أوراق عمل وحدة الجهد الكهربائي

طاقة الوضع الكهربائية

يتضمن الملف المرفق أوراق عمل تعليمية حول وحدة الجهد الكهربائي، تبدأ بمناقشة طاقة الوضع الكهربائية. يوضح الملف أن القوة الكهروستاتيكية وقوة الجاذبية تعتبران من القوى المحافظة. يتم تعريف التغير في طاقة الوضع الكهربائية (ΔU) من خلال العلاقة ΔU = Uf - Ui = -We، حيث يمثل We الشغل الذي تبذله القوى المحافظة، مؤديًا إلى نقص في طاقة الوضع. كما يُشار إلى أن الشغل المبذول بواسطة قوى محافظة لا يعتمد على المسار، وتُعتبر النقطة المرجعية هي المستوى الذي تكون عنده طاقة الوضع الكهربائية مساوية للصفر.

حالة الشحنة في مجال كهربائي منتظم

يتناول الملف حالة شحنة (q) حرة الحركة موضوعة في مجال كهربائي منتظم. يتم استعراض القوانين المتعلقة بالشغل المبذول من القوة الكهربائية (W = F.d) والعلاقة بين شدة المجال والقوة الكهربائية (F = qE). كما يوضح الملف أن الشغل المبذول من المجال الكهربائي يُحسب بالعلاقة W = qEd cosθ، بينما التغير في طاقة الوضع الكهربائية يُعطى بالعلاقة ΔUe = -qEd cosθ، حيث تمثل θ الزاوية المحصورة بين اتجاه المجال واتجاه إزاحة الشحنة. يتم أيضًا مقارنة ذلك بكتلة (m) موضوعة في مجال الجاذبية الأرضية، حيث يؤدي تحرك الكتلة باتجاه سطح الأرض إلى نقص في طاقة وضعها وفق العلاقة ΔU = -mgh.

ثنائي القطب في مجال كهربائي منتظم

يستعرض الملف حالة ثنائي القطب في مجال كهربائي منتظم، موضحًا أن محصلة شحنة ثنائي القطب تساوي صفراً، وبالتالي فإن الشغل المبذول لتحريكه عبر مجال كهربائي منتظم يساوي صفراً. ومع ذلك، نظرًا لوجود عزم دوران، يمكن لثنائي القطب تخزين طاقة وضع تُحسب بالعلاقة U = -pE cosθ = -p.E. وتكون طاقة الوضع في قيمتها الصغرى (تساوي صفراً) عندما يكون عزم ثنائي القطب موازياً للمجال الكهربائي (θ = 0).

تعريف الجهد الكهربائي

يُعرف الجهد الكهربائي (V) بأنه مقدار طاقة الوضع الكهربائية المختزنة في شحنة موضوعة في مجال كهربائي (V = U/q). الجهد كمية قياسية تُقاس بالفولت (V)، وهو ما يكافئ J/C. يوضح الملف أن فرق الجهد الكهربائي (ΔV) يُحسب دائماً بين نقطتين، حيث يُعرف بأنه التغير في طاقة الوضع الكهربائي للشحنة، ويُعبر عنه بالعلاقة ΔV = ΔU/q. كما يُربط فرق الجهد بالشغل المبذول من المجال الكهربائي (ΔV = -We/q). يتطرق الملف أيضاً إلى العلاقة بين الطاقة الحركية وطاقة الوضع (ΔK = -ΔU = -qΔV) ومفهوم الإلكترون فولت (eV) كطاقة يكتسبها بروتون متسارع عبر فرق جهد قدره فولت واحد.

سطح تساوي الجهد والبطاريات ومولد فان دي غراف

يوضح الملف أن سطح تساوي الجهد في المجال المنتظم يكون عبارة عن مستويات عمودية على خطوط المجال، حيث يكون الجهد متساوياً عند جميع النقاط الواقعة على هذا المستوى، وفرق الجهد بين أي نقطتين عليه يساوي صفراً. كما يتناول الملف البطاريات كمصدر للجهد الثابت، موضحاً مكوناتها البسيطة من نصفي خلية ومادة إلكتروليتية، وكيفية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. أخيراً، يشرح الملف عمل مولد فان دي غراف الذي يولد جهوداً كهربائية كبيرة باستخدام التفريغ الهالي (كورونا) وتراكم الشحنات على قبة فلزية، بالإضافة إلى معجل فان دي غراف الترادفي المستخدم في دراسة العمليات الفيزيائية عبر تسريع الأيونات باستخدام جهود عالية.

ملاحظة: قد يتضمن الملف المرفق محتويات تعليمية وتدريبات وموضوعات إضافية متنوعة لم تُذكر في هذا المقال.