فولت أو فولت: المفهوم والصيغ ، التكافؤ ، الأمثلة - جسدي - بدني - 2025

و فولت أو فولت هي وحدة تستخدم في النظام الدولي للوحدات SI للتعبير عن الجهد والجهد الكهربائي، واحدة من مقادير الرئيسية للكهرباء. يقوم الجهد بالعمل اللازم لبدء الشحنات الكهربائية وبالتالي إنشاء تيار. التيار الكهربائي ، الذي ينتقل عبر الموصلات ، قادر على بدء تشغيل المحركات ، ونقل المعلومات ، وطرق الإضاءة والمنازل ، وغير ذلك الكثير.

تم اختيار اسم فولت كوحدة ، تكريما لأليساندرو فولتا (1745-1827) ، الفيزيائي والكيميائي الإيطالي الذي اخترع البطارية الكهربائية حوالي عام 1800. في ذلك الوقت ، كان عالم التشريح لويجي جالفاني قد تحقق من أن أرجل الضفادع يمكن أن تكون التعاقد عن طريق تطبيق الكهرباء. فولتا ، على علم بهذه النتائج ، بدأ أيضًا في البحث عن الشحنات الكهربائية في أنسجة الحيوانات باستخدام مكشاف كهربائي.

الشكل 1. مجموعة متنوعة من بطاريات AA ذات الجهد الاسمي 1.5 فولت ، وتستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الصغيرة ، مثل أجهزة الراديو والكاميرات والمصابيح اليدوية والألعاب. المصدر: Pixabay.

ومع ذلك ، لم يجد فولتا ما كان يبحث عنه في المواد العضوية ، وكان مقتنعًا أخيرًا أن الشحنات الكهربائية كانت ، بطريقة ما ، في المعادن التي لمس بها أرجل الضفدع.

الشكل 2. صورة اليساندرو فولتا. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

أدرك فولتا أيضًا أن معدنين مختلفين ينتجان فرقًا في الجهد وأن بعض التوليفات كانت أفضل من غيرها. هكذا بنى أول بطارية: صفائح من اللباد مبللة في محلول ملحي بين قطبين من الفضة والزنك. قام بتجميع العديد من هذه الطبقات وبالتالي كان قادرًا على إنتاج تيار كهربائي مستقر.

المفهوم والصيغ

في عام 1874 ، تم اعتماد الفولت مع أوم كوحدات للجهد والمقاومة على التوالي ، من قبل لجنة من الجمعية البريطانية لتقدم العلوم (BAAS) المكونة من علماء بارزين من جميع أنحاء العالم.

في ذلك الوقت ، كانت تسمى "الوحدات العملية" وهي اليوم جزء من النظام الدولي للوحدات أو SI.

في معظم الأدبيات ، يُعرَّف فرق الجهد على أنه طاقة لكل وحدة شحنة. في الواقع ، إذا كانت لديك شحنة كهربائية في منتصف مجال كهربائي ناتج عن شحنة أخرى ، فأنت بحاجة إلى القيام ببعض الأعمال لجعلها تنتقل من مكان إلى آخر.

يتم تخزين العمل المنجز في تكوين الشحنات كتغيير في طاقة الوضع الكهربائي الخاصة بهم ، والتي سنسميها ∆U. يشير الرمز ∆ إلى هذا التغيير أو الاختلاف ، حيث أن ∆U = _نهائي U - _الأولي.

بهذه الطريقة ، يتم تعريف فرق الجهد بين النقطتين ∆V على النحو التالي:

بما أن الطاقة تحتوي على وحدات جول (J) والشحنة تأتي في كولوم (C) ، فإن الجهد 1 فولت (V) يساوي 1 جول / كولوم:

وهكذا ، فإن 1 فولت يساوي فرق جهد يقوم بشغل 1 جول لكل كولوم.

تعريف بديل للفولت

هناك طريقة أخرى لتعريف الفولت وهي ربط التيار الكهربائي والطاقة. بهذه الطريقة ، 1 فولت (V) هو فرق الجهد بين نقطتين من السلك الذي يتدفق من خلاله تيار 1 أمبير (A) إذا كانت القدرة المشتتة 1 واط (W). هكذا:

هذا التعريف مهم لأنه يتضمن شدة التيار الكهربائي ، وهو أحد المقادير الأساسية للفيزياء. لذلك ، الأمبير ينتمي إلى مجموعة الوحدات الأساسية السبع:

من الممكن التحقق من أن كلا التعريفين متكافئان ، مع العلم أن 1 واط يساوي 1 جول / ثانية و 1 أمبير هو 1 كولوم / ثانية ، وبالتالي:

