الجهد الكهربي Electric Potential
تعلمنا في الفصول السابقة كيف يمكن التعبير عن القوى الكهربية أو التأثير الكهربي في الفراغ المحيط بشحنة أو أكثر باستخدام مفهوم المجال الكهربي. وكما نعلم أن المجال الكهربي هو كمية متجهة وقد استخدمنا لحسابه كلا من قانون كولوم وقانون جاوس. وقد سهل علينا قانون جاوس الكثير من التعقيدات الرياضية التي واجهتنا أثناء إيجاد المجال الكهربي لتوزيع متصل من الشحنة باستخدام قانون كولوم.
في هذه الفصل سوف نتعلم كيف يمكننا التعبير عن التأثير الكهربي في الفراغ المحيط بشحنة أو أكثر بواسطة كمية قياسية تسمى الجهد الكهربي The electric potential. وحيث أن الجهد الكهربي كمية قياسية وبالتالي فسيكون التعامل معه أسهل في التعبير عن التأثير الكهربي من المجال الكهربي.
في هذا الموضوع سندرس المواضيع التالية:-(1) تعريف الجهد الكهربي.(2) علاقة الجهد الكهربي بالمجال الكهربي.(3) حساب الجهد الكهربي لشحنة في الفراغ.(4) حساب المجال الكهربي من الجهد الكهربي.(5) أمثلة ومسائل محلولة.قبل أن نبدأ بتعريف الجهد الكهربي أو بمعنى أصح فرق الجهد الكهربي بين نقطتين في مجال شحنة في الفراغ سوف نضرب بعض الأمثلة التوضيحية.
مثال (1)
عند رفع جسم كتلته m إلى ارتفاع h فوق سطح الأرض فإننا نقول أن شغلا خارجيا (موجبا) تم بذله لتحريك الجسم ضد عجلة الجاذبية الأرضية، وهذا الشغل سوف يتحول إلى طاقة وضع مختزنة في المجموعة المكونة من الجسم m والأرض. وطاقة الوضع هذه تزداد بازدياد المسافة h لأنه بالطبع سيزداد الشغل المبذول. إذا زال تأثير الشغل المبذول على الجسم m فإنه سيتحرك من المناطق ذات طاقة الوضع المرتفعة إلى المناطق ذات طاقة الوضع المنخفضة حتى يصبح فرق طاقة الوضع مساوياً للصفر.
مثال (2)
نفرض إناء على شكل حرف U به ماء كما في شكل 5.1 . 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 مساويا للصفر
مثال (3)
هناك حالة مشابهة تماما للحالتين السابقتين في الكهربية، حيث نفترض أن النقطتين A&B موجودتان في مجال كهربي ناتج من شحنة موجبة Q على سبيل المثال كما في شكل 5.2 . إذا كانت هناك شحنة اختبار qo (مناظرة للجسم m في مجال عجلة الجاذبية الأرضية وكذلك لجزئ الماء عند النقطة B في المثال السابق) موجودة بالقرب من الشحنة Q فإن الشحنة qo سوف تتحرك من نقطة قريبة من الشحنة إلى نقطة أكثر بعداً أي من B إلى A وفيزيائيا نقول أن الشحنة qo تحركت من مناطق ذات جهد كهربي مرتفع إلى مناطق ذات جهد كهربي منخفض. ولذلك يكون تعريف فرق الجهد الكهربي بين نقطتين A&B واقعتين في مجال كهربي شدته E بحساب الشغل المبذول بواسطة قوة خارجية (Fex) ضد القوى الكهربية (qE) لتحريك شحنة اختبار qo من A إلى B بحيث تكون دائما في حالة اتزان ( أي التحريك بدون عجلة).
ذا كانت هنالك بطارية فرق الجهد بين قطبيها 1.5volt فهذا يعنى إنها إذا ما وصلت في دائرة كهربية، فإن الشحنات الموجبة ستتحرك من الجهد المرتفع إلى الجهد المنخفض. كما حدث في حالة فتح الصنبور في الأنبوبة U وستستمر حركة الشحنات حتى يصبح فرق الجهد بين قطبي البطارية مساوياً للصفر.
الموقع
العمل/الترفيه
المزاج
الأربعاء ديسمبر 10, 2014 2:07 am