عندما يكون فرق الجهد صفراً. الموضوع: ما هو الجهد الكهربائي وفرق الجهد؟ طاقة التفاعل بين شحنتين

باستخدام الإمكانات، يمكنك التعبير عن العمل كفرق محتمل. يتمتع مجال القوة بإمكانية فريدة عندما يتضمن العمل تحريك الكتلة بين نقطتين وبغض النظر عن المسار المتخذ. إذا كانت إمكانات المجال تعتمد فقط على الموقع، فإن الشغل المبذول على المسار المغلق يكون صفرًا. في هذه الحالة، يمكن أيضًا الحصول على مجال القوة بشكل لا لبس فيه من الإمكانات، وينطبق ما يلي.

بالإضافة إلى مفهوم الإمكانات، هناك مفهوم الطاقة الكامنة. وهذا لا يؤثر على حجم الفرق المحتمل. لتبسيط الحسابات، الموقع الذي الإمكانات يساوي الصفر. على سبيل المثال، الطاقة الكامنة في مجال الجاذبية بالنسبة لمستوى سطح البحر. لوصف حركة الكواكب، من الأفضل أن نجعل الجهد عند اللانهاية يساوي الصفر. وباستخدام مثال مجال الجاذبية النيوتوني، يجب توضيح هذه المصطلحات.

لذا فإن الإمكانات

في هذه الحالة، خطوط الجهد الثابت - ما يسمى بخطوط ثنائية الجهد - هي دوائر. وبما أن مستوى سطح البحر يمثل توازنا طبيعيا، فهو نقطة مرجعية جيدة لحل المشاكل المتعلقة بالأرض. وفي هذه الحالة، تكون الطاقة الكامنة سلبية. على سبيل المثال، لوصف حركة الكواكب. تم العثور على تطبيق مهم أيضًا في الكهرباء الساكنة فيما يتعلق بإمكانات كولوم.

إذا نظرنا إلى الأمر من وجهة نظر أبسط، يمكننا أن نعتقد ذلك الحقل الكهربائييخلق منطقة تأثير حيث تتمتع كل نقطة من نقاطها بخاصية جلب الطاقة الكامنة إلى أي حمل يقع بداخلها.

ومن هذا المنطق، يتم إنشاء كمية عددية جديدة من المجالات الكهربائية، تسمى الجهد الكهربائي، وتمثل طاقة الوضع الكهروستاتيكية التي تكتسب وحدة ذات شحنة موجبة إذا وضعناها عند تلك النقطة.

تمثل الإمكانات الكهربائية عند نقطة ما في مساحة المجال الكهربائي الطاقة الكهربائية الكامنة التي تكتسبها خلية ذات شحنة موجبة موجودة في تلك النقطة. حقيقة أن جميع الكميات عددية تجعل من السهل دراسة المجال الكهربائي.

الإمكانات الكهربائية الناتجة عن شحنة نقطية

إذا نظرت عن كثب إلى التعبير، سوف تفهم ذلك. إن الإمكانات الكهربائية مستقلة عن حمل التحكم الذي نقدمه لقياسه.

الإمكانات الكهربائية الناتجة عن الأحمال متعددة النقاط

إذا لم تكن هناك شحنة، فإن الطاقة الكامنة والإمكانات الكهربائية صفر. . إذا تم إنشاء مجال كهربائي بواسطة عدة شحنات نقطية، فإن الإمكانات الكهربائية عند نقطة واحدة تتبع مبدأ التراكب.

فرق الجهد الكهربائي

ترتبط هذه القيمة ارتباطًا وثيقًا بـ عمل كهربائي. إذا طبقنا تعريف الإمكانات الكهربائية، نحصل على.

الإمكانات الكهربائية وحركة الأحمال

إذا تم تحليل التعبير عن الفرق المحتمل بعناية. تنتقل الشحنات الموجبة من المناطق ذات الإمكانات الكهربائية العالية إلى المناطق ذات الإمكانات الكهربائية المنخفضة. تنتقل الشحنات السالبة من المناطق ذات الإمكانات الكهربائية المنخفضة إلى المناطق ذات الإمكانات الكهربائية الأعلى. مع الأخذ في الاعتبار أنه عند دراستها في قسم شدة المجال الكهربائي، تتحرك الشحنات الموجبة في اتجاه الشدة المحددة، فإن شدة المجال الكهربائي تتدفق دائمًا من المناطق ذات الجهد العالي إلى المناطق ذات الجهد الأقل.

