ما هو الجهد الكهربائي؟
الجهد الكهربائي (الذي كثيرًا ما يُسمّى الفولتية) عند نقطة ما في الفضاء هو طاقة الوضع الكهربائية لكل وحدة شحنة، أي مقدار الطاقة التي تحملها شحنة اختبار عند ذلك الموضع. وبالنسبة لشحنة نقطية مفردة Q، يُعطى الجهد على بُعد مسافة r بالعلاقة \(V = kQ/r\)، حيث يمثل \(k\) ثابت كولوم. هذه الحاسبة عالمية الاستخدام — فهي تعتمد على الثوابت الفيزيائية فقط وتعمل بالطريقة نفسها في أي مكان.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل قيمة الشحنة المصدر Q بالكولوم (C)، والمسافة r بالأمتار (m) من تلك الشحنة إلى النقطة التي تريد حساب الجهد عندها. تعرض الحاسبة قيمة الجهد V بالفولت (V). تنتج الشحنات الموجبة جهدًا موجبًا، بينما تنتج الشحنات السالبة جهدًا سالبًا. وبما أنّ جهد الشحنة النقطية كمية قياسية (سُلّمية)، فلا حاجة إلى تحديد اتجاه.
شرح المعادلة
العلاقة هي $$V = k \cdot \frac{\text{Charge Q (C)}}{\text{Distance r (m)}}$$ هنا يساوي \(k\) تقريبًا \(8.9876 \times 10^{9}\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2\)، وهو ثابت كولوم، أما \(Q\) فهي الشحنة، و\(r\) هي مسافة الفصل. ينخفض الجهد بمقدار \(1/r\)، أي أنّ مضاعفة المسافة تخفّض الجهد إلى النصف. وعلى خلاف المجال الكهربائي (الذي يتناقص بمقدار \(1/r^2\))، فإنّ الجهد يتناقص بوتيرة أبطأ كلما زادت المسافة.
مثال محلول
لنفترض أنّ شحنة مقدارها \(Q = 1\) ميكروكولوم (\(1 \times 10^{-6}\ \text{C}\)) توجد عند نقطة الأصل، وتريد حساب الجهد على بُعد متر واحد. عندئذٍ يكون $$V = \frac{8.9876 \times 10^{9} \times 1 \times 10^{-6}}{1} \approx 8987.55\ \text{فولت}$$ وعلى بُعد مترين يصبح الجهد نصف هذه القيمة: نحو \(4493.78\) فولت.
الأسئلة الشائعة
هل الجهد الكهربائي كمية متجهة؟ لا. الجهد كمية قياسية (سُلّمية)، لذا تُجمع إسهامات الشحنات المتعددة جمعًا جبريًا بسيطًا.
ماذا يحدث عند \(r = 0\)؟ تتباعد المعادلة نحو ما لا نهاية عند موضع الشحنة النقطية المثالية، لذلك تُرجع الحاسبة القيمة 0 عندما تكون المسافة صفرًا لتجنّب نتيجة غير معرّفة.
ما هي النقطة المرجعية؟ تفترض هذه المعادلة أنّ الجهد يساوي صفرًا عند ما لا نهاية، وهو الاصطلاح المعياري المعتمد لشحنة نقطية معزولة.
