أسباب تسرب المياه من الثلاجة

ما هو فرق الجهد الكهربائي 

ليحدث سريان للتيار الكهربائي لابد من وجود قوة مؤثرة خارجية تجبر الإلكترونات الحرة (الشحنات) على التحرك في اتجاه معين عبر الموصل. 

ويمكن أن نحصل على هذه القوة من مصادر الطاقة الكهربائية كالبطاريات والمولدات. وتسمى هذه القوة بأسماء عدة مختلفة، هي : القوة الدافعة الكهربائية، وفرق الجهد، والجهد الكهربائي، والفولتية والكمون الكهربائي.

ومع اختلاف هذه المسميات إلا إنها تقريبا متشابهة وتقاس بوحدة "الفولت"، ويرمز لها بالحرف (V). بمعني ان فرق الجهد هو القوه التي تجبر الالكترونات علي التحرك عبر الموصل مسببه التيار الكهربائي.

ما هو فرق الجهد الكهربائي

المطالع للمراجع يجد عده تعريفات لفرق الجهد تختلف قليلا ولكنها مشابهه سنورد هنا بعض التعريفات لفرق الجهد.

تعريف فرق الجهد

يعرف فرق الجهد بين نقطتين في دائرة كهربية بالجهد أو الضغط وهو الذي يسبب مرور التيار الكهربائي من إحدى النقطتين إلى الأخرى ويرمز له بالرمز (U). 

كما يعرف الجهد (U) بأنه الطاقة المبذولة لتحريك وحدة الشحنة ضد المجال بين نقطتين. ووحدة الجهد الفولت Volt ويرمز له بالرمز (V). والفولت هو الجهد الكهربي اللازم لتوصيل تيار شدته واحد أمبير في مقاومة قدرها واحد أوم ، وعند القياس يوصل جهاز القياس علي التوازي.

تعريف آخر لفرق الجهد

الجھد الكهربي یعتبر فرق الجھد بين  نقطتين في موصل هو مقدار الشغل المنجز لكي يتم نقل كولوم واحد من الشحنة من النقطة الأولى إلى النقطة الأخرى. ولذا یجب أن یتوفر فرق جھد كھربي یمثل القوة التي تدفع ھذه الشحنات إلى التحرك من مكان إلى آخر داخل الموصل. ویُرمز للجھد الكھربي بالرمز V ویقاس بوحدة الفولت ویمكن حسابها بالعلاقة التالیة:

حيث Wهي الطاقة بالجول
وQ هي الشحنه الكهربائية بالكولوم

تعريف آخر لفرق الجهد

إن تعريف فرق الجهد الكهربائي هو الشغل المبذول لنقل شحنة كهربائية من نقطة إلى أخرى فى زمن معين.
ولتوضيح هذا التعريف يمكن أن نقول أن فرق الجهـد هو القوة الدافعة التي تسبب التيار حيث هي التي تدفع الالكترونيات بداخل السلك. ووحدة قياس فرق الجهد هو الفولت ونرمز له بحرف (V).

الكمون الكهربائي (الجهد)

هو العمل المبذول لشحن جسم، على الشحنة التي بذل عليها العمل. وواحدة الكمون هي الفولت حيث: واحد فولت هي بذل عمل مقداره واحد جول على شحنة مقدارها واحد كولون.

ما يهمنا ان فرق الجهد الكهربائي ينشا عند وجود فرق في كمية الشحنات الكهربائية (الإلكترونات) بين نقطتين في دائرة كهربائية. حيث تنتقل الإلكترونات من المنطقة الغنية بالإلكترونات إلى المنطقة التي تعاني من نقص فيها.

فالبطارية مثلا، لديها طرف سالب غني بالإلكترونات الحرة، وطرف موجب فقير بها (بالإلكترونات الحرة). ومن  أجل أن تتعادل الشحنات، تتوق لإلكترونات الحرة الموجودة عند الطرف السالب لتتحرك نحو الطرف الموجب. وهذا يعني وجود فرق جهد بين الطرف الموجب والطرف السالب للبطارية. وإذا وصلنا طرفي البطارية بموصل من النحاس مثلا، فإنه يتشكل ممر للتيار بين طرفي البطارية، فتتحرك الإلكترونات الحرة من الطرف السالب إلى الطرف الموجب بفعل تأثير فرق الجهد مما یؤدي إلى الاستفادة من ھذه الطاقة الكھربیة ومرور التیار الكھربي.

