الفولت
وحدة SI مشتقة · المقدار: الجهد الكهربائي
01 · التعريف
رصّ فولتا الزنك والنحاس والورق المقوّى المبلَّل — فحصل على أول منبع للتيار المستمر. قبله لم يكن يُعرف من الكهرباء سوى تجميعها وتفريغها في شرارة.
الفولت الواحد هو الجهد الذي ينقل عنده تيار مقداره أمبير واحد قدرة مقدارها واط واحد. بعبارة أخرى، كل كولوم من الشحنة يعبر مقطعاً كهذا يبذل جولاً واحداً من الشغل. والجهد ليس صفة لموضع بل فرق بين نقطتين: «جهد سلك» لا يعني شيئاً ما لم تُسمَّ النقطة الثانية، ولهذا في كل مخطط أرضي مشترك. المقبس يعطي 230 V، والبطارية الصغيرة 1.5 V، والخلية العصبية في الدماغ تعمل على عشرات الملي فولت، وخط النقل يحتمل 750 kV. والطائر يقف سالماً على خط بمئات الكيلوفولت لأن قدميه كلتيهما عند الجهد نفسه. ومن هنا يتبين أيضاً أن خطر الكهرباء لا يُقاس بالفولت: القاتل هو التيار عبر الجسم، والفولتات تقرّر فحسب هل سيمر عبر مقاومة الجلد. الكف الجافة تعطي نحو مئة كيلوأوم، والمبلَّلة ألفاً، والجهد نفسه يظهر مرةً غير مؤذٍ ومرةً قاتلاً.
كان أول منبع للتيار المستمر عموداً صغيراً من أقراص زنك ونحاس متناوبة يفصل بينها جوخ مبلَّل بمحلول ملحي. وكانت كل ثنائية تعطي نحو عُشر الفولت، وكان فولتا يرصّ عشرات الثنائيات حتى يبدأ التفريغ يُحس في الأصابع. والمبدأ نفسه قائم اليوم: في بطارية من ثلاث خلايا ليثيوم تتجمع الجهود لأن الخلايا موصولة على التوالي. وهذه التجربة بالذات هي التي دحضت النظرية الغلفانية عن «الكهرباء الحيوانية»: التيار كان يأتي من المعادن المختلفة، وساق الضفدع لم تكن سوى جهاز حساس.
02 · التحويل
أدخل جهداً — تفكّكه البطاقة إلى كل الوحدات
تغطي السوابق المدى كله، من إشارات المزدوجة الحرارية بالنانوفولت إلى ميجافولتات خطوط النقل. والإلكترون فولت في الجدول ليس جهداً بل الطاقة التي يكتسبها الإلكترون عابراً فرق الجهد المعطى.
الجهد في المقبس متناوب، والرقم 230 يعني القيمة الفعالة — ذلك الجهد المستمر الذي يطلق القدرة نفسها على المقاومة نفسها. وذروة الجيب أكبر بجذر اثنين وتبلغ 325 فولتاً، والمدى بين الذروتين 650. والعزل يُحسب على الذروة تحديداً، ولذلك ينهار جهاز رخيص رُكِّب «لـ 230» في أول دورة.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين يُصادَف |
|---|---|---|---|
| V | فولت، وحدة SI | 230 | وحدة الانطلاق في هذه البطاقة |
| mV | ملي فولت | 230000 | طب، تقنيات القياس |
| µV | ميكروفولت | 2,3·10⁸ | حد حساسية الأجهزة |
| kV | كيلوفولت | 0,23 | تقنية الجهد العالي |
| MV | ميجافولت | 2,3·10⁻⁴ | فيزياء الطاقات العالية |
| eV لكل شحنة | طاقة إلكترون، eV | 230 | مساوية عددياً للجهد |
| statV | فولت نظام CGS-ES | 0,7672 | المعامل هو عُشر سرعة الضوء |
| abV | أبفولت نظام CGS-EM | 2,3·10¹⁰ | أصغر الوحدات التاريخية |
| V (int.) | الفولت الدولي 1908 | 229,92 | كان يُحدَّد بعمود زئبق وترسيب الفضة |
| V₉₀ | الفولت العملي 1990 | 230 | كان يفرق بأربعة من عشرة ملايين |
| خلية وستون | بوحدات الخلية المعيارية | 225,79 | خلية كادميوم-زئبق في منظّم حراري |
| V | فولت | 230 | وحدة الانطلاق في هذه البطاقة |
السوابق تمتد من نانو إلى ميجا: مدى الجهود التي تعمل بها التقنية يغطي خمس عشرة رتبة. وسطر الإلكترون فولت يذكّر بأن طاقة الإلكترون تساوي عددياً الجهد الذي عبره.
03 · رتب المقادير
من النانوفولت إلى تفريغ العاصفةالمقبس في أوروبا: 230 فولتاً
04 · أجهزة القياس
بم يُقاس الجهد
يوصَل على التوازي مع المقطع ويجب أن تكون مقاومته أكبر ما يمكن كي لا يسحب تياراً. في الأجهزة ذات المؤشر تكون بحدود عشرات الكيلوأوم، وفي الرقمية عشرة ميجاأوم فأكثر؛ وفي الدارات عالية المقاومة يشوّه حتى هذا القياس بوضوح.
يُوازَن الجهد المقيس بجزء من جهد خلية معيارية، ويُلتقط اللحظة التي يشير فيها الجلفانومتر إلى الصفر. في تلك اللحظة لا يستهلك الجهاز تياراً البتة، ولذلك تعطي الطريقة القوة الدافعة الكهربائية الحقيقية للمنبع لا الجهد تحت الحمل.
