كيف تلعب خريطة الجهد
- اختر اختبارًا واقرأ على البطاقة الشحنات والمسار.
- استخدم V = k·Q ÷ r لكل شحنة، واجمع الجهود، واستخدم W = q·(V₂ − V₁) للشغل.
- اكتب توقّعك واضغط ابدأ. تُحمَل شحنة الاختبار على طول المسار؛ ويقرأ مقياسها V والشغل.
- قارن المقياس وخطوط تساوي الجهد والرسم البياني بتوقّعك البرتقالي.
الجهد الكهربائي
الجهد الكهربائي عند نقطة هو الطاقة التي يملكها كل كولوم من الشحنة هناك: V = U ÷ q، بالفولت، والفولت جول لكل كولوم. تصنع الشحنة النقطية Q جهدًا V = k·Q ÷ r يتناقص مثل 1 ÷ r لا مثل 1 ÷ r² كما يفعل المجال. الجهد عدد له إشارة، لذا تُجمَع جهود عدة شحنات ببساطة: بين شحنتين موجبتين لا يلغي أحدهما الآخر أبدًا حتى حيث يلغي المجالان بعضهما، وبين شحنة + وشحنة − متساويتين في المقدار يكون الجهد في المنتصف 0 مع أن المجال هناك قوي. تشبه خريطة الجهد خريطة التضاريس: قرب الشحنة الموجبة تكون الأرض مرتفعة، وتصل خطوط تساوي الجهد بين النقاط ذات الجهد نفسه. حمل شحنة q من نقطة إلى أخرى يتطلب شغلًا W = q·(V₂ − V₁) مهما كان المسار، والسير على خط تساوي الجهد لا يتطلب شيئًا، لأن القوة الكهربائية عمودية دائمًا على خطوط تساوي الجهد.
نموذج تعليمي مركّز
الشحنات الثابتة شحنات نقطية في الهواء، ويُعامَل الهواء معاملة الفراغ، والجهد 0 بعيدًا جدًا. تُحمَل شحنة الاختبار +1 nC بانتظام على طول المسار مدة 2 s وتُثبَّت مدة 1 s؛ وهي أصغر من أن تحرّك الشحنات الأخرى، ولا يشمل مقياسها جهدها هي. يعرض عدّاد الشغل q·(V الآن − V عند البداية)، أي الشغل الذي تبذله ضد القوة الكهربائية مهما كان المسار. يتدرج الظل من الكحلي عند 0 V إلى الأفتح من 300 V فما فوق؛ وتُرسَم خطوط تساوي الجهد كل 20 V عند بدء المحاولة، وسهم القوة بمقياس مذكور. الإجابات ضمن 2% صحيحة؛ ويجب أن يكون الشغل الصفري ضمن 0.5 nJ.