ولفهم معنى مبدأ الجهد يمكننا تشبيه المنبع الكهربائي بمضخة ماء، المضخة قادرة على بذل كمية من العمل لرفع الماء إلى أعلى
نقطة محددة. 

فلكل لتر من الماء تقوم المضخة بتزويد كمية معينة من القدرة.  فإن (المضخة 2) عليها أن تبذل عملا مضاعفا لكل لتر تقوم به (المضخة1) وذلك لأن الارتفاع هو الضعف، حاصل العمل و الحجم يكون بهدا بمقدار الضعف، في حال المقارنة بالكهرباء فإن المضخة 2 لسوف يكون لها ضعف الجهد.

القوة الدافعة الكهربائية EMF

أذا كان لدينا بطارية كهربائية متصلة بمحمل خارجي(مصباح) . وفقا للاصطلاح المعروف يسري التيار الكهربائي داخل البطارية من القطب السالب إلى القطب الموجب ، أما في الحمل الخارجي ، فيسري التيار الكهربائي من القطب الموجب ذي الجهد الأعلى إلى القطب السالب ذي الجهد الأقل .

ولكي تتحرك الشحنة دورة كاملة عليها التغلب على مقاومة الحمل وعلى المقاومة الداخلية للبطارية، ولتحقيق ذلك تبذل البطارية على
الشحنة شغلا لنقلها في الدارة الكهربائية، إذ يكون عمل البطارية هو بذل الشغل اللازم لتمكين الشحنة من إتمام دورتها الكاملة فى الدارة.
فمقدار الشغل المبذول من المصدر الكهربائي لنقل شحنة موجبة اصطلاحية مقدارها واحد كولوم خلال الدارة الكلية(داخل المصدر وخارجه) يسمى القوة الدافعة الكهربائية للمصدر الكهربائي وتقاس بوحدة الفولت. 

والجدير بالذكر إن مصطلح "القوة الدافعة الكهربائية " يستخدم عادة للتعبير عن فرق الجهد بين طرفي مصدر كهربائي بدون حمل خارجي (أي في حالة عدم مرور تيار)، وذلك لتجنب احتساب هبوط الجهد على المقاومة الداخلية للمصدر الكهربائي . ويرمز للقوة الدافعة الكهربائية باللغة العربية بالأحرف (ق. د.ك)، وباللاتينية بالأحرف (E.M.F).

معلومة مهمة

إن مهمة المنبع الكهربائي أن يؤمن فرق جهد بين القطبين، فهناك خطأ شائع هو أن الإلكترونات تأتي من المنبع، وإنما الحقيقة أن المنبع يحفز الإلكترونات الحرة في نواقل الدارة لتصبح متحركة. بشكل مشابه، عندما يتم تشغيل الأجهزة الكهربائية، والتي تدعى عادة " أحمال" (مثل المصباح). هذه الأحمال لا تستخدم فعليا الإلكترونات، إنما تستخدم فقط بعض الطاقة التي تحملها الإلكترونات المتحركة.

هبوط فرق الجهد (الكمون) الكهربائي 

هبوط الكمون الكهربائي

 في الصورة السابقة عندما تهبط الإلكترونات إلى النقطة (B) فإنها تسخن القسم (A-B )من المقاومة ومقابل ذلك تخسر جزء من طاقتها الكامنة والكمون الكهربائي عند النقطة (B) سيكون حتما أقل منه في النقطة A ويمكن القول: إنه قد حصل هبوط في الكمون الكهربائي بين النقطتين ويحصل هذا الهبوط نتيجة سريان التيار (I) في المقاومة (R) ولذلك يدعى هذا الهبوط أحيانا بالهبوط الأومي (I.R) ويتم حساب قيمته بضرب شدة التيار المار في قيمة المقاومة بين النقطتين ، ويرمز للجهد بالرمز(U) ويقاس بالفولت.

وحده قياس فرق الجهد 

وحده قياس فرق الجهد (او الكمون او الضغط الكهربائي أو القوة الدافعة الكهربائية او الجهد الكهربائي) هو الفولت ونرمز له بحرف (V)وبالتعريف، فإن (1) فولت هو فرق الجهد اللازم لتحريك تيار شدته (1) أمبير عبر موصل مقاومته (1) أوم,

 وأجزاء الفولت المستخدمة في مجال الإلكترونيات هي : 

الميلي فولت :
ويرمز له بالحرفين .(mV) ويساوي ( 3- 10) فولت.

