الباب الثالث الجهد الكهربي Electric Potential

المجالات المحافظة عند رفع جسم كتلته m من النقطة B إلى النقطة A في مجال الجاذبية الأرضية g على ارتفاع h من سطح الأرض فإنه يكتسب مقداراً من طاقة الوضع (يساوي mgh)، ويكتسب الجسم طاقة الوضع هذه نتيجة لوضعه بالنسبة للأرض، على ارتفاع h من سطحها ( شكل 1-3،a). شكل 1-3

و بالمثل عند وضع شحنة كهربائية q في مجال كهربائي E فإن الشحنة تكتسب مقداراً من الطاقة يعتمد على وضعها بالنسبة لما حولها من شحنات، يسمى باسم طاقة الوضع الكهربائية ((Electric potential energy) شكل1-3،b).

يبين الشكل التالي طاقة وضع جسم m موجود بالقرب من سطح الأرض a Ua m h مجموع طاقتي الحركة والوضع يساوي مقدار ثابت وهو الطاقة الكلية للنظام Ub b x g r1 قانون الشغل – الطاقة يعني أن : r2 أي أن الشغل المبذول يساوي التغير في طاقة الحركة

نجد أن Wab اللازم لنقل الجسم m من نقطة a إلى b يعطى بالعلاقة حيث h المسافة بين نقطتي (a,b) بالمثل فإن الشغل اللازم لنقل الشحنة q من نقطة a إلى نقطة b يعطى بالعلاقة :

مما سبق نستطيع استنتاج أن :

المجالات المحافظة عندما تؤثر قوة F على جسم فتحركه من نقطة a إلى نقطة b فإن الشغل المبذول بواسطة هذه القوة تعطى بالعلاقة: بصورة عامة يعتمد الشغل المبذول على : كل من نقطتي البداية والنهاية . المسار الذي يسلكه الجسم . القوى المحافظة Conservative Forces : هي القوى التي يعتمد الشغل المبذول بواسطتها على نقطتي البداية والنهاية فقط , مثل قوة الجاذبية الأرضية.

طاقة الجهد الكهربي Electrical Potential Energy الشغل يعطى بالعلاقة : القوة هنا هي القوة الكهربية بين q , Q حيث : الشغل هنا لا يعتمد على المسار وإنما يعتمد فقط على r1 و r2

بصورة عامة فإن طاقة الجهد الكهربي لشحنة q تقع على بعد قدره r من الشحنة Q المسببة للمجال تعطى بالعلاقة حيث تقدر هذه الطاقة بالجول

طاقة الجهد الناتجة عن عدة شحنات Q1 X r1 r2 X r3 التجميع هنا على كل شحن بإشارتها إي أن الجمع هنا جمع جبري X Q2 Q3

الجهد الكهربي الجهد الكهربي : هو طاقة الجهد الكهربي لوحدة الشحنة ويرمز لها بالرمز V حيث الجهد هنا كمية قياسية وهو موجب إذا كانت الشحنة موجبة وسالب إذا كانت الشحنة سالبة

فرق الجهد بين نقطتين يعرف فرق الجهد بين نقطتين : بأنه الشغل المبذول لنقل وحدة الشحنة من إحدى النقطتين إلى النقطة الأخرى

الجهد الكهربي والمجال الكهربي يمكن ايجاد العلاقة بين الجهد والمجال الكهربائي كالتالي: تعطي هذه المعادلة فرق الجهد بين نقطتين بدلالة شدة المجال الكهربي حولهما

الجهد عند نقطة بدلالة المجال الكهربي عندها تعريف الجهد عند نقطة : هو الشغل المبذول لنقل وحدة الشحنة من مالانهاية إلى هذه النقطة.

انحدار الجهد Potential Gradient يعرف المقدار (بانحدار الجهد ومن ثم يمكن هنا تقدير E بوحدة فولت \ متر V/m

السطوح المتساوية الجهد Equipotential Surfaces السطح متساوي الجهد: يعرف السطح متساوي الجهد على أنه سطح مكون من مجموعة من النقاط يتساوى عند كل منها الجهد الكهربي وينتج عن ذلك أن طاقة الجهد الكهربي لجسيم مشحون عند جميع نقاط السطح المتساوي الجهد متساوية ومن ثم فإنه ينعدم الشغل الكهربي اللازم لتحريك الجسيم المشحون على هذا السطح وهذا يعني أن اتجاه المجال الكهربي عند أي نقطة على السطح المتساوي الجهد يجب أن يكون عمودياً على هذا السطح وبالتالي فإن خطوط القوى الكهربي والسطوح متساوية الجهد تتعامد كل منهما على الأخرى. VB – VA = zero

V1 V3 V2 V4 E q + (جـ) -   شكل (3-3) ( أ ) (ب)