الفولت
في عام 1791 لمس لويجي غالفاني ساق ضفدع بمعدنين مختلفين، فارتعشت الساق. فاستنتج غالفاني أن الكهرباء تسكن الضفدع نفسه. أما أليساندرو فولتا فرأى أن السر في المعدنين. وليثبت ذلك، رصّ في عام 1800 عمودًا من أقراص النحاس والزنك، وفصل بينها بقماش مبلل بماء مالح. فأعطى العمود تيارًا من دون أي ضفدع.
كانت تلك أول بطارية. وفي عام 1881 سُمّيت وحدة الجهد باسم فولتا. الفولت الواحد جول لكل كولوم: هذا ما يكسبه كل كولوم من الشحنة من طاقة حين يجتاز المصدر. تعطي البطارية الأسطوانية الصغيرة 1,5 V، والمقبس 230 V، أما أسلاك خطوط نقل الكهرباء فمئات الكيلوفولتات.
| الرمز | V |
| التعريف | جول لكل كولوم · J/C · W/A · kg·m²·s⁻³·A⁻¹ |
| قيم مرجعية | K_J — 483 597,848 4 GHz/V · خلية ويستون — 1,018 64 V · 1 eV — 1,602·10⁻¹⁹ J |
| معيار | 1881، المؤتمر الدولي للكهربائيين · في النظام الدولي منذ 1960 |
| المعايير | ISO 80000-6 · IEC 60050-131 · SI Brochure 9th ed. |
| قيم نموذجية | 1,5 V — بطارية · 230 V — مقبس · 400 kV — خط نقل الكهرباء |
01 · التعريف
جول لكل كولوم
يبيّن الجهد U مقدار الطاقة التي تكسبها الشحنة أو تفقدها حين تنتقل من نقطة في الدارة إلى أخرى. الفولت الواحد جول واحد لكل كولوم واحد. البطارية ذات 1,5 V تعطي كل كولوم جولًا ونصفًا، والمصباح في الدارة يأخذها ويحوّلها إلى ضوء وحرارة.
يُقاس الجهد دائمًا بين نقطتين. يوصَل الفولتميتر بطرفي الجزء المقيس، لا في قطع من الدارة. والتيار في جزء من الدارة يساوي الجهد مقسومًا على المقاومة — هذا هو قانون أوم.
لماذا تحمل خطوط نقل الكهرباء مئات الكيلوفولتات
تحتاج الغلاية إلى قدرة 2 kW. ويمكن إيصالها بتيار صغير عند جهد عالٍ أو بتيار كبير عند جهد منخفض. القدرة هي الجهد مضروبًا في التيار. مقاومة السلك من المصدر إلى الغلاية 1 Ω، أي نحو 60 m من سلك نحاسي مقطعه 1 mm². النقاط الزرقاء هي التيار: كلما أسرعت كان أكبر. ويحمرّ السلك من الحرارة الضائعة فيه.
الإلكترون الذي يجتاز جهدًا قدره 1 V يكسب طاقة قدرها 1 eV — إلكترون فولت واحد. إنها وحدة مريحة للذرات والجسيمات. يحمل فوتون الضوء الأخضر نحو 2,3 eV، وفوتون الأشعة السينية عشرات الآلاف، أما البروتونات في مصادم الهادرونات الكبير فتحمل 6,8 TeV.
زوجًا بعد زوج، فولتًا بعد فولت
على اليسار العمود: من الأسفل إلى الأعلى زنك ونحاس وقماش مبلل بماء مالح، وهكذا زوجًا بعد زوج. وإلى جانبه سُلّم الجهد: كل زوج يرفع الجهد درجة واحدة، وداخل القماش يهبط قليلًا ما دام التيار يسري. يمتد سلك من قمة العمود عبر مفتاح إلى الحِمل ثم يعود إلى قاعدته. النقاط الزرقاء هي الإلكترونات: تسير من الزنك عبر الحِمل إلى النحاس. وعلى اليمين فولتميتر موصول بطرفي العمود. ما دام التيار يسري تتجمع فقاعات الهيدروجين على النحاس، وينخفض الجهد ببطء. انقر على المشهد لإغلاق المفتاح أو فتحه.
أضف أزواجًا وراقب الفولتميتر.
02 · التحويل
| الوحدة | القيمة | أين تَرِد |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
يحافظ العصبون في حالة الراحة على نحو −70 mV عبر غشاء سمكه 5 nm. والمجال فيه نحو 14 MV/m.
بطارية السيارة ذات 12 V تعطي كل كولوم 12 J. ويسحب محرك التشغيل مئات الأمبيرات — أي كيلوواطات من القدرة.
الستاتفولت في نظام CGS يقارب 300 V، وبدقة أكبر 299,792 458 V.
03 · مراتب العِظَم
04 · أدوات القياس
05 · قواعد الكتابة
06 · الوحدات المجاورة
07 · القسم التاريخي
منذ عام 1990 يُحفظ الفولت بوصلات جوزيفسون. الوصلة فائقة التوصيل تحت موجات ميكروية ترددها f تعطي جهدًا بدرجات قدرها f/K_J تمامًا، حيث K_J = 2e/h ثابت جوزيفسون. ومنذ عام 2019 صار دقيقًا: 483 597,848 4 GHz/V. وسلسلة من عشرات آلاف الوصلات تعطي 10 V بخطأ لا يتجاوز أجزاء من المليار.
قبل ذلك كان المعيار خلية ويستون العيارية — وعاء من الكادميوم والزئبق على هيئة الحرف H. عند 20 °C كانت تعطي 1,018 64 V. وتبيّن أن الفولت الدولي لعام 1908 أكبر من فولت اليوم بنسبة 0,034 %.
فهرس الكميات
الفهرس كله ←الوحدات الأساسية السبع في النظام الدولي
قطرة حمض تغيّر لون العصير، والملح يلوّن اللهب، والماء يتجمد بنقرة. وتحتها كل صفحات Simetrium بحسب المجال وبالترتيب الأبجدي.
افتح الفهرس ←