الميكروفولت:

ويرمز له بالحرفين (μV)ويساوي( 6- 10) فولت.

أما مضاعفات الفولت فهي:

"الكيلوفولت" ويرمز لها بالحرفين (KV) وتساوي (1000) فولت. والميجا فولت ويرمز لها بالحرفين (MV) وتساوي ( 6+ 10) فولت.

قياس فرق الجهد 

يقاس فرق الجهد في الدوائر الكهربائية بجهاز خاص يدعى الفولتميتر ويرمز له بدائرة بداخلها الحرف(V). ومن الجدير بالذكر
أن جهاز قياس فرق الجهد (الفولتميتر)، يجب أن يوصل على التوازي مع الحمل أو المصدر المراد قياس فرق الجهد بين طرفيه

مع اختيار نوعية الفولت المقاس 

حيث يوجد نوعان من فرق الجهد وهما :

• فرق جهد متغير (AC) :هو التيار المتغير في القيمة والاتجاه مثل الموجود او الخارج من مقبس الكهرباء في المنزل.
• فرق جهد مستمر (DC): ,هو تيار ثابت في القيمة والاتجاه فمثلا إذا كان لدينا بطارية ٣ فولت فإننا نجد أن فرق الجهد بين طرفـيها دائما ٣ فولت لا يتغـير «ثابت» . ونجد أن طرفي البطارية أحدهما يكون دائما موجب والآخر دائما سالب لا يتغيران أبدا حيث أن فكرة توليد التيار الكهربائي في البطارية هو التفاعل الكيميائي بين طرفيها ومكوناتها الداخلية ولا يوجد ملف يغير وضعه بالدوران كما في التيار المتردد وبالتالي لا يوجد تردد.

الجهود المستخدمة في الحياة العملية

لقد اتفق على توحيد الجهود المستخدمة في البطاريات. نذكر منها جهود البطاريات الجافة مثل (15) و(6) و(9) فولت، وجهود البطاريات السائلة مثل (12) فولت و (24) فولت .

تختلف جهود شبكات التيار العام من بلد إلى أخر ، فالجهود المستخدمة في معظم دول العالم بما فيها الدول العربية (220) فولت، في حين إن الجهود المستعملة في أمريكا (110)فولت، وفي بريطانيا(240) فولت. أما شبكات نقل الطاقة الكهربائية (الضغط العالي)، فيتراوح جهدها بين (380000 - 6600) فولت.

اضرار ارتفاع وانخفاض الجهد الكهربائي

لكل جهاز كهربائي قيمة جهد محددة يجب أن لا يتعداها. وتسجل عادة هذه القيمة على لوحة مواصفات الجهاز، ويسمى "الجهد المقرر أو المقنن أو الإسمي " . 

اضرار ارتفاع وانخفاض الجهد الكهربائي

فمثلا، يعمل المصباح  على جهد كهربائي (220) فولت. فعند تعرضه لجهد(400) فولت يزداد تياره إلى أكثر مما يستطيع أن يتحمل المصباح مما يؤدي إلى إتلافه. وعند تعرضه لجهد (50)فولت، لن يكون تياره كافيا لإضاءة المصباح بشكل طبيعي.

 ولذا في كثير من اعطال الأجهزة المنزلية نجد ان عنصر كهربائي بعينه قد تلف ، وفي هذه الحالة قد يكون السبب هو ارتفاع الجهد عن المقنن.

 بمعنى ان الخامة المصنوعة منها العنصر تتحمل فولتيه محدده فاذا زادت عن الحد تلف العنصر، وليس كما يعتقد البعض ان السبب هو الامبير، فزياده كلاهما ضار.

اما الانخفاض في الفولت نتعرف عليه من ضعف أداء الجهاز. فمثلا تكون الشكوى ان الخلاط او الغسالة لا تستطيع ان تدور بالشكل المعتاد، ومع الكشف يتبين ان هناك هدر للفولتية او حمل موصل علي التوالي مع عنصر الحركة، ومن ثم عند وجود عطل عدم عمل الجهاز بكفاءة يجب التأكد أولا من أن فرق الجهد المطبق مساوي لفرق الجهد المقنن.