الجهد الكهربائي

هناك حقيقة أصبحت معروفة ، وهي عند وضع شحنة كهربائية q في مجال كهربائي سيؤثر عليها المجال بقوة مقدارها qE ويكون اتجاهها مع اتجاه المجال الكهربائي. وإذا أردنا أن نمسك هذه الشحنة في مكانها فلابد أن نؤثر عليها بقوة مقدارها –qE.
لنعتبر حالة شحنة اختبارية موجبة موجودة أصلاً في النقطة p داخل مجال كهربائي غير منتظم كما في الشكل (3-1). فلو أردنا تحريكها إلى النقطة B على طول المسار a للزم علينا بذل شغل بعامل خارجي ضد القوة الكهربائية بحيث تبقى حركة الشحنة دائماً في حالة اتزان. وهذا الشغل يساوي الزيادة في الطاقة الكامنة للشحنة.
إن فرق الجهد بين النقطتين A و B داخل المجال الكهربائي هو الشغل المبذول ضد القوة الكهربائية لنقل وحدة شحنة الاختبار الموجبة من A إلى B. ويعّرف فرق الجهد بين النقطتين Aو B بأنه الشغل المنجز لوحدة الشحنة، أي :
…..…(1-3)
إن وحدات SI لفرق الجهد هي جول لكل كولوم. وسنطلق على هذه الكمية المشتقة اسم فولت V نسبة إلى العالم الإيطالي اليساندرو فولتا)1745-1827(.وهناك أجزاء لهذه الوحدة تستعمل لقياس فروق الجهد الصغيرة كالملي فولت mV الذي يعادل واحداً من ألف من الفولت ،والمايكروفولت وقدرهُ واحد من مليون من الفولت. أما فروق الجهد الكبيرة يعبر عنها بالكيلو فولت KVالذي يعادل ألف من الفولت ،والميكافولت MV وقدرهُ مليون فولت. وحيث أن الشغل كمية عددية، فان فرق الجهد كمية عددية أيضاً.




















قياس الجهد عند أي نقطة، اتفق أن يكون جهد النقاط البعيدة جداً عن الشحنات مساوياً إلى صفر. وفي حالتنا لو اخترنا النقطة A في المالانهاية لأصبح الجهد صفراً، وبالتعويض في المعادلة (3-1) نحصل على الجهد الكهربائي عند النقطة B.
إذن تعريف الجهد في نقطة ما هو عبارة عن الشغل لوحدة الشحنة الواجب إنجازه لنقل شحنة اختبارية موجبة من المالانهاية إلى تلك النقطة (أو من نقطة جهد صفر إلى النقطة المعنية) والعلاقة الرياضية هي :
………..(2-3)
ولابد هنا من الإشارة إلى نقطة مهمة تتعلق بفرق الجهد وهي اعتبار جهد الأرض يساوي صفراً واتخاذه مرجعاً قياسياً لكثير من مسائل الدوائر الكهربائية. ولإيضاح ذلك سنعتبر كرتين مشحونتين إحداهما موجبة ويرمز لها بالعلامة (+) والأخرى سالبة ويرمز لها بالعلامة كما مبين في الشكل (3-2). عند توصيل كل من الكرتين على انفراد بالأرض نجد أن كلتيهما تفقد ما عليها من شحنة كهربائية، ويفسر ذلك بان الشحنة الكهربائية في حالة الكرة الموجبة قد سرت منها إلى الأرض (الجهد الكهربائي للكرة الموجبة الشحنة اكبر من الجهد الكهربائي للأرض ولذلك فان الشحنة قد سرت من الكرة إلى الأرض حتى أصبح جهد الكرة صفراً). وفي حالة الكرة السالبة فان كهربائية موجبة قد سرت من الأرض إلى الكرة حتى تعادلت الشحنتان على الكرة (يقال إن الجهد الكهربائي للأرض اكبر من الجهد الكهربائي للكرة السالبة الشحنة ولذلك فان الشحنة الموجبة قد سرت من الأرض إلى الكرة حتى أصبح جهد الكرة صفراً).وفي كلتا الحالتين فان الكرتين قد فقدتا شحنتيهما. غير إن الحال مع الكرة الأرضية يختلف، فبسبب حجمها الهائل فان كهربائيتها لا تتأثر بأي شحنة كهربائية تسري إليها أو منها إلى موصل مهما كانت قيمة هذه الشحنة، ولذلك اعتبر الجهد الكهربائي للأرض صفراً واتخذ لذلك مرجعاً لقياس الجهد. فإذا قيل إن لموصل ما جهداً موجباً فان هذا يعني انه إذا وصل بالأرض فان الشحنة الكهربائية تسري منه إلى الأرض والعكس صحيح إذا كان جهد الموصل سالباً