القطبية الكهربائية

يُقدّم المخطط التالي نظرة عامة ودليلاً موضوعياً حول القطبية الكهربائية (وتُسمى أيضاً الاستقطاب الكهربائي ). يُستخدم هذا المصطلح بمعانٍ متعددة ومختلفة (مرتبطة إلى حد ما) في مجالات دراسية مختلفة .

• في الهندسة الكهربائية ، تحدد القطبية الكهربائية الاتجاه الذي سيتدفق فيه التيار الكهربائي بمجرد توصيل مصدر؛ ^{[ 1 ]} تستخدم عادة لمصادر التيار المستمر ، حيث يتم تسمية الأطراف تقليديًا برموز القطبية + (موجب) و - (سالب)، مع اختيار التيار التقليدي ليتدفق من الطرف الموجب إلى الطرف السالب.
  • وبالمثل، عندما تُلاحظ إشارة في الإلكترونيات عبر طرفين، فإن قياس الجهد بين الطرفين يُعطي إشارات متعاكسة للقطبية الموجبة والسالبة. ^{[ 1 ]}
• في الفيزياء والكيمياء ، تُعرّف القطبية الكهربائية فصل الشحنات الكهربائية إلى شحنات موجبة وسالبة ^{[ 1 ]} داخل نظام أو جزيء (على سبيل المثال، جزيئات الماء لها توزيع غير متساوٍ للإلكترونات بين ذرات الأكسجين والهيدروجين ^{[ 2} ] ⁾ . يُطلق على المقياس الكمي لهذا الفصل اسم عزم ثنائي القطب الكهربائي .
• في علم الأحياء ، تشير القطبية الكهربائية إلى إشارة الفرق في الجهد الكهربائي بين أجزاء الكائن الحي. على سبيل المثال، يكون السطح الداخلي لغشاء الخلية عادةً سالب الشحنة مقارنةً بسطحه الخارجي (ما يُعرف بجهد الراحة ). عندما تنعكس هذه القطبية لفترة وجيزة في العصب ، ينتقل جهد فعل معاكس عبر مسافات طويلة. ^{[ 3 ]} يُحافظ على هذا الجهد بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم . على الرغم من أن أيونات الصوديوم والبوتاسيوم موجبة الشحنة، إلا أن اختلاف تركيزها داخل الخلية وخارجها هو ما يُسبب هذا الاختلاف في الجهد.

تعمل العديد من الأجهزة الكهربائية، من مصادر الطاقة إلى مكبرات الصوت ، بشكل متوازٍ. ولضمان التشغيل السليم، تكون موصلات هذه الأجهزة عادةً مستقطبة (إما باستخدام كابلات مرمزة بالألوان أو مقابس لا يمكن عكس توصيل الأسلاك فيها). ^{[ 4 ]}

• 
  الجهد الكهربائي لجزيء الماء (يشير اللون الأحمر إلى الشحنة السالبة)
• 
  مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في غشاء الخلية (مبسطة للغاية)
• 
  موصل مكبر صوت مستقطب وسلك مرمّز بالألوان

بعض المكونات الكهربائية غير قطبية وتعمل بنفس الطريقة بغض النظر عن اتجاه التيار المار بها. على سبيل المثال، لا تتأثر خصائص المقاوم إذا تم تبديل الأسلاك على طرفيه . مع ذلك، تتطلب العديد من المكونات الأخرى اتجاهًا محددًا للتيار لتعمل. بالنسبة لأطراف هذه الأجهزة الكهربائية القطبية ، يُستخدم مصطلحا الأنود والكاثود، حيث يُمثل الأنود الوصلة التي يتدفق منها التيار التقليدي (الشحنات الموجبة) داخل المكون (ومن هنا جاء الاختصار ACID، أي تيار الأنود الداخل إلى الجهاز). لا يرتبط مصطلحا الأنود والكاثود مباشرةً بالجهد الكهربائي للأطراف. عمومًا، في البطارية، يكون للأنود جهد سالب، بينما في الحمل الكهربائي يكون موجبًا. أما الكاثود فله الجهد المعاكس: ^{[ 5 ]}