تشير قوة المجال الكهربائي دائمًا إلى انخفاض الإمكانات. الفرق المحتمل بين نقطتين في الدائرة. يظهر إميليو أمام المنزل كجار بشعر مبلل. يحمل بين يديه مجففًا: "إميليو، هل تفهم المجففات؟" يقف إميليو في البداية ساكنًا، لكنه يتذكر فجأة دراساته النظرية في الهندسة الكهربائية. المجفف مرة أخرى وبواسطة العداد يقيس الجهد الذي يصل إلى المحرك.

جارك عصبي. ما حدث لك؟ أيمكنك إصلاح هذا؟ يواصل إميليو التفكير والابتسام: هل سأكون أحمق؟ لقد ضغط عليها، يود أن يبدو جيدا مع جاره. ابتسم إيميليو، واكتشف مكان المشكلة: سدادة الشوكة. افتحه وتأكد من فصل الكابل. إميليو حل المشكلة.

لكي يعمل أي جهاز كهربائي، يحتاج كل مكون من مكونات الجهاز نفسه إلى جهد كهربائي. وفي حالات أخرى، يكون لبعض المكونات جهد أقل أو فرق محتمل. في هذا القسم الأخير، سوف نتعلم كيفية حساب فرق الجهد بين أي نقطتين في الدائرة الكهربية. هذا القسم مهم للإصدارات اللاحقة. أنت جاهز؟ دعنا نذهب!

لنبدأ بجزء الدائرة الواقع بين النقطتين. علينا أن ننظر إلى اتجاه التيار والعناصر المختلفة للدائرة. إذا بدأنا من النقطة أ وقمنا بتطبيق مبدأ حفظ الطاقة، فيجب علينا ذلك. ولذلك يمكننا أن نقول ذلك. يجب عليك أيضًا أن تضع في اعتبارك أن فرق الجهد بين قطبي المولد أقل من القوة الدافعة الكهربائيةوذلك بسبب مقاومتها الداخلية.

وبالمثل، فإن فرق الجهد بين أطراف جهاز الاستقبال أعلى من القوة الدافعة الكهربائية الخلفية. بالنظر إلى الدائرة التالية، التي لن نأخذ فيها بعين الاعتبار المقاومة الداخلية للعناصر، قم بالحساب. يجب أن تتذكر قانون أوم. تحتاج إلى توضيح العلاقة بين المولدات.

يُنظر إلى اللانهاية على أنها نقطة مرجعية حيث تكون الطاقة الكامنة صفرًا. فكر في مساحة يوجد فيها مجال كهربائي، ولدينا شحنة كهربائية موجبة عند اللانهاية. وهذا يشبه ضغط الزنبرك، لأننا إذا أطلقنا شحنة كهربائية، فإنها تعود إلى ما لا نهاية تحت تأثير المجال الكهربائي وتستهلك الطاقة المخزنة. يتم تعريف الإمكانات على أنها الطاقة المخزنة لكل وحدة شحنة كهربائية.

ومما سبق نستنتج أن وجود مجال كهربائي يؤدي إلى فرق جهد، وأيضا فرق الجهد يؤدي إلى مجال كهربائي. عند دراسة الجهد في النقطة السابقة، نلاحظ أن فرق الجهد يؤدي إلى الإزاحة الشحنات الكهربائية.

يطلق عليه موصل لأي مادة تسمح بإزاحة الشحنات الكهربائية. إذا كان لدينا عنصر موصل وطبقنا فرق الجهد بين طرفيه، فسنحصل على إزاحة للشحنات الكهربائية. ويسمى التيار الكهربائي بكمية الشحنات الكهربائية التي تعبر المقطع العرضي للموصل في وحدة الزمن، وبالتالي بالقيم اللحظية التي لدينا.

وحدة قياس التيار الكهربائي تسمى أمبير. يمكن أن يتحرك الحمل على الموصلات ببعض الحرية. مقدار الشحنة المتدفقة عبر موصل لكل وحدة زمنية تيار. أولئك المسؤولون عن الحفاظ على التيار في الدائرة الكهربائية هم مولدات كهربائية، والتي تزود الدائرة بالطاقة اللازمة للقيام بذلك. هناك قانونان ذوا طبيعة تجريبية، اكتشفهما أوم وجول، يوفران على التوالي علاقات معينة تسهل ذلك دراسة علميةالتيار الكهربائي.

