ما هو الجهد الكهربائي؟
الجهد الكهربائي، الذي يُقاس بوحدة الفولت (V)، هو مقدار طاقة الوضع الكهربائية لكل وحدة شحنة عند نقطة معينة في الفراغ ناتجة عن شحنة مصدر. وبالنسبة لشحنة نقطية مفردة Q، يُعطى الجهد على بُعد مسافة r بقانون كولوم للجهد: \(V = kQ/r\). تعمل هذه الحاسبة مع أي مدخلات متوافقة بنظام الوحدات الدولي (SI)، وهي صالحة في كل مكان لأنها تستند إلى قوانين الفيزياء البحتة ولا تخضع لأي قواعد أو أنظمة خاصة ببلد معيّن.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل شحنة المصدر Q بوحدة الكولوم (C) — ويمكنك استخدام قيم بالصيغة العلمية مثل 0.000001 لتمثيل ميكروكولوم واحد — ثم أدخل المسافة r بالمتر (m) من الشحنة إلى النقطة التي تريد حساب الجهد عندها. ستعرض لك الحاسبة الجهد الكهربائي بالفولت. لاحظ أن الشحنة الموجبة تُنتج جهدًا موجبًا، بينما تُنتج الشحنة السالبة جهدًا سالبًا.
شرح القانون
القانون هو $$V = k\,\frac{\text{Charge }Q}{\text{Distance }r}$$ حيث يمثّل \(k\) ثابت كولوم وقيمته تقارب \(8.9875 \times 10^{9}\) نيوتن\(\cdot\)م\(^2\)/كولوم\(^2\) (وغالبًا ما يُقرّب إلى \(9 \times 10^{9}\)). أما \(Q\) فهي شحنة المصدر بالكولوم، و\(r\) هي المسافة القطرية بالمتر. ويتناقص الجهد عكسيًا مع المسافة، أي أن الابتعاد إلى ضعف المسافة يقلّل الجهد إلى النصف. وعلى عكس المجال الكهربائي الذي يتناقص بمعدل \(1/r^2\)، فإن الجهد يتناقص بمعدل \(1/r\).
مثال محلول
لنفترض أن لدينا شحنة مقدارها \(Q = 2 \times 10^{-6}\) كولوم (2 ميكروكولوم) موضوعة في الفراغ، ونريد حساب الجهد على بُعد 0.05 متر منها. عندئذٍ يكون $$V = \frac{8.9875 \times 10^{9} \times 2 \times 10^{-6}}{0.05} = \frac{17975}{0.05} \approx 359{,}502 \text{ فولت}$$ أي أن الجهد عند تلك النقطة يساوي نحو 360 كيلوفولت.
الأسئلة الشائعة
هل تؤثر إشارة الشحنة في النتيجة؟ نعم. الشحنة السالبة تُعطي جهدًا سالبًا، لأن الجهد كمية قياسية (عددية) تحمل إشارة شحنة المصدر.
ماذا يحدث إذا كانت r = 0؟ ينحرف القانون عند \(r = 0\) (إذ يصبح الجهد لانهائيًا)، لذا يجب أن تكون المسافة أكبر من الصفر. وتُرجع الحاسبة القيمة 0 لتفادي القسمة على صفر.
ما قيمة الثابت k المستخدمة؟ القيمة الدقيقة المعتمدة من CODATA وهي \(8.9875517873681764 \times 10^{9}\) نيوتن\(\cdot\)م\(^2\)/كولوم\(^2\).