• داخل البطارية الكهربائية ، تتدفق الشحنات الموجبة بعيدًا عن المصعد (وبالتالي تخلق جهدًا سالبًا على هذا القطب ، انظر الرسم التوضيحي) إلى المهبط.
• في الصمام الثنائي ، يتدفق تيار التشغيل عادةً من المصعد إلى المهبط، ويشير السهم الموجود على رمز الصمام الثنائي إلى اتجاه التدفق. مع ذلك، توجد استثناءات، مثل صمامات زينر الثنائية ، التي تُوصل بقطبية معكوسة ، حيث يتدفق تيار التشغيل من المهبط إلى المصعد. يُستخدم مصطلح المصعد/المهبط أيضًا لجهاز مشابه، وهو الثايرستور .
• العديد من المكثفات غير قطبية، لكن المكثفات الإلكتروليتية تحتوي على مصاعد ومهابط، ويجب أن يكون جهد المصعد موجبًا بالنسبة للمهبط لتجنب التلف، على الرغم من أن التيار المستمر لن يمر أثناء التشغيل.
• في الكيمياء الكهربائية ، يُعتبر المصعد، اصطلاحًا، موقع الأكسدة ، والمهبط موقع الاختزال . يوجد نوعان من الخلايا: الخلايا الجلفانية ، حيث تُنتج التفاعلات الكيميائية التلقائية الكهرباء (مثل البطاريات الكهربائية العادية)، والخلايا الإلكتروليتية ، حيث يُحدث مصدر كهربائي خارجي تفاعلات كيميائية (مثل البطاريات القابلة لإعادة الشحن أثناء الشحن). ^{[ 6 ]} في الخلية الجلفانية، يكون جهد المهبط موجبًا بالنسبة للمصعد؛ أما في الخلايا الإلكتروليتية، فيكون جهد المهبط سالبًا بالنسبة للمصعد. ^{[ 7 ]}

• 
  رمز الصمام الثنائي وعلامات القطبية النموذجية (الأشرطة عند طرف الكاثود)
• 
  رمز ثنائي زينر
• 
  علامات القطبية على مكثف إلكتروليتي

رموز الترانزستور NPN (يسار) وPNP. يُشار إلى القطبية بواسطة سهم.

على الرغم من إمكانية تبسيط مفهوم الترانزستور ثنائي القطب (BJT) إلى ثنائيين بطرف مشترك (مصعد في حالة النوع PNP)، ^{[ 8 ]} إلا أن قطبية الترانزستور تُحدد عادةً بناءً على انتشار حاملات الشحنة في أجزاء الجهاز: النوع N للمناطق التي يكون فيها تدفق الشحنة ناتجًا بشكل أساسي عن الإلكترونات (الحرة نتيجة وجود شوائب مانحة )، والنوع P للمناطق التي يكون فيها التدفق ناتجًا في الغالب عن فجوات الإلكترون (المساحات المتاحة لإلكترونات إضافية بفضل وجود شوائب مستقبلة ) . ^{[ 9 ]}

• يستخدم الترانزستور ثنائي القطبية كلا النوعين من المناطق (ومن هنا جاءت صفة ثنائي القطبية )، ويأتي إما بقطبية PNP أو NPN . ويُشار إلى القطبية بسهم يوضح اتجاه التيار التقليدي من الباعث إلى القاعدة . ^{[ أ ]}
• يستخدم ترانزستور تأثير المجال (FET) منطقة من نوع واحد فقط (ومن هنا جاء اسمه الآخر، الترانزستور أحادي القطب )، ويمكن أن يكون إما من النوع N أو من النوع P. يؤدي التنوع الكبير في أجهزة FET إلى وجود مجموعة معقدة من علامات القطبية ( التيار التقليدي يتدفق دائمًا إلى الأسفل في الصور): ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

قناة P
قناة N
	JFET	تحسين MOSFET	تحسين MOSFET (بدون حجم كبير)		MOSFET dep.

كانت الطبيعة الثنائية ("القطبية") للظواهر الكهربائية معروفة منذ زمن طويل؛ وقد حفزت أوجه التشابه بينها وبين القطبية المغناطيسية الأبحاث في مجال الكهرومغناطيسية، إلى أن نجح أورستد أخيرًا في إيجاد صلة بين الكهرباء والمغناطيسية ( قانون أورستد ) عام 1820. ^{[ 13 ]} وقد أدخل جورج كريستوف ليشتنبرغ استخدام علامتي الموجب والسالب للشحنات الكهربائية المتعاكسة في القرن الثامن عشر. أما مصطلحي الموجب والسالب فقد أدخلهما بنجامين فرانكلين عام 1747. ^{[ 14 ]} شبّه فرانكلين الكهرباء بالسائل، حيث يشير الموجب إلى فائضها، والسالب إلى نقصها. قبل فرانكلين، تنوعت التسميات، فعلى سبيل المثال، أطلق دو فاي على الشحنة الموجبة اسم "زجاجي" (كما يمكن الحصول عليه عن طريق فرك الزجاج)، وعلى الشحنة السالبة اسم "راتنجي " (كما يتم الحصول عليه عن طريق فرك الكهرمان ، الراتنج ). ^{[ 15 ]}

