ما هو الفولت في الفيزياء ولماذا يستخدم؟

الفولت (Volt) هو وحدة قياس فرق الجهد الكهربي والقوة الدافعة الكهربية في النظام الدولي لوحدات القياس (SI). يمكن تعريف الفولت بأنه فرق الجهد الكهربي بين نقطتين في موصل يمر به تيار شدته واحد أمبير (Ampere) عندما يكون مقدار الطاقة المستهلكة فيه واحد وات (Watt)، وهو كذلك فرق الجهد الكهربي بين طرفي مقاومة مقدارها واحد أوم (Ohm) عندما يمر بها تيار شدته واحد أمبير.

حصل الفولت على اسمه من اسم الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا الذي ولد سنة 1745 في مدينة كومو الإيطالية ودرس بمدرستها. اخترع فولتا البطارية الكهربية الأولى على الإطلاق من بين إسهامات أخرى قدمها في دراسة الطاقة الكهربية.

لا أتخيل أنني قدمت لك جوابًا إلى الآن، فلكي تكتمل الإجابة أو بالأحرى لكي تتضح الإجابة لا بد أن أبين عددًا من المفاهيم، فقد قلت أن الفولت هو وحدة قياس الجهد الكهربي (electric potential) والقوة الدافعة الكهربية (electromotive force)، لكن ماذا يكون الجهد الكهربي وماذا تكون القوة الدافعة الكهربية؟! سأبدأ مع ماذا تكون الكهرباء؟

أعرفك على صديقنا الإلكترون الذي يحمل شحنة سالبة وبحركته خلال المواصلات نحصل على الكهرباء. القوة التي تدفع إلكترونين بعيدًا عن بعضهما، أو بقول آخر تدفع جسيمين يحملان شحنتين متماثلتين عن بعضهما أو تجذب جسيمين لهما شحنتان مغايرتان نحو بعض، هذه القوة تعرف بالقوة الكهربية (electric force).

نحن متفقان أن الجسيمات الحاملة لشحنات مماثلة تتنافر في حين أن تلك الحاملة لشحنات مختلفة تتجاذب، كما في قطبي المغناطيس. وهنا يظهر مفهوم الحقل أو المجال الكهربي.

لنفترض أن لدينا جسيمان مشحونان أحدهما إلكترون و الآخر جسيم موجب، سيتحرك الجسيم الموجب بتأثير الإلكترون، وهذا ما يصفه المجال الكهربي، يصف الكيفية التي يتحرك بها الجسيم موجب الشحنة المفترض هذا متأثرًا بشحنة الإلكترون. أوضح فقط أننا لا نملك هنا جسيمًا موجبًا فعليًا نستخدمه في قياس المجال الكهربي أو تحديده، بل نفترض واحدًا. الحقل أو المجال الكهربي إذًا هو المنطقة حول الجسيم المشحون التي يحضر فيها تأثير الجسيم على الجسيمات الأخرى حاملة الشحنة.

اتجاه المجال الكهربي يكون من الموجب للسالب، ولو أردنا نقل شحنة ضد المجال سنحتاج قدرًا من الطاقة هو ما نسميه الجهد الكهربي. لكي تتحرك الإلكترونات عبر الموصل يلزم وجود فرق في الجهد بين نقطتين عبر الموصل. تتحرك الشحنات من الجهد الأعلى إلى الجهد الأقل.

يتم حساب فرق الجهد الكهربي من قانون أوم كالتالي: فرق الجهد الكهربي بين طرفي الموصل V = مقاومة الموصل R × شدة التيار المار خلاله I.

مفهوما المقاومة وفرق الجهد يحتاجان توضيحًا كذلك، لكني لا أدري أين سينتهي هذا بالجواب، لذا سأكتفي بما ذكرته حول فرق الجهد وسأنتقل في الفقرة التالية إلى القوة الدافعة الكهربية. أضيف وحسب أن من العلاقة المذكورة يستنتج أن الفولت يساوي الأمبير (وحدة قياس شدة التيار) مضروبًا في الأوم (وحدة قياس المقاومة الكهربية).

مفهوم القوة الدافعة الكهربية يرتبط بتوليد الطاقة الكهربية. فمع توليد كل شحنة يبذل مقدار من الشغل (الطاقة) هو ما يشار إليه بالقوة الدافعة الكهربية (emf). في حالة الحث الكهرومغناطيسي مثلًا (تولد تيار كهربي في موصل اعتمادًا على تغير الفيض أو المجال المغناطيسي الذي يقطعه) تتولد قوة دافعة كهربية مستحثة عند حركة الموصل داخل المجال المغناطيسي أو حركة المغناطيس نفسه، مثال ذلك مولد التيار الكهربي (الدينامو).