المضخة والمستهلك: رحلة الطاقة في الدائرة

تخيل الدائرة الكهربائية كنظام أنابيب مياه مغلق. لكي يدور الماء، نحتاج إلى شيئين: "مضخة" تدفع الماء بقوة (تمنحه طاقة)، و"توصيلات" تستهلك هذه الطاقة أثناء جريان الماء.

في الكهرباء، هذه المضخة هي ما نسميه القوة الدافعة الكهربائية (EMF)، أما استهلاك الطاقة عبر الأجهزة فهو فرق الجهد (P.D). في هذا الدرس، سنفكك هذين المفهومين المتشابهين ونعرف الفرق الجوهري بينهما.

📚 1. القوة الدافعة الكهربائية ($E$): (الإنتاج)

هي "مضخة الطاقة" الخاصة بالمصدر (البطارية/المولد).

التعريف: هي الطاقة المحولة من أشكال غير كهربائية (كيميائية/ميكانيكية) إلى طاقة كهربائية عند مرور وحدة الشحنات ($1 \, \text{C}$) خلال المصدر.

💡 2. فرق الجهد ($V$): (الاستهلاك)

هو "ضريبة المرور" التي تدفعها الشحنات عند عبورها للمكونات (مصباح/مقاومة).

التعريف: هو الطاقة الكهربائية المحولة إلى أشكال أخرى (حرارة/ضوء) عند مرور وحدة الشحنات ($1 \, \text{C}$) بين نقطتين.

وحدة القياس (الفولت):
$$1 \, \text{Volt} = \frac{1 \, \text{Joule}}{1 \, \text{Coulomb}}$$ الفولت هو بذل شغل مقداره 1 جول لنقل شحنة مقدارها 1 كولوم.

🧮 أمثلة محلولة:

مثال 1 (حساب القوة الدافعة):
عمود جاف يبذل شغلاً مقداره $0.6 \, \text{J}$ لدفع شحنة مقدارها $0.4 \, \text{C}$ حول دائرة كاملة. احسب قوته الدافعة.

الحل: $$E = \frac{W}{Q} = \frac{0.6}{0.4} = 1.5 \, \text{V}$$

مثال 2 (حساب فرق الجهد - السخان):
سخان كهربائي يمرر شحنة $3.75 \times 10^4 \, \text{C}$ ويحول طاقة كهربائية مقدارها $9 \times 10^6 \, \text{J}$ إلى حرارة. احسب فرق الجهد عبر طرفيه.

الحل: $$V = \frac{W}{Q} = \frac{9 \times 10^6}{3.75 \times 10^4} = 240 \, \text{V}$$

🚀 الفيزياء في حياتنا: لماذا الكهرباء خطيرة؟

كثيراً ما نرى لافتات "خطر: جهد عالي" ($High Voltage$). هل الجهد هو القاتل؟

في الحقيقة، الجهد العالي هو "الدافع".

• الجهد العالي ($V$) يضمن مرور تيار كبير ($I$) عبر جسم الإنسان (لأن $I=V/R$).
• التيار الكبير يسبب قدرة مدمرة ($P$) وتوليد حرارة هائلة ($P = V \times I$) تؤدي لحروق داخلية وتوقف القلب.

لذا، الحذر واجب عند التعامل مع أي مصدر للجهد، فالفولتية هي التي تفتح الباب للتيار القاتل.