الجهد هو 'الضغط الكهربائي' الذي يدفع التيار عبر الدائرة. فكر فيه مثل ضغط الماء في الأنابيب. جهد أعلى = دفع أقوى. يُقاس بالفولت (V). ليس هو نفسه التيار أو الطاقة!

• 1 فولت = 1 جول لكل كولوم (طاقة لكل شحنة)
• الجهد يسبب تدفق التيار (مثلما يسبب الضغط تدفق الماء)
• يُقاس بين نقطتين (فرق الجهد)
• جهد أعلى = طاقة أكبر لكل شحنة

الجهد (V) = ضغط، التيار (I) = معدل التدفق، الطاقة (P) = معدل الطاقة. P = V × I. جهد 12 فولت بتيار 1 أمبير = 12 واط. نفس الطاقة، لكن يمكن الحصول عليها بتوليفات مختلفة من الجهد/التيار.

• الجهد = الضغط الكهربائي (V)
• التيار = تدفق الشحنة (A)
• الطاقة = الجهد × التيار (W)
• المقاومة = الجهد ÷ التيار (Ω، قانون أوم)

الجهد المستمر (DC) هو جهد ثابت الاتجاه: البطاريات (1.5 فولت، 12 فولت). الجهد المتردد (AC) يعكس اتجاهه: كهرباء المنازل (120 فولت، 230 فولت). الجهد الفعال (RMS) = المكافئ الفعال للجهد المستمر.

• DC: جهد ثابت (بطاريات، USB، دوائر إلكترونية)
• AC: جهد متردد (كهرباء المنازل، الشبكة الكهربائية)
• RMS = الجهد الفعال (120 فولت تيار متردد RMS ≈ 170 فولت ذروة)
• معظم الأجهزة تستخدم الجهد المستمر داخليًا (محولات التيار المتردد تقوم بالتحويل)

الفولت (V) هو وحدة النظام الدولي للجهد الكهربائي. يُعرَّف من الواط والأمبير: 1 V = 1 W/A. وأيضًا: 1 V = 1 J/C (طاقة لكل شحنة). تغطي البادئات من الأتو إلى الجيجا جميع النطاقات.

• 1 V = 1 W/A = 1 J/C (تعريفات دقيقة)
• kV لخطوط الكهرباء (110 كيلوفولت، 500 كيلوفولت)
• mV، µV للمستشعرات والإشارات
• fV، aV للقياسات الكمومية

W/A و J/C مكافئتان للفولت بالتعريف. تظهر العلاقات: V = W/A (طاقة لكل تيار)، V = J/C (طاقة لكل شحنة). مفيدة لفهم الفيزياء.

• 1 V = 1 W/A (من P = VI)
• 1 V = 1 J/C (تعريف)
• الثلاثة متطابقة
• وجهات نظر مختلفة لنفس الكمية

أبفولت (EMU) و ستاتفولت (ESU) من نظام سنتيمتر-جرام-ثانية القديم. نادرة الاستخدام في العصر الحديث ولكنها تظهر في نصوص الفيزياء التاريخية. 1 ستاتفولت ≈ 300 فولت؛ 1 أبفولت = 10 نانوفولت.

• 1 أبفولت = 10⁻⁸ فولت (EMU)
• 1 ستاتفولت ≈ 300 فولت (ESU)
• وحدات مهملة؛ فولت النظام الدولي هو المعيار
• تظهر فقط في الكتب المدرسية القديمة

علاقة أساسية: V = I × R. الجهد يساوي التيار مضروبًا في المقاومة. إذا عرفت أي اثنين، يمكنك حساب الثالث. أساس جميع تحليلات الدوائر.

• V = I × R (الجهد = التيار × المقاومة)
• I = V / R (التيار من الجهد)
• R = V / I (المقاومة من القياسات)
• خطية للمقاومات؛ غير خطية للديودات، إلخ.

في أي حلقة مغلقة، مجموع الجهود يساوي صفرًا. مثل المشي في دائرة: مجموع تغيرات الارتفاع يساوي صفرًا. الطاقة محفوظة. ضروري لتحليل الدوائر.

• ΣV = 0 حول أي حلقة
• ارتفاعات الجهد = انخفاضات الجهد
• حفظ الطاقة في الدوائر
• يُستخدم لحل الدوائر المعقدة

المجال الكهربائي E = V/d (الجهد لكل مسافة). جهد أعلى على مسافة قصيرة = مجال أقوى. البرق: ملايين الفولتات على مدى أمتار = مجال بقوة ميجافولت/متر.

• E = V / d (المجال من الجهد)
• جهد عالٍ + مسافة قصيرة = مجال قوي
• الانهيار: يتأين الهواء عند ~3 ميجافولت/متر
• الصدمات الساكنة: كيلوفولت عبر المليمتر

USB: 5 فولت (USB-A)، 9 فولت، 20 فولت (USB-C PD). البطاريات: 1.5 فولت (AA/AAA)، 3.7 فولت (ليثيوم-أيون)، 12 فولت (سيارة). المنطق: 3.3 فولت، 5 فولت. شواحن الكمبيوتر المحمول: 19 فولت نموذجي.

