فولت

الفولت (رمزه: V ) ، الذي سمي على اسم أليساندرو فولتا ، هو وحدة قياس الجهد الكهربائي ، وفرق الجهد الكهربائي ( الفولتية )، والقوة الدافعة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات (SI) . ^{[ 1 ]}

يُعرَّف الفولت الواحد بأنه فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين على سلك موصل عندما يمر تيار كهربائي شدته أمبير واحد ويستهلك واطًا واحدًا من الطاقة بين هاتين النقطتين. ^{[ 2 ]} ويمكن التعبير عنه بوحدات النظام الدولي للوحدات ( متر ، كيلوغرام ، ثانية ، وأمبير ) كما يلي:

${\displaystyle {\text{V}}={\frac {\text{القدرة}}{\text{التيار الكهربائي}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}}{\text{A}}}={\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}{\cdot }{{\text{A}}^{-1}}.}$

بصورة مكافئة، هو فرق الجهد بين نقطتين الذي ينقل جولًا واحدًا من الطاقة لكل كولوم من الشحنة التي تمر عبرهما. ويمكن التعبير عنه بوحدات النظام الدولي الأساسية ( م ، كغ ، ث ، وأمبير ) كما يلي:

${\displaystyle {\text{V}}={\frac {\text{الطاقة الكامنة}}{\text{الشحنة}}}={\frac {\text{جول}}{\text{كولوم}}}={\frac {{\text{كجم}}{\cdot }{\text{م}}^{2}{\cdot }{\text{ث}}^{-2}}{{\text{أمبير}}{\cdot }{\text{ث}}}}={\text{كجم}}{\cdot }{\text{م}}^{2}{\cdot }{\text{ث}}^{-3}{\cdot }{{\text{أمبير}}^{-1}}.}$

ويمكن التعبير عنها أيضاً بالأمبير مضروباً في الأوم (التيار مضروباً في المقاومة، قانون أوم )، أو بالويبر لكل ثانية (التدفق المغناطيسي لكل وحدة زمنية)، أو بالواط لكل أمبير (القدرة لكل وحدة تيار)، أو بالجول لكل كولوم (الطاقة لكل وحدة شحنة)، وهو ما يعادل أيضاً الإلكترون فولت لكل وحدة شحنة أولية :

${\displaystyle {\text{V}}={\text{A}}{\cdot }\Omega ={\frac {\text{Wb}}{\text{s}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {\text{eV}}{e}}.}$

سُمّي الفولت نسبةً إلى أليساندرو فولتا . وكما هو الحال مع كل وحدة من وحدات النظام الدولي للوحدات التي سُمّيت نسبةً إلى شخص، يبدأ رمزه بحرف كبير (V)، ولكن عند كتابته كاملاً، فإنه يتبع قواعد كتابة الأحرف الكبيرة للأسماء الشائعة ؛ أي أن كلمة "فولت" تُكتب بحرف كبير في بداية الجملة وفي العناوين، ولكنها تُكتب بحرف صغير فيما عدا ذلك.

في تشبيه تدفق الماء ، الذي يُستخدم أحيانًا لشرح الدوائر الكهربائية بمقارنتها بأنابيب مملوءة بالماء، يُشبه الجهد (فرق الجهد الكهربائي) فرق ضغط الماء، بينما يتناسب التيار مع كمية الماء المتدفقة. ويمكن تشبيه المقاوم بقطر أصغر في مكان ما داخل الأنابيب، أو بشيء يشبه المبرد الذي يُقاوم التدفق.

تُحدد العلاقة بين الجهد والتيار (في الأجهزة الأومية مثل المقاومات) بقانون أوم . ويُشابه قانون أوم معادلة هاجن-بوازوي ، حيث أن كليهما نموذجان خطيان يربطان التدفق والجهد في أنظمتهما.

يُحدد التركيب الكيميائي لكل خلية كهروكيميائية في البطارية الجهد الكهربائي الناتج عنها (انظر الخلية الجلفانية §  جهد الخلية ). يمكن توصيل الخلايا على التوالي للحصول على مضاعفات هذا الجهد، أو إضافة دوائر كهربائية إضافية لضبط الجهد إلى مستوى مختلف. عادةً ما يمكن تصميم المولدات الميكانيكية لتوليد أي جهد ضمن نطاق الجهد الممكن.

