الجهد والطاقة الكهربائية
الجهد الكهروستاتيكي هو الشغل لكل وحدة شحنة اللازم لجلب شحنة من نقطة مرجعية، ويخزن طاقة تشكيلات الشحنة.
Definition
الجهد الكهربائي عند نقطة هو طاقة الوضع الكهروستاتيكية لكل وحدة شحنة لشحنة اختبار توضع هناك، ويُعرّف حتى ثابت إضافي؛ والمجال الكهربائي هو سالب تدرجه، وطاقة التشكيل هي الشغل المطلوب لتجميعه.
Scope
يتناول هذا الموضوع الجهد الكهروستاتيكي القياسي، وعلاقته بالمجال عبر التدرج، والأسطح متساوية الجهد، وجهد التوسعات متعددة الأقطاب، والطاقة المخزنة في توزيعات الشحنة وفي المجال نفسه. ويشمل تفسير الشغل والطاقة لفرق الجهد (الفولتية) وكثافة الطاقة للمجال الكهروستاتيكي.
Core questions
- كيف يُحصل على الجهد من المجال، والمجال من الجهد؟
- كم من الطاقة تُخزن عند تجميع توزيع شحنة؟
- أين تقيم الطاقة الكهروستاتيكية — في الشحنات أم في المجال؟
Key concepts
- الجهد القياسي
- فرق الجهد
- الفولتية
- السطح متساوي الجهد
- التدرج
- كثافة الطاقة
- توسع متعدد الأقطاب
Key theories
- الجهد كالتكامل الخطي المستقل عن المسار
- نظرًا لأن المجال الكهروستاتيكي محافظ (عديم الدوران)، فإن الشغل المبذول لتحريك شحنة بين نقطتين مستقل عن المسار ويُعرّف جهدًا قياسيًا، مع كون المجال مساويًا لسالب تدرجه.
- كثافة طاقة المجال
- يمكن التعبير عن طاقة التشكيل كتكامل للمجال التربيعي على كل الفضاء، مما يدعم التفسير بأن الطاقة تُخزن في المجال بكثافة محلية محددة تثبت أهميتها عندما تشع المجالات.
Clinical relevance
مفاهيم الجهد والفولتية أساسية في الكيمياء الكهربائية، والفيزيولوجيا العصبية (جهود الغشاء)، وتخطيط القلب الكهربائي، وتشغيل جميع الأنظمة الإلكترونية وأنظمة الطاقة.
History
دخلت دالة الجهد الفيزياء من خلال أعمال بواسون وجرين في أوائل القرن التاسع عشر حول نظرية الكهرباء، بناءً على جهد لاغرانج في الجاذبية. وقد أدى اختراع فولتا للبطارية إلى مصدر عملي لفرق جهد ثابت، وسُمي الفولت لاحقًا تكريمًا له.
Key figures
- Siméon Denis Poisson
- George Green
- Alessandro Volta
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- griffiths2017
Frequently asked questions
- لماذا يُعرّف الجهد الكهربائي حتى ثابت فقط؟
- فروق الجهد فقط هي التي لها معنى فيزيائي لأنها تتوافق مع الشغل المبذول؛ وصفر الجهد هو مسألة اصطلاح، غالبًا ما يُختار عند اللانهاية أو عند موصل مؤرض.
- هل تُخزن الطاقة الكهروستاتيكية في الشحنات أم في المجال؟
- كلا الوصفين يعطيان نفس الطاقة الكلية، ولكن التعبير عن الطاقة كتكامل لمربع المجال على الفضاء يعطي كثافة طاقة متسقة ومُعرّفة محليًا تثبت أهميتها عندما تشع المجالات.