الكهربائية المحاضرة 9 و 10

الجهد الكهربي Electric Potential

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 شكل1 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.

Figure 1

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.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).