تلغى الثواني ، ويبقى J / C ، ما يعادل 1 نيوتن. متر / كولوم. لذلك يتم التعبير عن 1 فولت أيضًا على النحو التالي:

قانون أوم

بالنسبة لبعض المواد ، يتم استيفاء علاقة خطية بين الجهد (V) والتيار (I) والمقاومة الكهربائية (R) للمادة ، وهو ما يُعرف باسم قانون أوم. بهذا الشكل:

نظرًا لأن وحدات المقاومة الكهربائية هي أوم (Ω) ، فقد اتضح أن 1 فولت = 1 أ

المعادلات

لقياس الفولتية ، يتم استخدام المتر المتعدد أو الفاحص والذبذبات بشكل أساسي. الأول يوفر قياسًا مباشرًا للجهد والثاني به شاشة لعرض شكل الإشارة وقيمتها.

الشكل 3. جهاز رقمي متعدد يستخدم لقياس الكميات الكهربائية المختلفة. المصدر: Pixabay.

من الشائع إيجاد قيم أعلى أو أقل بكثير من الفولت ، لذلك من المفيد الحصول على التكافؤ بين المضاعفات والمضاعفات الفرعية:

-1 كيلو فولت = 1000 فولت

-1 الميليفولت (السيارات) = 10 ^-3 V

-1 مكروفولط (μV) = 10 ^-6 V

أمثلة

الفولتية في علم الأحياء

يوجد في القلب منطقة تسمى العقدة الجيبية ، والتي تتصرف مثل البطارية عن طريق توليد نبضات كهربائية تحفز نبضات القلب.

يتم الحصول على الرسم البياني نفسه عن طريق مخطط كهربية القلب ، والذي يقدم قيم دورة القلب: المدة والسعة. بفضل هذا ، يمكن اكتشاف التشوهات في عمل القلب.

تتراوح القيم النموذجية لإمكانات الغشاء ، داخل القلب ، ما بين 70-90 مللي فولت ، في حين أن مخطط كهربية القلب قادر على تسجيل الفولتية بترتيب 1 مللي فولت.

الشكل 4. يسجل مخطط كهربية القلب النشاط الكهربائي للقلب. المصدر: Pixabay.

يعمل الجهاز العصبي أيضًا بواسطة النبضات الكهربائية. يمكن قياس الفولتية التي تبلغ حوالي 70 مللي فولت في أعصاب الإنسان.

الفولتية على الأرض

للأرض مجالها الكهربائي الموجه نحو باطن الكوكب ، وبهذه الطريقة يُعرف أنها سالبة الشحنة. بين السطح والطبقات العليا من الغلاف الجوي توجد حقول يتراوح حجمها بين 66-150 N / C ، ويمكن تحديد اختلافات محتملة تصل إلى 100 كيلو فولت.

من ناحية أخرى ، تسمح التيارات الطبيعية التي تتدفق في باطن الأرض بتحديد خصائص التضاريس من خلال استخدام الطرق الكهربائية في الجيوفيزياء. يتكون الاختبار من إدخال أقطاب كهربائية في الحقل ، واثنان للجهد واثنان للتيار وقياس الأقدار المعنية.

من خلال تغيير تكوين الأقطاب الكهربائية بطرق مختلفة ، من الممكن تحديد مقاومة الأرض ، وهي خاصية تشير إلى مدى سهولة أو صعوبة تدفق التيار في مادة معينة. اعتمادًا على القيم التي تم الحصول عليها ، يمكن الاستدلال على وجود شذوذ كهربائي ، مما قد يشير إلى وجود معادن معينة في باطن الأرض.

الفولتية في الأجهزة شائعة الاستخدام

- شبكة الكهرباء المنزلية (جهد متناوب): 110 فولت في أمريكا و 220 في أوروبا.

- شمعات الإشعال في السيارة: 15 ك

-بطارية السيارة: 12 فولت

- بطارية جافة للعب والمصابيح الكهربائية: 1.5 فولت

- الفولتية في بطارية الهاتف الذكي: 3.7 فولت.

المراجع

1. اللجنة الكهرتقنية الدولية IEC. خلفية تاريخية. تم الاسترجاع من: iec.ch.
2. Griem-Kee، S. 2016. الطرق الكهربائية. تم الاسترجاع من: geovirtual2.cl.
3. كيركباتريك ، ل. 2007. الفيزياء: نظرة على العالم. 6 ^t اختصار التحرير. سينجاج ليرنينج.
4. Knight، R. 2017. الفيزياء للعلماء والهندسة: نهج إستراتيجي.
5. كتاب حقائق الفيزياء. المجال الكهربائي على الأرض. تم الاسترجاع من: hypertextbook.com.
6. ويكيبيديا. تخطيط القلب الكهربي. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.
7. ويكيبيديا. الحجم المادي. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.