ما هو الجهد الكهربائي؟
الجهد الكهربائي (المعروف أيضًا باسم الفرق الكهربائي في القدرة الكهربية، أو القوة الدافعة الكهربائية، أو الضغط الكهربائي، أو التوتر الكهربائي) يعرف بأنه الفرق الكهربائي في القدرة الكهربية لكل وحدة شحنة بين نقطتين في حقل كهربائي. يتم التعبير عن الجهد الكهربائي رياضيًا (أي في الصيغ الرياضية) باستخدام الرمز "V" أو "E".
إذا كنت تبحث عن شرح أكثر بديهية لمساعدتك في فهم ما هو الجهد الكهربائي، قم بالانتقال إلى هذا القسم من المقال.
خلاف ذلك، سنستمر أدناه بتقديم تعريف رسمي أكثر للجهد الكهربائي.
في حقل كهربائي ثابت، فإن العمل المطلوب لتحريك وحدة الشحنة بين نقطتين يُعرف بالجهد الكهربائي. يمكن التعبير عن الجهد الكهربائي رياضيًا كما يلي،
حيث أن العمل المنجز يكون بوحدة الجول والشحنة بوحدة الكولوم.
يمكننا تعريف الجهد بأنه كمية الطاقة الكامنة بين نقطتين في الدائرة الكهربائية.
تتميز إحدى النقطتين بطاقة كامنة أعلى بينما تتميز النقطة الأخرى بطاقة كامنة أقل. الفرق في الشحنة بين الطاقة الكامنة الأعلى والطاقة الكامنة الأقل يسمى بالجهد أو الفرق الكهربائي.
يمنح الجهد أو الفرق الكهربائي القوة للإلكترونات لتتدفق عبر الدائرة الكهربائية.
كلما كان الجهد أعلى، كلما كانت القوة أكبر، وبالتالي يزداد عدد الإلكترونات التي تتدفق عبر الدائرة. بدون جهد أو فرق كهربائي، ستتحرك الإلكترونات بشكل عشوائي في الفضاء الحر.
يُشار أحيانًا إلى الجهد أيضًا باسم "التوتر الكهربائي". على سبيل المثال، يتم الإشارة إلى قدرة التوتر الكهربائي لأسلاك مثل 1 كيلوفولت و11 كيلوفولت و33 كيلوفولت على أنها أسلاك ذات توتر منخفض وتوتر عال وتوتر شديد على التوالي.
كما ذُكر، يتم تعريف الجهد بأنه الفرق الكهربائي لكل وحدة شحنة بين نقطتين في المجال الكهربائي. دعونا نصف هذا باستخدام المعادلات.
لنفترض نقطتين A وB.
يتم تعريف قوة النقطة A بالنسبة للنقطة B بأنها العمل المنجز في تحريك وحدة شحنة من النقطة A إلى النقطة B في وجود المجال الكهربائي E.
يمكن التعبير عن ذلك رياضيًا كما يلي،
هذا هو أيضًا الفرق الكهربائي بين النقطتين A وB مع اعتبار النقطة B نقطة مرجعية. يمكن التعبير عنه أيضًا كـ
![]()
يمكن أن يكون الجهد الكهربائي مفهومًا صعبًا للفهم بشكل مفاهيمي.
لذا سنستخدم تشبيهًا بشيء ملموس - شيء في العالم الحقيقي - لمساعدتنا في فهم الجهد الكهربائي بشكل أسهل.
تشبيه "الهيدروليكي" هو تشبيه شائع يستخدم لمساعدة في شرح الجهد الكهربائي.
في التشبيه الهيدروليكي:
الجهد الكهربائي أو المحتمل الكهربائي يعادل ضغط الماء الهيدروليكي
التيار الكهربائي يعادل معدل تدفق الماء الهيدروليكي
الشحنة الكهربائية تعادل كمية من الماء
الموصل الكهربائي يعادل أنبوب
لنفكر في خزان ماء كما هو موضح في الشكل أدناه. يظهر الشكل (أ) خزانين مليئين بنفس مستوى الماء. لذا، لا يمكن للماء أن يتدفق من خزان إلى آخر لأن هناك لا يوجد فرق في الضغط.
الآن، يظهر الشكل (ب) خزانين مملوءين بمياه على مستويات مختلفة. لذا يوجد فرق ضغط بين هذين الخزانين. بالتالي، ستتدفق المياه من خزان إلى الآخر حتى تصبح مستوى المياه في كلا الخزانين متساوياً.
وبالمثل، إذا قمنا بتوصيل بطاريتين عبر سلك موصل ولديهما مستويات جهد مختلفة، فإن الشحنات يمكن أن تتدفق من البطارية ذات الجهد الأعلى إلى البطارية ذات الجهد الأقل. وبالتالي، تشحن البطارية ذات الجهد الأقل حتى يصبح الجهد لكلا البطاريتين متساوياً.
