الكمون الكهربائي Electric potential يقصد به مقدار الطاقة الكهربائية الكامنة لدى جميع كولوم, حيث الكولوم هووحدة قياس الشحنة الكهربية في جسيم ما, ومقدار الشحنة التي يحملها الإلكترون مساوية تماما لشحنة البروتون وهي بالتقريب 1.602 × 10^–19 كولوم.

حيث وحدة قياس الجهد الكهربي هي فولت ويعهد فرق الجهد الكهربي بين نقطتين مختلفتين بالجهد الكهربي, ودائما تسري حاملات الشحنة السالبة - وهي الإلكترونات - من القطب السالب إلى القطب الموجب . ولكن قبل اكتشاف الإلكترون وفهم حقيقة أنه هوبذاته الذي يشكل سريان التيار ، كان تعريف سير التيار الكهربائي قد سقط ، وهوكما تعودنا حتى نقول حتى التيار ينتقل من القطب الموجب إلى القطب السالب.

يمكن حساب شدة المجال الكهربي حول شحنة بطريقة أخرى، حسب قانون كولوم فإن الكولوم الواحد يخلق حوله مجالا كهربيا يمكن حسابه بالقانون التالي.

${\displaystyle E={1 \over 4\pi \varepsilon _{0 {\frac {q {r^{2$

حيث E هي المجال الكهربي ووحدة قياسه نيوتن/كولوم أوفولت/متر

أي حتى شدة المجال الكهربي تتناسب تناسبا عكسيا ً مع مربع المسافة بين الشحنة الكهربية ونقطة المشاهدة.

وبإجراء عملية تكامل مغلق على هذا المجال الكهربي بالنسبة لطوله يمكن حساب قيمة الجهد الكهربي الناشئ عنه.

${\displaystyle \phi _{\mathrm {E =-\oint _{C \mathbf {E \cdot d\mathbf {l$

والإشارة السالبة تظهر هنا لأن الإلكترون يحمل شحنة كهربية سالبة فيسري دائما عكس اتجاه المجال الكهربي بينما البروتون حامل الشحنة الموجبة دائما يجري في نفس اتجاه المجال الكهربي وهذا التكامل هوالصورة التكاملية من معادلة ماكسويل الثالثة.

مفهوم الكمون

لمفهوم الكُمون أهمية بالغة في الفيزياء، فهويرد عند الحديث عن قوى الثنطقة gravity وقوى التدافع والتجاذب الكهربائية، أي قوة كولون، كما يرد في فروع أخرى من فروع الفيزياء.

إن نقل جسم كتلته m من نقطة A على سطح الأرض حيث قيمة التسارع الأرضي g إلى نقطة B تبعد عنها مسافة عمودية h، يحتاج بذل عمل مقداره mgh يختزنه الجسم بشكل طاقة كامنة potential energy، فإذا أُتيح للجسم بأن يهوي من حديث أعاد هذه الطاقة، وتكون الطاقة الكامنة الثنطقية لواحدة الكتل مساوية gh ويسمى هذا المقدار الكمون الثنطقي قريباً من سطح الأرض ويرمز له بـ V. فإذا هبط الجسم من موضع الكمون فيه V1 إلى موضع الكمون فيه V2، قام بعمل W12 يعطى بالعلاقة:

(1)W12 = m (V1- V2) = mg (h1- h2)

وإذا كان مقدار ابتعاد الجسم h عن سطح الأرض كبيراً، فإنه يمكن تعريف تابع كمون V بدلالة التسارع الثنطقي g0 قريباً من سطح الأرض بالعلاقة:

(2)V = g0 R2/ (R + h)

حيث ترمز R إلى نصف قطر الأرض. ولتابع الكمون هذا خصائص تابع الكمون نفـسها قريباً من سطح الأرض، فإذا انتقل جسم من الارتفاع h1 إلى الارتفاع h2 فوق سـطح الأرض، فإنه يقـوم بعمـلW12 يتحدد بالطريقة ذاتها ويكون:

