قانون فرق الجهد الكهربائي

تعريف الجهد الكهربائي

يُعدّ الجهد الكهربائي أو الفولتية أو القوة الدافعة الكهربائية من أهمّ الكميات الفيزيائية التي تصف المجال الكهربائي، فهو الطاقة اللازمة لتحريك الإلكترونات ودفعها من القطب السالب إلى القطب الموجب، ووحدة قياس الجهد هي الفولت، وهي عبارةٌ عن مقدار الشغل المبذول لنقل شحنةٍ كهربائيةٍ مقدارها واحد كولووم بين نقطتين، وتتحوّل الطاقة الكهربائية إلى أنواع أخرى من الطاقة: مثل الطاقة الحرارية أو الضوئية أو الحركية؛ وذلك نتيجةً لحركة الإلكترونات وانتقالها بين القطبين، أمّا عن كيفية قياس الجهد الكهربائي فيُستخدم جهاز الفولتميتر، بحيث يوصل على التوازي في الدائرة الكهربائية لقياس مقدار الجهد المطلوب. 

توضيح تعريف فرق الجهد الكهربائي وقانونه

لا بدّ من أداء شغل باستخدام قوةٍ معينةٍ من أجل تحريك شحنةٍ كهربائيةٍ من نقطةٍ إلى أخرى عبر مسارٍ معيّن، ويُعرّف مقدار هذا الشغل المُطبّق على تلك الشحنة بالجهد الكهربائي، وعلى فَرَض أنّ الشحنة الكهربائية متناهية في الصغر يكون الشغل المبذول يساوي:

Wd=F. ∆d

وبما أنّ: F= QE، ينتج أنّ:

Wd=QE. ∆d

وعليه فإنّ الجهد بين نقطتين يساوي الشغل المبذول مقسوماً على الشحنة، أيّ أنّ قانون فرق الجهد الكهربائي هو:

فرق الجهد الكهربائي = الشغل ÷ الشحنة.

حيث إنّ:

Q: هي الشحنة الكهربائيَّة.

F: القوَّة.

E: شدة المجال الكهربائيّ.

d: الإزاحة.

W: الشغل المبذول لإزاحة الشحنة من نقطةٍ إلى أخرى.

أصناف الجهد الكهربائي

• الجهد الطرفي: وهو عبارةٌ عن الجهد الذي يتمّ قياسه عند طرفي مصدر الجهد.
• الجهد المسلّط: ويُسمى أيضاً القوة الدافعة الكهربائية الابتدائية، وهو الجهد الفعّال في الدائرة الكهربائية الداخلية كالمولد الكهربائي مثلاً.
• جهد التشغيل: هو عبارةٌ عن الجهد الذي يُغذي الشبكة الكهربائية للمستهلكين، أيّ أنّه الجهد الذي تُصمم الأجهزة الكهربائية لتعمل عليه فمثلاً جهد التشغيل للمصباح المنزلي يساوي 220 فولت من التيار المتردد.

علاقة الجهد الكهربائي بالتيار

يَصف قانون أوم علاقة الجهد الكهربائي بالتيار، بحيث أجرى العالم أوم عدة تجارب لقياس فرق الجهد الكهربائي في دوائر كهربائية بسيطة وشدة التيار الكهربائي المار فيها، وقد توصّل إلى قانون أوم الذي ينصّ على أنّ (فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين يتناسب تناسباً طردياً مع شدة التيار الكهربائي المار بينهما). وهناك نسبةٌ ثابتةٌ بين فرق الجهد وشدة التيار تُعرف بالمقاومة الكهربائية، وهي قيمةٌ ثابتةٌ لا تتغير قيمتها بتغير فرق الجهد بين طرفي الموصل، ويتمّ التعبير عن قانون أوم بالمعادلة الآتية:

المقاومة الكهربائية = فرق الجهد الكهربائي \ شدة التيار الكهربائي.

R = V \ I

أو يُمكن التعبير عنها بدلالة فرق الجهد الكهربائي كالآتي: V = R . I

حيث إنّ:

R= هي مقاومة الناقل للتيار وتُقاس بوحدة الأوم.

V= فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاومة ويُقاس بوحدة الفولت.

I= شدة التيار الكهربائي المار في المقاومة ويُقاس بوحدة الأمبير.