لنفترض وجود خزان ماء موضوع على ارتفاع معين فوق الأرض.
ضغط الماء في نهاية الخرطوم مكافئ للجهد أو الفرق الكهربائي في الدائرة الكهربائية. الماء في الخزان مكافئ للشحنة الكهربائية. الآن، إذا زدنا كمية الماء في الخزان، فسيزداد الضغط في نهاية الخرطوم.
وعلى العكس، إذا استنزفنا كمية معينة من الماء من الخزان، فسوف ينخفض الضغط الذي يتم إنشاؤه في نهاية الخرطوم. يمكننا اعتبار هذا الخزان مثل بطارية تخزين. عندما ينخفض جهد البطارية، تصبح الأنوار أخف.
دعونا نفهم كيف يمكن للجهد أو الفرق الكهربائي أن يقوم بالعمل في الدائرة الكهربائية. الدائرة الكهربائية موضحة في الشكل أدناه.

كما هو موضح في دارة المياه الهيدروليكية، تتدفق المياه عبر أنبوب محرك بواسطة مضخة ميكانيكية. الأنبوب مكافئ للسلك الموصل في الدائرة الكهربائية.
الآن، إذا أنتجت مضخة ميكانيكية فرق ضغط بين نقطتين، فإن الماء تحت الضغط سيكون قادراً على القيام بالعمل، مثل تشغيل التوربين.
وبالمثل، في الدائرة الكهربائية، يمكن لفرق الجهد في البطارية أن يسبب تدفق التيار عبر الموصل، وبالتالي يمكن للتيار الكهربائي المتدفق أن يقوم بالعمل، مثل إضاءة المصباح.
وحدة النظام الدولي للوحدات للفولت هي الفولت. يُرمز لها بـ V. الفولت هو وحدة مشتقة من النظام الدولي للفولت. العالم الإيطالي أليساندرو فولتا (1745-1827)، الذي اخترع الكومة الفولتية، وهي أول بطارية كهربائية، لذلك سميت الوحدة الفولت على شرفه.
يمكن تعريف الفولت بأنه الفرق في الجهد الكهربائي بين نقطتين في دارة كهربائية ينفق جول واحد من الطاقة لكل كولوم من الشحنة التي تمر عبر الدارة الكهربائية. يمكن التعبير عنه رياضيًا كما يلي،
وبالتالي، يمكن التعبير عن الفولت بدلالة الوحدات الأساسية في النظام الدولي كـ
أو
.
ويمكن أيضًا قياسه بوحدات الواط لكل أمبير أو الأمبير مرات الأوم.
يُظهر الصيغة الأساسية للجهد في الصورة أدناه.
وفقاً لقانون أوم، يمكن التعبير عن الجهد كالتالي،
كما هو موضح في الدائرة أدناه، تتدفق تيار كهربائي قدره 4 أمبير عبر مقاومة قدرها 15 أوم. حدد انخفاض الجهد عبر الدائرة.
الحل:
البيانات المعطاة:
, ![]()
وفقاً لقانون أوم،
وبالتالي، باستخدام المعادلة نحصل على انخفاض جهد عبر الدائرة يبلغ 60 فولت.
القوة المنقولة هي حاصل ضرب الجهد الكهربائي والتيار الكهربائي.
الآن، ضع
في المعادلة أعلاه نحصل على،
وبذلك، نحصل على أن الجهد يساوي القوة مقسومة على التيار. رياضيًا،
كما هو موضح في الدائرة أدناه، يوجد تيار قدره 2 أمبير يمر عبر مصباح بقوة 48 واط. حدد جهد التغذية.
الحل:
البيانات المعطاة:
، ![]()
وفقاً للصيغة بين الجهد والقوة والتيار المذكورة أعلاه،
وبالتالي، باستخدام المعادلة نحصل على جهد إمداد قدره 24 فولت.
وفقاً للمعادلة (1)، فإن الجهد هو الجذر التربيعي لحاصل ضرب القوة والمقاومة. رياضياً،
كما هو موضح في الدائرة أدناه، حدد الجهد اللازم لإضاءة لمبة بقوة 5 واط وبمقاومة تيار قدرها 2 أوم.
الحل:
البيانات المعطاة:
, ![]()
وفقاً للصيغة المذكورة أعلاه،
وبالتالي، باستخدام المعادلة نحصل على الجهد اللازم لإضاءة
لمبة بقوة 3.16 فولت.
يظهر رمز جهد التيار المتردد (التيار المتردد) أدناه:
يظهر رمز جهد التيار المستمر (التيار المستمر) أدناه:
يُمثل الجهد الكهربائي (V) الطاقة الكهربائية لكل وحدة شحنة.
يمكن التعبير عن أبعاد الجهد الكهربائي من حيث الكتلة (M)، الطول (L)، الزمن (T)، والأمبير (A) كما يلي
.
