الدرس 19 : الفرق بين الجهد الكهربائي و التوتر الكهربائي

الفرق بين الجهد الكهربائي و التوتر الكهربائي

بسم الله الرحمان الرحيم

وصلى الله وسلم على مولانا رسول وعلى آله وصحبه أجمعين

تطبيقات الصمام الثنائي

الجزء الأول: الفرق بين الجهد الكهربائي و التوتر الكهربائي

قبل أن نشرع في عمل تطبيقات للصمام الثنائي، من الضروري والمهم جدا، ومن أجل تحليل الدارات الكهربائية و دراستها، معرفة منحى التيار الكهربائي المرتبط بفرق الجهد بين مختلف نقاط الدارة الكهربائية. من أجل ذلك، نعود بكم إلى تعريف التوتر الكهربائي الذي عرضناه في موضوع سابق: تعريف الكهرباء المتحركة.

إن مرور التيار الكهربائي في دارة كهربائية من نقطة A إلى نقطة B، ناتج عن فرق الجهد الكهربائي بينهما. نقول أن هناك توترا كهربائيا بين هاتين النقطتين نرمز إليه بـ Uab.

من خلال هذا التعريف مررنا على عبارتين: الأولى هي الجهد الكهربائي، والثانية هي التوتر الكهربائي. كلنا نعتقد أن العبارتين لهما نفس المعنى لكن في الحقيقة هي مختلفة. فما هو الجهد الكهربائي والتوتر الكهربائي؟

للإجابة على هذا السؤال، نقوم بتصميم هاته الدارة الكهربائية البسيطة. وهي مكونة من موصل أومي وعمود كهربائي ذي توتر 1.5V

في النقطة A لا يصح القول، بأن التوتر يساوي 1.5V، بل الأصح أن نقول أنه يوجد في هذه النقطة جهد كهربائي هو Va=1.5V، نفس الشيء للنقطة B حيث يوجد جهد Vb=0V. أما التوتر بين مربطي الموصل الأومي فهو فرق الجهد بين النقطتين A و B. فنكتب

يعني

معناه أن الجهد الكهربائي يطلق على نقطة من نقط الدارة الكهربائية. أما التوتر فهو فرق الجهد بين نقطتين من نقط الدارة الكهربائية.

لتفسير أوضح نقوم بتميم هاته الدارة المكونة من عمود كهربائي ومقاومتين ومصباح.

لمعرفة الجهود في النقط A و B و C و D نستعين بفولطمتر. لقياس الجهد في النقطة A نقيس أولا التوتر بين النقطتين A و D. لذلك نربط مجسات الفولطمتر الأحمر والأسود مع النقطتين A و D على التوالي (الصورة أعلاه). يشير الجهاز إلى القيمة 12V أي أن التوتر

يعني أن

لمعرفة قيمة الجهد Va يجب معرفة الجهد Vd أولا. وبما أن النقطة D متصلة مباشرة مع القطب السالب للعمود، فإن الجهد Vd يأخذ نفس جهد القطب السالب للعمود، الذي يساوي 0V. هذه القيمة 0V تعتبر مرجعا في الحسابات. حيث جميع جهود النقط المتصلة بالقطب السالب لأي مولد كهربائي تساوي 0V.

إذن لدينا

وحيث أن

فإن

إذن الجهد في النقطة A يساوي 12V.

لقياس التوتر بين النقطتين B و D، نربط المجس الأحمر للفولطمتر بالنقطة B ونترك المدخل الآخر كما هو.

يشير جهاز القياس إلى أن التوتر

يعني

وكما نعلم أن

فإن

وبنفس الطريقة سنجد أن الجهد في النقطة C يساوي 0.8V

في هاته الخطوة حددنا الجهود في النقط A و B و C وذلك بالاستعانة بجهاز القياس الفولطمتر. طبعا يمكن لنا إيجاد تلك الجهود بطرق حسابية دون الاستعانة بالجهاز القياس، إلا أن هذا الأخير يعطي نتائج سريعة.

حساب التوتر بين مختلف مرابط عناصر الدارة الكهربائية.

1- التوتر Uab بين مربطي المقاومة R1

نعلم أن

وبما أن

فإن

أي

2- التوتر Ubc بين مربطي المصباح

لدينا

نعلم أن

إذن

يعني أن

وبنفس الطريقة سنجد أن التوتر بين مربطي المقاومة R2 هو

للتحقق من هاته النتائج نستعين بثلاث أجهزة فولطمتر مركبة على الشكل في الصورة أسفله. فنجد أن القياسات التي تشير إليها أجهزة القياس هي نفسها قيم التوترات التي قمنا بحسابها.

إن مرور التيار الكهربائي في دارة كهربائية من نقطة A إلى نقطة B ناتج عن فرق الجهد الكهربائي بينهما.

أي أنه ليمر التيار في المنحى من A إلى B يجب أن يكون الجهد في النقطة A أكبر قطعا من الجهد في النقطة B.

حيث أن التيار ينتقل دائما من الجهد المرتفع نحو الجهد المنخفض. ويمكن تشبيهه بمستوى الماء الذي يتجه دائما نحو المنحدرات.

هذه قاعدة هامة يجب أن تحفظ عن ظهر قلب: منحى التيار الكهربائي دائما يكون من الجهود الكبيرة نحو الجهود الصغيرة. و إذا كان الجهد Va يساوي الجهد Vb، فإنه لن يمر أي تيار كهربائي لا من A إلى B ولا من B إلى A.

تجميع مولدين على التعاكس

نصمم هاته الدارة المكونة من مولدين و مقاومة، حيث القطبين الموجبين مرتبطين. نفس الشيء إذا كان القطبان السالبان مرتبطان.

هنا ستقف مذهولا مشوش البال، لا تعرف منحى التيار الكهربائي. أمن القطب الموجب للعمود V1 أو من القطب الموجب للعمود الثاني. هنا نطبق نفس القاعدة السابقة، فالتيار الكهربائي يتجه من الجهود المرتفعة نحو الجهود المنخفضة. بما أن الأمر يتعلق بمولدين، فإنه يحق لنا القول بأن التيار يسري من التوتر المرتفع نحو التوتر المنخفض.

في هاته الحالة و ما دام توتر العمود V1 الذي يساوي 6V أكبر من توتر العمود الثاني V2 والذي يساوي 1.5V، فإن منحى التيار الكهربائي يكون من القطب الموجب للعمود V1 ليمر عبر العمود الثاني V2 ثم ينتقل عبر مختلف نقاط الدارة.