• USB: 5 فولت (2.5 واط) إلى 20 فولت (100 واط PD)
• بطارية الهاتف: 3.7-4.2 فولت ليثيوم-أيون
• الكمبيوتر المحمول: 19 فولت تيار مستمر نموذجي
• مستويات المنطق: 0 فولت (منخفض)، 3.3 فولت/5 فولت (مرتفع)

المنزل: 120 فولت (الولايات المتحدة)، 230 فولت (أوروبا) تيار متردد. النقل: 110-765 كيلوفولت (جهد عالٍ = خسارة منخفضة). المحطات الفرعية تخفض الجهد إلى جهد التوزيع. جهد أقل بالقرب من المنازل للسلامة.

• النقل: 110-765 كيلوفولت (مسافات طويلة)
• التوزيع: 11-33 كيلوفولت (الأحياء)
• المنزل: 120 فولت/230 فولت تيار متردد (مقابس)
• جهد عالٍ = نقل فعال

مسرعات الجسيمات: من ميجافولت إلى جيجافولت (LHC: 6.5 تيرا إلكترون فولت). الأشعة السينية: 50-150 كيلوفولت. المجاهر الإلكترونية: 100-300 كيلوفولت. البرق: 100 ميجافولت نموذجي. مولد فان دي غراف: ~1 ميجافولت.

• البرق: ~100 ميجافولت (100 مليون فولت)
• مسرعات الجسيمات: نطاق الجيجافولت
• أنابيب الأشعة السينية: 50-150 كيلوفولت
• المجاهر الإلكترونية: 100-300 كيلوفولت

كل خطوة بادئة = ×1000 أو ÷1000. كيلوفولت → فولت: ×1000. فولت → ميليفولت: ×1000. ميليفولت → ميكروفولت: ×1000.

• كيلوفولت → فولت: اضرب في 1,000
• فولت → ميليفولت: اضرب في 1,000
• ميليفولت → ميكروفولت: اضرب في 1,000
• العكس: اقسم على 1,000

P = V × I (الطاقة = الجهد × التيار). 12 فولت بتيار 2 أمبير = 24 واط. 120 فولت بتيار 10 أمبير = 1200 واط.

• P = V × I (واط = فولت × أمبير)
• 12 فولت × 5 أمبير = 60 واط
• P = V² / R (إذا كانت المقاومة معروفة)
• I = P / V (التيار من الطاقة)

V = I × R. اعرف أي اثنين، وجد الثالث. 12 فولت عبر 4 أوم = 3 أمبير. 5 فولت ÷ 100 ميلي أمبير = 50 أوم.

• V = I × R (فولت = أمبير × أوم)
• I = V / R (التيار من الجهد)
• R = V / I (المقاومة)
• تذكر: اقسم للحصول على I أو R

منفذ USB-C يوفر 20 فولت بتيار 5 أمبير. ما هي الطاقة؟

P = V × I = 20 فولت × 5 أمبير = 100 واط (الحد الأقصى لتوصيل طاقة USB)

مصدر طاقة 5 فولت، LED يحتاج إلى 2 فولت بتيار 20 ميلي أمبير. ما هي المقاومة؟

انخفاض الجهد = 5 فولت - 2 فولت = 3 فولت. R = V/I = 3 فولت ÷ 0.02 أمبير = 150 أوم. استخدم مقاومة 150 أوم أو 180 أوم القياسية.

لماذا يتم النقل بجهد 500 كيلوفولت بدلاً من 10 كيلوفولت؟

الفقد = I²R. لنفس الطاقة P = VI، فإن I = P/V. جهد 500 كيلوفولت لديه تيار أقل بـ 50 مرة ← فقد أقل بـ 2500 مرة (عامل I²)!

تحافظ الخلايا العصبية على جهد راحة يبلغ -70 ميليفولت. ترتفع إشارة الفعل إلى +40 ميليفولت (تأرجح 110 ميليفولت) لنقل الإشارات بسرعة ~100 م/ث. دماغك هو كمبيوتر كهروكيميائي بقوة 20 واط!

صاعقة البرق النموذجية: ~100 ميجافولت على مدى ~5 كم = مجال 20 كيلوفولت/متر. لكن التيار (30 كيلو أمبير) والمدة (<1 ميلي ثانية) هما ما يسببان الضرر. الطاقة: ~1 جيجا جول، يمكنها تشغيل منزل لمدة شهر — لو استطعنا التقاطها!

يمكن لثعبان البحر الكهربائي تفريغ 600 فولت بتيار 1 أمبير للدفاع/الصيد. لديه أكثر من 6000 خلية كهربائية (بطاريات بيولوجية) على التوالي. طاقة الذروة: 600 واط. يصعق الفريسة على الفور. مسدس الصعق الطبيعي!