من الخصائص الأساسية للموصلات، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية، أنها تشحن جسيمات يمكنها التحرك بحرية تحت تأثير المجالات الكهربائية. عندما يتلامس موصل مفرغ مع جسم مشحون، يحدث انتقال للشحنة من جسم إلى آخر تحت تأثير القوى الكهربائية. إذا تم عزل كليهما، فإن حركة الأحمال الحرة ستستمر لبضع لحظات، وسيجد نظام الحمل تكوينًا متوازنًا حيث تلغي القوى الكهربائية المؤثرة على كل شحنة بعضها البعض.

هذا ما يحدث عندما يتم توصيل سلك معدني من أحد طرفيه بطرف واحد فقط من أطراف البطارية. في هذه الحالة، يسمى الجزء من الفيزياء الذي يدرس هذا النوع من حركة الشحنات الكهربائية عبر الموصل بالحركية الكهربائية.

الأحمال المتحركة والتيار الكهربائي. ومن حيث الجهد، يمكننا القول أنه من أجل الحفاظ على تيار كهربائي، يجب أن يكون هناك فرق جهد ثابت بين طرفي الموصل. إذا أدى ذلك إلى تقليل تأثير دوران الشحنة، يصبح المجال الكهربائي صفرًا ويتوقف عن الحركة. هذا هو الموقف الذي يتوافق مع تحولات الحمل التي تحدث عندما يتم شحن موصل معزول أو تفريغه كهربائيًا.

بسبب سهولة استخدامه في الحركية الكهربائية، يُستخدم مفهوم فرق الجهد، ويسمى أيضًا الجهد الكهربائي، لوصف خصائص المجال داخل الموصل، لأنه يعتمد على حركة الشحنات الحرة من نقطة إلى أخرى لا يعتمد مقدار التيار الكهربائي على إشارة فرق الجهد فحسب، بل يعتمد أيضًا على إشارة العناصر الحاملة أو الشحنات المتحركة الموجودة في الموصل.

في الموصل المعدني، تكون حاملات الشحنة عبارة عن إلكترونات، وبالتالي فإن إزاحتها تحدث من نهاية الموصل إلى الجهد الأدنى إلى الحد عند القوى الأعلى أو على شكل إشارات من القطب السالب إلى القطب الموجب. في المحلول الملحي، تكون حاملات الشحنة أيونات موجبة وسالبة؛ وعندما يتعرض هذا الانحلال لفرق جهد ثابت، مثل ذلك الذي يحدث بين أطراف الخلية، تتولد حركات الحركة في اتجاهين متعاكسين؛ سيتم إزاحة الشحنات الموجبة عن طريق إذابة طرف الجهد الأعلى من القطب الموجب للمكدس إلى القطب السالب، وكذلك الجهد السالب في الاتجاه المعاكس.

ويحدث شيء مشابه في البيئة الغازية المتأينة، مثل تلك التي يتم الحصول عليها داخل أنبوب الفلورسنت أو النيون، والتي تخضع لفرق جهد شديد. كان بنجامين فرانكلين أول من قام بتعيين الإحساس بالتيار الكهربائي المنتشر في الموصلات المعدنية. واقترح أن هذه كهرباء موجبة تتحرك مثل السائل الرقيق داخل الموصل. ووفقا لهذا الافتراض، كهرباءسوف تنتقل من القطب الموجب إلى القطب السالب .

وبعد أكثر من قرن من الزمان، أظهرت النظرية الذرية الحديثة أن الإلكترونات هي حاملات للشحنة في المعادن، بحيث تبين أن المعنى الحقيقي للتيار هو عكس ما طوره فرانكلين تمامًا. لأسباب تاريخية، وبالنظر إلى أن اتجاه تدفق التيار في علم الحركة الكهربائية لا يهم كثيرًا، فإن فرضية فرانكلين لا تزال مقبولة بشكل عام. ومع ذلك، في مجالات أخرى من الفيزياء، مثل الإلكترونيات، فإن التمييز بين الاثنين مهم.