قياس الطاقة الكهربائية الكامنة في دائرة كهربائية كاملة ، حيث تعتبر طاقة الوضع الكهربائية أحد أنواع الطاقة الكهروستاتيكية، وفي هذا المقال سنتحدث بالتفصيل عن طاقة الوضع الكهربائية، وسنشرح جميع مقاييس ووحدات هذه الطاقة، مع ذكر كيفية التحويل بين وحدات هذه الطاقة طاقة كهربائية.
ما هي الطاقة الكهربائية الكامنة
طاقة الوضع الكهربائية، وتسمى أيضًا طاقة الوضع الكهروستاتيكية، هي طاقة محتملة تنتج عن قوى كولوم المحافظة، وترتبط بتكوين مجموعة معينة من الشحنات النقطية ضمن النظام الكهربائي المحدد، وقد يكون لجسم ما طاقة وضع كهربائية بفضل عاملان أساسيان، وهما كما يلي:
- الشحنة الكهربائية للجسم .
- الموقع النسبي للجسم بالنسبة للأجسام المشحونة كهربائيا.
في الواقع، يستخدم مصطلح طاقة الوضع الكهربائية لوصف الطاقة الكامنة في الأنظمة ذات المجالات الكهربائية المتغيرة بمرور الوقت، أي الأنظمة الكهربائية التي تتغير بمرور الوقت، بينما يستخدم مصطلح طاقة الوضع الكهروستاتيكية لوصف الطاقة الكامنة في الأنظمة ذات المجالات الكهربائية المجالات الكهربائية التي لا تتغير مع الزمن، ويتم تعريف طاقة الوضع الكهربائية لنظام الشحن النقطي، وهي الشغل الفيزيائي المطلوب لتجميع هذا النظام من الشحنات من خلال تقريبها من بعضها البعض، ويرمز لطاقة الوضع الكهروستاتيكية المعادلات والصيغ الرياضية بالرمز UE، أما الشحنات النقطية فيرمز لها بالرمز q والموضع يرمز له بالرمز r، والمجال الكهربائي E، والشغل الكهربائي الذي تقوم به هو القوة الكهروستاتيكية لجلب الشحنة النقطية من الموضع المرجعي ويشار إليه بالرمز W.
أنظر أيضا: تطبيق القوة الدافعة الكهربائية (EMF).
قياس الطاقة الكهربائية الكامنة في دائرة كهربائية كاملة
قياس الطاقة الكهربائية الكامنة في دائرة كهربائية كاملة هو جول (بالإنجليزية: Joule)، أما الذي يؤثر على هذه القيمة هو الجهد الكهربائي، إذ أن الجهد الكهربائي هو القوة الدافعة الكهربائية، وهي مقدار الطاقة الدافعة للإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب، وينتج عن هذه الحركة في تحويل الطاقة الكهربائية إلى أنواع أخرى من الطاقة ويقاس الجهد الكهربائي بوحدة الفولت، ويرمز لهذه الوحدة بالرمز V أو الرمز العربي Q، أما طاقة الوضع الكهربائية تقاس بوحدة الجول بالرمز J، أو وحدة الإلكترون فولت التي يرمز لها بالرمز eV، ويتم التحويل بين الوحدتين من خلال صيغ رياضية تعبر عن مقدار وحدة الجول مقارنة بوحدة الإلكترون فولت، حيث أن كل إلكترون فولت يساوي حوالي 1.602×10-19 الجول، وفيما يلي القانون الرياضي المستخدم للتحويل من وحدة الإلكترون فولت إلى وحدة الجول، وهو كما يلي:
القيمة بالجول = القيمة بالإلكترون فولت × 1.602 × 10-19
فيما يلي بعض الأمثلة العملية لكيفية التحويل من الإلكترون فولت إلى الجول:
- المثال الأول: تحويل 4.5 إلكترون فولت إلى جول
طريقة الحل:القيمة بالإلكترون فولت = 4.5 إلكترون فولت
القيمة بالجول = القيمة بالإلكترون فولت × 1.602 × 10-19القيمة بالجول = 4.5 × 1.602 × 10-19
القيمة بالجول = 7.20 × 10-19 جول
4.5 فولت ≈ 7.20 × 10-19 جول - المثال الثاني: تحويل 12 إلكترون فولت إلى جول
طريقة الحل:القيمة بالإلكترون فولت = 12 إلكترون فولت