الفولتية الاسمية لمصادر مألوفة:

• جهد الراحة للخلايا العصبية : ~  75  ملي فولت ^{[ 6 ]}
• بطارية أحادية الخلية قابلة لإعادة الشحن من نوع NiMH ^{[ 7 ]} أو NiCd : 1.2  فولت
• بطاريات أحادية الخلية غير قابلة لإعادة الشحن (مثل بطاريات AAA وAA وC وD ): بطارية قلوية : 1.5  فولت؛ ^{[ 8 ]} بطارية زنك-كربون : 1.56  فولت إذا كانت جديدة وغير مستخدمة
• مستويات جهد المنطق : 1.2  فولت، 1.5  فولت، 1.8  فولت، 2.5  فولت، 3.3  فولت، 5.0  فولت
• بطارية ليثيوم _أيون فوسفات الحديد (LiFePO4  ) قابلة لإعادة الشحن: 3.3 فولت
• بطارية ليثيوم بوليمر قابلة لإعادة الشحن مصنوعة من الكوبالت : 3.75  فولت (انظر مقارنة أنواع البطاريات التجارية )
• مصدر طاقة منطق الترانزستور-الترانزستور / CMOS  (TTL): 5 فولت
• منفذ USB : 5  فولت تيار مستمر
• بطارية PP3 : 9  فولت
• تستخدم أنظمة بطاريات السيارات خلايا بجهد 2.1  فولت لكل خلية؛  تحتوي بطارية "12 فولت" على ست خلايا متصلة على التوالي، مما ينتج 12.6  فولت؛ تحتوي بطارية "24  فولت" على 12 خلية متصلة على التوالي، مما ينتج 25.2  فولت. تستخدم بعض المركبات القديمة بطاريات "6  فولت" ثلاثية الخلايا، أو 6.3  فولت.
• التيار الكهربائي المنزلي الرئيسي (انظر قسم الكهرباء الرئيسية حسب البلد للاطلاع على قائمة بالبلدان التي تحتوي على مقابس كهربائية رئيسية، والفولتية، والترددات)
  • 100  فولت في اليابان
  • 120  فولت في أمريكا الشمالية
  • 230  فولت في أوروبا وآسيا وأفريقيا وأستراليا
• السكة الثالثة للنقل السريع : 600-750  فولت (انظر قائمة أنظمة كهربة السكك الحديدية )
• خطوط الطاقة العلوية للقطارات عالية السرعة: 25  كيلو فولت عند 50  هرتز ، ولكن انظر قائمة أنظمة كهربة السكك الحديدية و 25  كيلو فولت عند 60  هرتز للاستثناءات.
• خطوط نقل الطاقة الكهربائية ذات الجهد العالي : 110  كيلو فولت وما فوق (1.15  ميجا فولت هو الرقم القياسي؛ أعلى جهد فعال هو 1.10  ميجا فولت ^{[ 9 ]} )
• البرق : بحد أقصى حوالي 150  ميجا فولت. ^{[ 10 ]}

في عام 1800، ونتيجةً لخلافٍ مهنيّ حول الاستجابة الجلفانية التي دافع عنها لويجي جالفاني ، طوّر أليساندرو فولتا ما يُعرف بالعمود الفولتائي ، وهو سلف البطارية ، والذي يُنتج تيارًا كهربائيًا ثابتًا . وقد حدّد فولتا أن أكثر زوج من المعادن المختلفة فعاليةً لإنتاج الكهرباء هو الزنك والفضة . في عام 1861، صاغ لاتيمر كلارك والسير تشارلز برايت اسم "فولت" لوحدة المقاومة. [ ^{11 ]} وبحلول عام 1873، عرّفت الجمعية البريطانية لتقدّم العلوم الفولت والأوم والفاراد. ^{[ 12 ]} وفي عام 1881، اعتمد المؤتمر الكهربائي الدولي، الذي يُعرف الآن ^{باللجنة} الكهروتقنية الدولية (IEC)، الفولت كوحدة للقوة الدافعة الكهربائية. ^{[ 13 ]} وجعلوا الفولت مساويًا لـ 10⁸ ^وحدة من وحدات نظام السنتيغرام -غرام-ثانية (cgs ) للجهد، حيث كان نظام cgs آنذاك هو النظام المعتاد للوحدات في العلوم. لقد اختاروا هذه النسبة لأن وحدة قياس الجهد في نظام السنتيغرام-غرام-ثانية صغيرة بشكل غير ملائم، والفولت الواحد في هذا التعريف يُعادل تقريبًا القوة الدافعة الكهربائية لخلية دانيال ، وهي المصدر القياسي للجهد في أنظمة التلغراف آنذاك. ^{[ 14 ]} في ذلك الوقت، كان الفولت يُعرَّف بأنه فرق الجهد [أي ما يُسمى اليوم "فرق الجهد"] عبر موصل عندما يُبدد تيار شدته أمبير واحد واطًا واحدًا من الطاقة.

عُرِّف "الفولت الدولي" في عام 1893 بأنه 1 / 1.434 من القوة الدافعة الكهربائية لخلية كلارك . تم التخلي عن هذا التعريف في عام 1908 لصالح تعريف يعتمد على الأوم الدولي والأمبير الدولي حتى تم التخلي عن مجموعة "الوحدات القابلة للتكرار" بالكامل في عام 1948. ^{[ 15 ]}

دخلت مراجعة عام 2019 للنظام الدولي للوحدات ، بما في ذلك تحديد قيمة الشحنة الأولية ، حيز التنفيذ في 20 مايو 2019. ^{[ 16 ]}

• تاريخ الوحدات الكهربائية.