مقاومتان تقسمان الجهد بنسبة معلومة، فيمكن قياس الكيلوفولتات بجهاز لبضعة فولتات. وفي خطوط الجهد العالي يؤدي الدور نفسه محوّل جهد يفصل دارة القياس عن دارة القدرة فصلاً جلفانياً.
تماس فائق التوصيل يُشعَّع بأمواج ميكروية يعطي جهداً متناسباً تماماً مع التردد: ثابت جوزفسون يحوّل الهرتز إلى فولت. ومصفوفة من آلاف الوصلات تعطي عشرة فولتات بقابلية تكرار عند أجزاء من مليار — وهذا هو المعيار الحالي.
05 · قواعد الكتابة
الرمز V لاتيني — والحرف الروسي «В» لا يصلح هنا
الحرف الروسي «В» واللاتيني V يبدوان مختلفين لكنهما يدلان على الشيء نفسه؛ وفي الوثائق الدولية لا يُقبل سوى V. اسم الوحدة يُكتب بحرف صغير — «مئتان وثلاثون فولتاً» — والرمز بحرف كبير. الملي فولت هو mV، أما MV فهو الميجافولت: فرق مليار مرة. وفي التيار المتناوب تكون 230 V القيمة الفعالة؛ وذروة الجيب أعلى بمقدار √2، أي 325 V. والعزل يُحسب على الذروة.
رمز المقدار هو U أو V مائل، ورمز الوحدة V قائم: في الصيغة U = 230 V يحمل المائل والقائم الفرق. والرمز الروسي В. والسابقة كيلو تُكتب بحرف k صغير: kV لا KV. والملي فولت والميكروفولت يُركَّبان بالسوابق المعتادة، أما «الفولت أمبير» فوحدة أخرى — القدرة الظاهرية — ولا صلة له بالجهد. والإلكترون فولت يُكتب موصولاً، eV: وهو وحدة طاقة.
06 · الوحدات المجاورة
الفولت يقف في وسط قانون أوم: التيار والجهد والمقاومة مرتبطة بحيث يحدد أي اثنين منها الثالث.
من بطاقات Simetrium يجاور الفولت أمبير و أوم من قانون أوم، واط بوصفه حاصل ضربهما، كولوم s الفاراد من تعريف السعة، و إلكترون فولت — الطاقة المسماة على اسم هذه الوحدة.
07 · القسم التاريخي
من ساق الضفدع إلى الدرجة الكمية
كان أليساندرو فولتا يجادل غلفاني في طبيعة «الكهرباء الحيوانية»، وليثبت صوابه ركّب منبعاً بلا أي أحياء. عمود المعادن المختلفة كان يعطي تياراً متصلاً — الأول في التاريخ.
عرّف المؤتمر الدولي للكهربائيين الفولت بالأمبير والأوم، وسمّى الوحدة على اسم فولتا. أما التحقيق العملي فبقي لخلية كيميائية دقتها أدنى بكثير مما تطلبه البرقية.
كانت خلية وستون الكادميوم-زئبقية تحفظ جهدها بدقة الميكروفولت وصارت معياراً تسعين سنة. كانوا يحفظونها في منظّم حراري ولا يدعونها تعطي تياراً وينقلونها بحذر كجهاز هش.
تنبأ برايان جوزفسون، وهو طالب دكتوراه في الثانية والعشرين، بدرجات جهد على تماس فائق التوصيل. ومنذ 1990 يُحقَّق الفولت هكذا تماماً، ورحلت الخلايا الكيميائية إلى متاحف علم القياس.
فولت لا يوافق الفولت
من 1990 إلى 2019 عاش علم القياس مع فولتين في آن واحد. بقي التعريف في النظام الدولي كما كان، عبر الواط والأمبير، لكن الوحدة كانت تُحقَّق بظاهرة جوزفسون بقيمة للثابت متفق عليها اصطلاحاً — وهذه الوحدة العملية كانت تُكتب V₉₀. وقُدِّر الفرق بينها وبين فولت النظام الدولي بأعشار الميكروفولت لكل فولت: مقدار لا يُذكر للتقنية وحاسم لمقارنة المعايير. وأزال تعريف 2019 الانقسام: صارت شحنة الإلكترون وثابت بلانك عددين مضبوطين، ومعهما ثابت جوزفسون، فتطابق المقياس العملي مع التعريف. وفي الوقت نفسه وجب أن يُعطى تصحيح بأثر رجعي لثلاثين سنة من القياسات المتراكمة بـ V₉₀ — حالة نادرة تُعاد فيها حسبة نتائج سنوات مضت لأن تعريف وحدة تغيّر.
الدليل · وحدات القياس
بطاقة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة لها أسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها التقنية ولا الحياة اليومية. لكل وحدة ورقتها: التعريف، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بـ 23 لغة.
وحدات دولية مشتقة لها أسماء خاصة
بطاقة الفولت مفتوحةالوحدات الأساسية في النظام الدولي
باللون الطيني — الوحدات الأربع التي يتألف منها الفولتالجهد في أنظمة أخرى
لغة البطاقة
23 لغة. الرمز V دولي، أما جهد المقبس فلا: 230 فولتاً في أوروبا، و120 في أمريكا الشمالية، و100 في اليابان — والبطاقة تضع القيمة المحلية.