استخدم بيرزيليوس ، في أعماله التي تعود إلى أوائل القرن التاسع عشر في مجال الكيمياء الكهربائية ، مصطلح القطبية الكهربائية لشرح التفاعلات الكيميائية . ووفقًا لبيرزيليوس، فبينما تمتلك جميع الذرات قطبية موجبة وسالبة ( الازدواجية الكهروكيميائية ، التي عفا عليها الزمن منذ زمن طويل)، فإن التوازن يعتمد على العنصر (حيث يكون الأكسجين، على سبيل المثال، سالبًا والبوتاسيوم موجبًا)، وتنتج التفاعلات عن التجاذب الكهربائي بين الذرات. ^{[ 16 ]}

استُخدم مصطلحا الأنود والكاثود ، اللذان يعنيان تقريبًا " أعلى" و " أسفل" في اليونانية على التوالي، لأول مرة من قِبل فاراداي . وبمعرفة المجال المغناطيسي للأرض الممتد من الشمال إلى الجنوب، وبافتراض أنه ناتج عن تيار كهربائي تقليدي، فإن اتجاه هذا التيار، وفقًا لقانون أمبير الدائري ، يكون من الشرق إلى الغرب. فالشمس في الشرق تصعد وتهبط في الغرب ، ومن هنا جاءت التسمية. ^{[ 17 ]}

• القابس المستقطب ، وهو قابس كهربائي غير قابل للعكس
• قطبية المحول ، والعلامات الموجودة على المحول والتي تشير إلى الحث المتبادل للملفات.

• كوتش، جيمس ف. (1924). "مصطلحي المصعد والمهبط" . مجلة ساينس . 59 (1520). الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم: 163. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0036-8075 . JSTOR 1646988. تاريخ الاسترجاع : 2025-06-06 .  
• غراف، رودولف ف. (11 أغسطس 1999). "القطبية" . قاموس الإلكترونيات الحديث . إلسيفير. ISBN 978-0-08-051198-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-01 .
• جاكوبسن، أنجا سكار (2003). "فلسفة هانز كريستيان أورستد الكيميائية" . نظرية القوة HC Ørsted: كتاب مدرسي غير منشور في الكيمياء الديناميكية . كغل. دانسكي فيدنسكابيرنيس سيلسكاب. ص. السابع – الثاني والثلاثون. رقم ISBN  978-87-7876-326-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-01 .
• جنسن، ويليام ب. (2005). "أصول الشحنات الموجبة والسالبة في الكهرباء" (ملف PDF) . مجلة التعليم الكيميائي . 82 (7): 988-989 . doi : 10.1021/ed082p988 . ISSN 0021-9584 . تاريخ الاسترجاع : 1 يونيو 2025 . 
• مايكل، جويل؛ سيركار، سابياساشي (2011-01-01). "جهد غشاء الراحة" . أساسيات علم وظائف الأعضاء الطبية . ثيمي. ISBN 978-1-60406-275-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-01 .
• بلوبر، جورج؛ إيفانكوفيتش، ديانا بيبك (2020-02-03). "القطبية" . مبادئ بيولوجيا الخلية . جونز وبارتليت للتعليم. ISBN 978-1-284-21051-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-01 .
• رضوي، بهزاد (2021-04-20). أساسيات الإلكترونيات الدقيقة . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-119-69514-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-07 .
• ويول، ويليام (1858). تاريخ الأفكار العلمية . باركر . تم الاسترجاع في 1 يونيو 2025 .
• ويتاكر، جيري سي. (23 ديسمبر 1996). دليل الإلكترونيات . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8493-8345-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-07 .
• وينر، إي. (2017). خبير الصوت: كل ما تحتاج لمعرفته عن الصوت . تايلور وفرانسيس. ISBN 978-1-351-84007-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-07 .
• زوسكي، سينثيا ج. (2007-02-07). دليل الكيمياء الكهربائية . إلسيفير. ISBN 978-0-444-51958-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-06 .