USB-C PD 3.1: يصل إلى 48 فولت × 5 أمبير = 240 واط. يمكنه شحن أجهزة الكمبيوتر المحمولة المخصصة للألعاب والشاشات وحتى بعض الأدوات الكهربائية. نفس الموصل الموجود في هاتفك. كابل واحد ليحكمهم جميعًا!

فقد الطاقة ∝ I². جهد أعلى = تيار أقل لنفس الطاقة. خطوط 765 كيلوفولت تفقد <1% لكل 100 ميل. عند 120 فولت، ستفقد كل شيء في ميل واحد! لهذا السبب تستخدم الشبكة الكيلوفولت.

تصل مولدات فان دي غراف إلى 1 ميجافولت ولكنها آمنة — تيار ضئيل. الصدمة الساكنة: 10-30 كيلوفولت. مسدسات الصعق: 50 كيلوفولت. التيار الذي يمر عبر القلب (>100 ميلي أمبير) هو الخطر، وليس الجهد. الجهد وحده لا يقتل.

فولتا يخترع البطارية (العمود الفولتائي). أول مصدر جهد مستمر. سُميت الوحدة لاحقًا 'فولت' تكريمًا له.

أوم يكتشف V = I × R. أصبح قانون أوم أساس نظرية الدوائر. رُفض في البداية، والآن هو أساسي.

فاراداي يكتشف الحث الكهرومغناطيسي. يُظهر أنه يمكن حث الجهد عن طريق تغيير المجالات المغناطيسية. يُمكّن من صنع المولدات.

أول مؤتمر دولي للكهرباء يعرّف الفولت: القوة الدافعة الكهربائية التي تنتج 1 أمبير عبر 1 أوم.

وستنجهاوس تفوز بعقد محطة كهرباء شلالات نياجرا. التيار المتردد يفوز في 'حرب التيارات'. يمكن تحويل جهد التيار المتردد بكفاءة.

المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) يعيد تعريف الفولت بمصطلحات مطلقة. استنادًا إلى الواط والأمبير. تم تأسيس تعريف النظام الدولي الحديث.

معيار جوزيفسون للجهد. تأثير كمومي يعرّف الفولت بدقة 10⁻⁹. استنادًا إلى ثابت بلانك والتردد.

إعادة تعريف النظام الدولي: الفولت الآن مشتق من ثابت بلانك الثابت. تعريف دقيق، لا حاجة لقطعة أثرية مادية.

الجهد هو ضغط كهربائي (مثل ضغط الماء). التيار هو معدل التدفق (مثل تدفق الماء). الجهد العالي لا يعني تيارًا عاليًا. يمكن أن يكون لديك جهد عالٍ مع تيار صفر (دائرة مفتوحة) أو تيار عالٍ مع جهد منخفض (قصر في الدائرة عبر سلك).

فقد الطاقة في الأسلاك ∝ I² (مربع التيار). لنفس الطاقة P = VI، جهد أعلى يعني تيارًا أقل. جهد 765 كيلوفولت لديه تيار أقل بـ 6,375 مرة من 120 فولت لنفس الطاقة ← فقد أقل بحوالي 40 مليون مرة! لهذا السبب تستخدم خطوط الكهرباء الكيلوفولت.

لا، التيار الذي يمر عبر جسمك هو الذي يقتل، وليس الجهد. الصدمات الساكنة تبلغ 10-30 كيلوفولت ولكنها آمنة (<1 ميلي أمبير). مسدسات الصعق: 50 كيلوفولت ولكنها آمنة. ومع ذلك، يمكن للجهد العالي أن يجبر التيار على المرور عبر المقاومة (V = IR)، لذا غالبًا ما يعني الجهد العالي تيارًا عاليًا. التيار >50 ميلي أمبير عبر القلب هو القاتل.

الجهد المستمر (DC) هو جهد ثابت الاتجاه: البطاريات، USB، الألواح الشمسية. الجهد المتردد (AC) يعكس اتجاهه: مقابس الحائط (50/60 هرتز). الجهد الفعال (RMS) (120 فولت، 230 فولت) هو المكافئ الفعال للجهد المستمر. معظم الأجهزة تستخدم الجهد المستمر داخليًا (محولات التيار المتردد تقوم بالتحويل).

لأسباب تاريخية. اختارت الولايات المتحدة 110 فولت في الثمانينيات من القرن التاسع عشر (أكثر أمانًا، يحتاج إلى عزل أقل). وحدت أوروبا المعايير على 220-240 فولت لاحقًا (أكثر كفاءة، نحاس أقل). كلاهما يعمل بشكل جيد. جهد أعلى = تيار أقل لنفس الطاقة = أسلاك أرق. مقايضة بين السلامة والكفاءة.

نعم، على التوالي: البطاريات على التوالي تجمع الجهود (1.5 فولت + 1.5 فولت = 3 فولت). على التوازي: يبقى الجهد كما هو (1.5 فولت + 1.5 فولت = 1.5 فولت، ولكن بسعة مضاعفة). قانون كيرشوف للجهد: مجموع الجهود في أي حلقة يساوي صفرًا (الارتفاعات تساوي الانخفاضات).