على أسطح متساوية الجهد
ملاحظة ) 2 ( : من العلاقة (15) نجد أن المجال الكهربائي يمكن أن يقاس بوحدة (volt/m)
ملاحظة ) 3 (:نلاحظ أن المجال الكهربائي لشحنة يتناسب عكسي ا مع مربع المسافة, بينما الجهد الكهربائي يتناسب عكسي ا مع المسافة.
ملاحظة ) 3 (:نلاحظ أن المجال الكهربائي لشحنة يتناسب عكسي ا مع مربع المسافة, بينما الجهد الكهربائي يتناسب عكسي ا مع المسافة.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
الموضوع من إعداد د. ميسون مقل
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
يمكنكم من أدناه