القيمة بالجول = القيمة بالإلكترون فولت × 1.602 × 10-19القيمة بالجول = 12 × 1.602 × 10-19
القيمة بالجول = 1.922 × 10-18 جول
12 إلكترون فولت ≈ 1.922 × 10-18 جول - المثال الثالث: تحويل 0.75 إلكترون فولت إلى جول
طريقة الحل:القيمة بالإلكترون فولت = 0.75 إلكترون فولت
القيمة بالجول = القيمة بالإلكترون فولت × 1.602 × 10-19القيمة بالجول = 0.75 × 1.602 × 10-19
القيمة بالجول = 1.201 × 10-19 جول
0.75 فولت ≈ 1.201 × 10-19 جول - المثال الرابع: تحويل 2.9 إلكترون فولت إلى جول
طريقة الحل:القيمة بالإلكترون فولت = 2.9 إلكترون فولت
القيمة بالجول = القيمة بالإلكترون فولت × 1.602 × 10-19القيمة بالجول = 2.9 × 1.602 × 10-19
القيمة بالجول = 4.646 × 10-19 جول
2.9 فولت ≈ 4.646 × 10-19 جول
أنظر أيضا: كيف يصبح الجسم مشحونا كهربائيا؟
التحويل من الجول إلى الإلكترون فولت للحصول على طاقة الوضع الكهربائية
من الممكن التحويل من وحدة الجول للطاقة الكامنة الكهربائية إلى وحدة الإلكترون فولت، وذلك عن طريق صيغ رياضية تعبر عن مقدار وحدة الجول مقارنة بوحدة الإلكترون فولت، حيث أن كل جول يساوي حوالي 6.241× 1810 إلكترون فولت، وفيما يلي القانون الرياضي المستخدم للتحويل من وحدة الجول إلى وحدة إلكترون فولت، وهو كما يلي:
القيمة بالإلكترون فولت = القيمة بالجول × 6.241 × 1810
فيما يلي بعض الأمثلة العملية لكيفية التحويل من الجول إلى إلكترون فولت:
- المثال الأول: تحويل 600 جول إلى إلكترون فولت
طريقة الحل:القيمة بالجول = 600 جول
القيمة بالإلكترون فولت = القيمة بالجول × 6.241 × 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 600×6.241× 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 3.744 س 2110 فولت الإلكترون
600 جول ≈ 3.744 س 2110 فولت الإلكترون - المثال الثاني: تحويل 350 جول إلى إلكترون فولت
طريقة الحل:القيمة بالجول = 350 جول
القيمة بالإلكترون فولت = القيمة بالجول × 6.241 × 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 350 × 6.241 × 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 2.184 س 2110 فولت الإلكترون
350 جول ≈ 2.184 س 2110 فولت الإلكترون - المثال الثالث: تحويل 75 جول إلى إلكترون فولت
طريقة الحل:القيمة بالجول = 75 جول
القيمة بالإلكترون فولت = القيمة بالجول × 6.241 × 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 75 × 6.241 × 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 4.68 س 2010 فولت الإلكترون
75 ي ≈ 4.68 س 2010 فولت الإلكترون - المثال الرابع: تحويل 10 جول إلى إلكترون فولت
طريقة الحل:القيمة بالجول = 10 جول
القيمة بالإلكترون فولت = القيمة بالجول × 6.241 × 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 10 × 6.241 × 1810
القيمة بالإلكترون فولت = 6.241 س 1910 فولت الإلكترون
10 جول ≈ 6.241 س 1910 فولت الإلكترون
أنظر أيضا: التيار الكهربائي الناتج عن تغير المجالات المغناطيسية
في ختام هذا المقال ، عرفنا ذلك قياس الطاقة الكهربائية الكامنة في دائرة كهربائية كاملة الجول كما شرحنا بالتفصيل ما هي طاقة الوضع الكهربائية وذكرنا الخطوات التفصيلية لطريقة التحويل بين وحدة الجول ووحدة الإلكترون فولت.