الجهد الكهربائي
عن تحويل الجهد الكهربائي
يقيس الجهد (فرق الجهد الكهربائي) «الضغط» الذي يدفع التيار الكهربائي عبر الدارة. وهو الطاقة لكل وحدة شحنة، أي مقدار الشغل المبذول لتحريك الإلكترونات بين نقطتين. وعلى خلاف التيار الذي يحتاج إلى دارة مغلقة كي يسري، يوجد الجهد بين أي نقطتين يختلف جهدهما الكهربائي، حتى في دارة مفتوحة. فالبطارية تحافظ على الجهد بتفاعلات كيميائية، والمولّد يفعل ذلك بالحث الكهرومغناطيسي.
الوحدة في النظام الدولي هي الفولت (V)، ويُعرَّف بأنه جول واحد لكل كولوم، أي فرق الجهد الذي يمنح كولومًا واحدًا من الشحنة طاقة مقدارها جول واحد. وتمتد مستويات الجهد على مدى هائل: من الميكروفولت في الإشارات العصبية والأجهزة الدقيقة، مرورًا بالفولتات المألوفة في البطاريات والدارات المنزلية، وصولًا إلى الكيلوفولت في نقل الطاقة والميجافولت في البرق ومسرّعات الجسيمات. وفهم علاقات الجهد عبر قانون أوم (V = IR) ومعادلات القدرة (P = VI) أساس كل عمل كهربائي وإلكتروني.
يغطي محوّلنا جميع وحدات الجهد القياسية من الميكروفولت إلى الميجافولت في تطبيقات الإلكترونيات وهندسة القوى.
تحويلات شائعة للجهد الكهربائي
| من | إلى | اضرب في |
|---|---|---|
| V | mV | 1,000 |
| mV | V | 0.001 |
| V | kV | 0.001 |
| kV | V | 1,000 |
| V | μV | 10⁶ |
| μV | V | 10⁻⁶ |
| MV | kV | 1,000 |
| kV | MV | 0.001 |
| V | statV (CGS) | 0.003336 |
مرجع وحدات الجهد الكهربائي
الفولت (V) – وحدة فرق الجهد الكهربائي في النظام الدولي، ويساوي جولًا واحدًا من الطاقة لكل كولوم من الشحنة (1 V = 1 J/C). سُمّي باسم أليساندرو فولتا الذي اخترع أول بطارية حقيقية (العمود الفولتي) عام 1800. مراجع شائعة: الخلايا المفردة (1.2-3.7 V بحسب التركيب الكيميائي)، ومنفذ USB (5 V)، وأنظمة السيارات (12-48 V)، وشبكة الكهرباء المنزلية (100-240 V بحسب البلد). ويُقاس الجهد بمقياس فولت يوصل على التوازي.
الملي فولت (mV) – 1/1000 من الفولت، وهو أساسي للمجسّات والإشارات الحيوية. تنتج المزدوجات الحرارية خرجًا بمستوى الملي فولت (النوع K: نحو 40 μV/°C). إشارات تخطيط القلب: 0.5-2 mV. موجات الدماغ: 10-100 μV (0.01-0.1 mV). أقطاب pH: نحو 59 mV لكل وحدة pH. وتقيس الأجهزة الدقيقة إشارات دون الملي فولت بصورة روتينية.
الميكروفولت (μV) – 1/1,000,000 من الفولت، وهو مجال القياس الدقيق وعلم الأعصاب. تعمل إشارات تخطيط الدماغ والعضلات في هذا النطاق. وتذكر مواصفات مضخّمات الضجيج المنخفض أرضية ضجيج بالميكروفولت. كما تُحدَّد خرج مجسّات الزلازل وحساسية أجهزة الاستقبال الراديوي بالميكروفولت في الغالب. والقياس عند هذا المستوى يتطلب تدريعًا وتأريضًا دقيقين.
الكيلوفولت (kV) – 1,000 فولت، وهو المعيار في نقل الطاقة والمعدات الصناعية. تعمل خطوط التوزيع عند 4-35 kV، ونقل الجهد العالي عند 110-765 kV. وتعمل أنابيب الأشعة السينية عند 20-150 kV. بطاريات المركبات الكهربائية: 400-800 V (تقترب من نطاق الكيلوفولت). واستخدمت تلفزيونات CRT جهد 15-30 kV لتسريع الإلكترونات.
الميجافولت (MV) – 1,000,000 فولت، ويظهر في التطبيقات القصوى. صواعق البرق: فرق جهد 100-300 MV. وتبلغ مولّدات فان دي غراف عدة ميجافولت. وتستخدم مسرّعات الجسيمات الميجافولت لتسريع الأيونات. وقد تصل مرافق أبحاث الجهد العالي إلى عشرات الميجافولت. وتتطلب هذه الجهود عزلًا وتدابير سلامة استثنائية.