يجب ملاحظة أن بعض الأشخاص يستخدمون الرمز I بدلاً من A لتمثيل التيار. في هذه الحالة، يمكن تمثيل البعد الكهربائي للجهد بدلًا من ذلك كـ
.
في الدائرة الكهربائية والإلكترونية، يعتبر قياس الجهد الكهربائي أحد المعلمات الأساسية التي يجب قياسها. يمكننا قياس الجهد بين نقطة معينة والجROUND أو خط الصفر في الدائرة.
في دائرة ثلاثية الأطوار، إذا قسنا الجهد بين أي طور من الأطوار الثلاثة والنقطة المحايدة فإنه يُعرف بالجهد الخطي إلى الأرض.
وبالمثل، إذا قسنا الجهد بين أي طورين من الأطوار الثلاثة فإنه يُعرف بالجهد الخطي إلى الخطي.
هناك العديد من الأجهزة المستخدمة لقياس الجهد. دعونا نناقش كل طريقة.
يمكن قياس الجهد بين نقطتين في النظام باستخدام الفولتميتر. لقياس الجهد، يجب توصيل الفولتميتر بالتوازي مع المكون الذي يتم قياس جهده.
يجب توصيل أحد أسلاك الفولتميتر بالنقطة الأولى وآخر بنقطة الثانية. يجب ملاحظة أنه لا يجب أبداً توصيل الفولتميتر على التوالي.
يمكن استخدام الفولتميتر أيضًا لقياس الانخفاض الجهد عبر أي مكون أو مجموع انخفاض الجهد عبر مكونين أو أكثر داخل الدائرة الكهربائية.
يعمل الفولتميتر التناظري عن طريق قياس التيار عبر مقاومة ثابتة. وفقًا لقانون أوم، فإن التيار عبر المقاومة يكون متناسبًا طرديًا مع الجهد أو الفرق الكهربائي عبر المقاومة الثابتة. وبالتالي، يمكننا تحديد الجهد غير المعروف.
مثال آخر على توصيل الفولتميتر لقياس الجهد عبر بطارية 9 فولت موضح في الشكل أدناه:
في الوقت الحالي، تعتبر إحدى أكثر الطرق شيوعًا لقياس الجهد هي استخدام الملتيميتر. يمكن أن يكون الملتيميتر تناظريًا أو رقميًا، ولكن الملتيميترات الرقمية هي الأكثر شيوعًا بسبب دقتها العالية وتكلفتها المنخفضة.
يمكن قياس الجهد أو الفرق الكهربائي عبر أي معدات ببساطة عن طريق توصيل مسبار الملتيميتر عبر النقطتين حيث يتم قياس الجهد. يظهر قياس جهد البطارية باستخدام الملتيميتر في الصورة أدناه.
يعمل المحول الكهربائي على أساس تقنية التوازن الصفر. يقوم بقياس الجهد من خلال مقارنة الجهد غير المعروف بالجهد المرجعي المعروف.
يمكن استخدام أجهزة أخرى مثل الأوسيلوسكوب والفولتميتر الكهروستاتيكي لقياس الجهد أيضًا.
الفروق الرئيسية بين الجهد والتيار هي أن الجهد هو الفرق الكهربائي المحتمل للشحنات الكهربائية بين نقطتين في مجال كهربائي، بينما التيار هو تدفق الشحنات الكهربائية من نقطة إلى أخرى في المجال الكهربائي.
يمكننا القول ببساطة أن الجهد هو السبب في تدفق التيار بينما التيار هو النتيجة للجهد.
كلما ارتفع الجهد، زاد التيار الذي يتدفق بين نقطتين. لاحظ أنه إذا كانت نقطتان في دائرة كهربائية عند نفس الجهد الكهربائي المحتمل، فلا يمكن للتيار أن يتدفق بين هاتين النقطتين. تعتمد قيمة الجهد والتيار على بعضهما البعض (وفقًا لقانون أوم).
تتم مناقشة الفروق الأخرى بين الجهد والتيار في الجدول أدناه.
| Voltage | Current |
| The voltage is the difference in potential between two points in an electric field. | The current is the flow of charges between two points in an electric field. |
| The symbol of the current is I. | The SI unit of current is ampere or amp. |
| The symbol of voltage is V or ΔV or E. | The symbol of current is I. |
| Voltage can be measured by using a voltmeter. | Current can be measured by using an ammeter. |
| In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same. | In a series circuit, the magnitude of the current remains the same. |
| The voltage creates a magnetic field around it. | The current creates an electrostatic field around it. |
| Dimensions of voltage is |
Dimensions of current is |
| In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure. | In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate. |
| The voltage is the cause of the current flowing in the circuit. | An electric current is the effect of a voltage. |
لا يوجد فرق كبير بين الجهد والفرق الكهربائي. ولكن يمكننا وصف الفرق بينهما بالطرق التالية.
