الجهد الكهربائي, ماهو؟ وما هو الفولت؟ وما قانونه؟ وما مصادره؟

الجهد الكهربائي, ما هو فرق الجهد الكهربائي؟ وما هو الفولت ؟ وما قانون الجهد الكهربائي ؟ وما هي مصادره ؟ وما مبدأ عمل المولدات الكهربائية ؟ هذه الاسئلة وغيرها سنعرف أجوبتها في هذا المقال.

فرق الجهد الكهربائي Electric Potential Difference

يعرف فرق الجهد الكهربائي علي أنه مقدار الشغل المبذول لنقل وحدة الشحنات “كولوم واحد ” بين نقطتين.

لفهم هذا التعريف بشكل أوضح سنقوم بشرح مفهوم الشغل فيزيائيا (Work). افرض ان لدينا صندوق او أي جسم يراد تحريكه بين نقطتين “A” و “B” كما بالشكل التالي:

عند تحريك الجسم مسافة مقدارها الطول بين “A” و “B” فاننا نكون قد بذلنا علي علية شغل يقاس بـالجول (Joul) ويساوي حسابيا القوة المبذولة “F” مقاسة بالنيوتن (N) مضروبة في المسافة التي تحركها الجسم “d” بالمتر (m).

(W = F × d (Joul

ولكن عندما نريد تحريك شحنة كهربية بين نقطتين “A” و “B” فان الشغل المبذول في هذة الحالة يعرف بفرق الجهد الكهربائي و يرمز لة بالرمز “V” وبالعربية يرمز لة بالحرف “ج” .
فرق الجهد هو المحرك الأساسي والقوة التي تدفع التيار “الشحنات” للمرور في الدائرة الكهربائية ولذلك يسمى بالقوة الدافعة الكهربائية.

ما هو الفولت ؟ وما هو قانون الجهد الكهربائي ؟

يقاس فرق الجهد الكهربائي بوحدة الفولت “Volt” ويطلق عليه أيضا اسم الفولتية “Voltage” أو القوة الدافعة الكهربية ( ق.د.ك).

وحدة الفولت ايضا تساوي (جول/كولوم) اي مقدار الشغل المبذول لنقل شحنة مقدارها كولوم واحد بين نقطتين. والجول يقاس بـ نيوتن.متر (N.m).

Volt = joul/C

Volt = N.m/C

مصادر الجهد الكهربائي

هناك العديد من مصادر الجهد الكهربائي والطاقة الكهربائية, ستم ذكر بعضا منها مع نبذة صغيرة لكل مصدر.

أولا: المصادر الكيميائية:

وهنا يتم انتاج الطاقة الكهربائية عن طريق التفاعلات والمحاليل الكيميائية بين العناصر والمركبات الكيميائية ومن أمثلة الخلايا التي تعمل هذا النوع:

1- البطاريات الجافة Dry Batteries:

ولها انواع وأشكال متعددة هذه الانواع تصنع بجهد منخفض وهي تناسب التطبيقات التي تعمل بجهد منخفض مثل جهاز التحكم بالأجهزة الاخرى مثل التلفاز وغيره. انظر الصورة التالية:

2- مراكم الرصاص أو بطاريات السيارات lead-acid:

وهذا النوع من البطاريات يصنع بفرق جهد أعلى من البطاريات الجافة العادية من أجل أن تناسب التطبيقات الخاصة بها وهي السيارات.

ثانيا: المصادر الطبيعية:

أيضا تعرف بمصادر الطاقة المتجددة ومن اسمها فهي تعمل على انتاج الطاقة من الطبيعة ومنها:

1- الخلايا الشمسية Solar Cells:

تقوم بتحويل ضوء الشمس الي طاقة كهربائية ويعتمد مقدار الطاقة الذي تولده على حجم الخلية وعلى شدة الضوء الساقط عليها وغير ذلك.

2- المراوح والطواحين الهوائية Windmills:

في هذi الطريقة تستخدم طاقة الرياح لتحريك مراوح مثبتة علي عمود دوران مولد كهربائي ويقوم المولد بشحن بطاريات ضخمة تستخدم وقت الحاجة لها، هذا النوع مستخدم في المساحات التي تهب خلالها الرياح أغلب الوقت طوال السنة.

3- المصادر المائية:

هنا يتم توليد الطاقة عند تدفق المياه بسرعه عالية من الخزانات والسدود المائية، هذه المياه بدورها تقوم بتحريك زعانف التوربينات المائية فيدور التوربين ويحرك معه مولدا كهربائيا مربوط معه علي عمود دورانه وبالتالي يتم انتاج الطاقة الكهربائية ومقدار الجهد المتولد يتم التحكم فيه عن طريق السيطرة علي سرعه تدفق المياه باتجاه زعانف التوربين.

لاحظ الشكل التالي:

مبدأ عمل المولدات الكهربائية

ما مبدأ عمل المولدات الكهربائية أو كيف يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية كما يحصل عند توليد الكهرباء من خلال المصادر المائية أو الطواحن الهوائية ؟ لاحظ الشكل التالي:

تعمل المولدات الكهربائية علي مبدأ العالم فراداي “Faraday” للحث الكهربائي والذي ينص على أنه:

“إذا تحرك موصل موضوع داخل مجال مغناطيسي بحيث يقطع الموصل خطوط المجال المغناطيسي ، يتولد في الموصل جهد كهربائي يعتمد في شدته علي طول الموصل والسرعة التي يتحرك بها الموصل وكثافة المجال المغناطيسي”.

يمكن إيجاد الجهد الكهربائي المتولد حسب العلاقة التالية:

V = B.L.v

حيث أن:
V : تمثل مقدار الجهد المستحث او المتولد مقاسا بالفولت (V).
B : تمثل كثافة الفيض المغنطيسي “شدة المجال” مقاسة بالويبر (Weber).
v : تمثل السرعة التي يتحرك بها الموصل مقاسة بالمتر\ثانية (m/s).
L : يمثل طول الموصل الكهربائي مقاسا بالمتر (m).

ثالثا: محطات الطاقة النووية:

وهذه التكنولوجيا متطورة تستخدم في بعض الدول كمصدر رئيسي لتوليد الطاقة في بعض الدول المتقدمة مثل اليابان. من عيوب هذه المحطات أن تكلفتها الإنشائية عالية جدا لذلك لا تمتلكها معظم الدول.