الجهد هو كمية الطاقة المطلوبة لنقل وحدة شحنة بين نقطتين بينما الفرق الكهربائي هو الفرق بين القدرة الكهربائية الأعلى لنقطة والقدرة الكهربائية الأقل للنقطة الأخرى.
بسبب الشحنة النقطية:
الجهد هو القدرة المحصلة عند نقطة معينة باعتبار النقطة المرجعية الأخرى في اللانهاية. بينما الفرق الكهربائي هو الفرق في القدرة بين نقطتين على مسافات محدودة من الشحنة. يمكن التعبير عنها رياضيًا كما يلي،
إذا كنت تفضل شرحًا مرئيًا للجهد، فتحقق من الفيديو أدناه:
الجهد الشائع يعرف بأنه مستوى الجهد أو التقييم النموذجي للأجهزة أو المعدات الكهربائية.
يتم سرد قائمة بالجهد الكهربائي الشائع للاجهزة والآلات الكهربائية المختلفة أدناه.
بطاريات الرصاص الحمضية المستخدمة في السيارات الكهربائية: 12 فولت تيار مستمر. تتكون بطارية 12 فولت من 6 خلايا، حيث يكون الجهد المشترك لكل خلية هو 2.1 فولت. لاحظ أن الخلايا متصلة بشكل متسلسل لزيادة التقييم الجهد.
خلايا الطاقة الشمسية: عادة ما تنتج جهداً قدره حوالي 0.5 فولت تيار مستمر تحت ظروف الدائرة المفتوحة. ومع ذلك، غالباً ما يتم ربط عدة خلايا طاقة شمسية بشكل متسلسل لتشكيل الألواح الشمسية، والتي يمكن أن تنتج جهداً إجماليًا أعلى.
USB: 5 فولت تيار مستمر.
خطوط نقل الطاقة الكهربائية ذات الجهد العالي: 110 كيلوفولت إلى 1200 كيلوفولت تيار متردد.
خطوط الطاقة للقطارات السريعة (الجر): 12 كيلوفولت و 50 كيلوفولت تيار متردد أو 0.75 كيلوفولت و 3 كيلوفولت تيار مستمر.
مصدر الطاقة TTL/CMOS: 5 فولت.
بطارية نيكل-كاديوم قابلة لإعادة الشحن من خلية واحدة: 1.2 فولت.
بطاريات الفонаيك: 1.5 فولت تيار مستمر.
يعد الجهد الكهربائي الشائع الذي يتم توريده من قبل الشركة الموزعة للمستهلكين السكنيين:
100 فولت، تيار متردد أحادي الطور في اليابان
120 فولت، تيار متردد أحادي الطور في أمريكا
230 فولت، تيار متردد أحادي الطور في الهند وأستراليا
يعد الجهد الكهربائي الشائع الذي يتم توريده من قبل الشركة الموزعة للمستهلكين الصناعيين:
200 فولت، تيار متردد ثلاثي الطور في اليابان
480 فولت، تيار متردد ثلاثي الطور في أمريكا
415 فولت، تيار متردد ثلاثي الطور في الهند
تشمل بعض التطبيقات للجهد الكهربائي:
أحد أكثر التطبيقات شيوعاً للجهد الكهربائي هو تحديد الانخفاض في الجهد عبر جهاز أو معدات كهربائية مثل المقاومة.
يحتاج إلى زيادة الجهد الكهربائي لزيادة تصنيف الجهد. لذلك، يتم ربط الخلايا بشكل متسلسل لزيادة تصنيف الجهد.
الجهد الكهربائي هو المصدر الأساسي للطاقة لكل قطعة من المعدات الكهربائية والإلكترونية. يتم استخدام الجهد المنخفض (5 فولت) وحتى الجهد العالي (415 فولت) في تطبيقات مختلفة.
يُستخدم الجهد المنخفض عادةً لكثير من معدات الإلكترونيات وتطبيقات التحكم.
يُستخدم الجهد العالي لـ
الطباعة الكهروستاتيكية، الرسم الكهروستاتيكي، الطلاء الكهروستاتيكي للمواد
دراسة علم الكونيات للفضاء
المترسب الكهروستاتيكي (تحكم في تلوث الهواء)
مختبر الدفع النفاث
أقطاب الفراغ ذات القوة العالية
اختبار العازل الكهربائي
اختبار الأغذية والمشروبات
تطبيقات الرش الكهربائي والتدوير، التصوير الكهروضوئي
تطبيقات البلازما
استشعار المستوى
مصباح الوميض
الصوت النشط
للـاختبار المعدات الكهربائية
المصدر: Electrical4u
بيان: احترام الأصل، المقالات الجيدة مستحقة المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال لحذف.