(3)

لتابعي الكمون السابقين مزية ألا وهي استقلال العمل المحسوب منهما عن الطريق الذي يسلكه الجسم بين الوضعين الابتدائي والنهائي، وهذا ما يسهل توضيحه في حالة جسم قريب من سطح الأرض مثلاً، فالعمل الناجم عن انتنطق الجسم في الشكل (1) بين النقطتين B وA، يساوي مجموع الأعمال الناشئة عن الانتنطقات BE وED وDC وCA. إلا حتى العمل على جميع من الطريقين EB وCD معدوم لتعامد القوة على اتجاه الطريق، ويبقى فقط العمل على جميع من ED وCA وهويساوي mgh وضوحاً.

وثمة ميزة أخرى لتابع الكمون، وهي حتى العمل المحسوب منه مستقل عن مبدأ قياس الكمون؛ ففي الحالة التيقد يكون فيها الكمون V مساوياً ghقد يكون الموضع h=0 أي سطح الأرض هوموضع انعدام الكمون، فإذا اختير الموضع h=h0 لانعدام الكمون فإن الكمون في هذه الحالة يعطى بالعلاقة:

V = g(h - h0)

ويكون عندها العمل الناجم عن انتنطق جسم في حقل الثـنطقة الأرضية بين نقطتين h = h1 وh = h2 معطى بالعلاقة:

(4)W12 = g(h1- h0) - g(h2- h0)

W12= g(h1- h2)

وهذا ما تؤكده العلاقة (1). واضح حتى واحدة الكمون الثنطقي هي Joule/kg.

يمكن معالجة الكمون الكهربائي بأسلوب مماثل. إذا تحريك شحنة كهربائية q' في حقل شحنة كهربائية أخرى q من إشارة واحدة مثلاً، يحتاج التغلب على قوة تدافع كهربائية، وتظهر هي قوة كولون التي تعطى بالعلاقة:

وذلك باعتبار r البعد بين الشحنتين وk ثابت قيمتهتسعة × 10تسعة في الجملة الدولية.

وإذا هجرت الشحنة q' وشأنها من الموضع الذي بلغته أي r=r1 كي تنطلق إلى الموضع r = r2 فإنها تقوم بعمل هو:

ويلاحظ هنا كذلك حتى العمل مستقل عن الطريق المسلوك بين النقطتين r1 وr2.

يعرَّف الكمون في النقطة r على أنه الطاقة الكامنة لواحدة الشحنة، وعليهقد يكون الكمون في الموضع الذي يبعد عن الشحنة q' مسافة r مساوياً لـ:

(5)

يلاحظ من هذا أن: V = 0 عندما ∞r = ، إلا حتى الأمر لايتغير أبداً فيما لواختير موضع آخر مثلاً r = r0 موضعاً للكمون المعدوم، وذلك لأن المهم هوفرق الكمون بين الموضعين المدروسين وهولايختلف أبداً، شأنه في ذلك شأن الكمون الثنطقي.

يـشار هنا إلى حتى واحدة الكمون هي جول/كولون أي (J/C) وقد رمز لهذه الواحدة بالاسم فولط ورمزه V، وقد تسـتخدم أجزاؤه الميلي فولط (M1mV= 10-3 V) أوالميـكروفـولط (V1μV= 10-6 V)، كما تستخدم مضاعفاته الكيلوفولط (K1kV= 103V) أوالميـغا فولـط (M1MV= 106 V).

يقاس الكمون وفرق الكمون كذلك بمقاييس الفولط أوبمقاييس الكهربية electrometers أوباستخدام جسور كهربائية مناسبة حيث يجري البحث عن نقطة توازنها.

ويظهر في الشكل (3) مقياس للكهربية، يتألف من لوحين دائريين معدنيين يستند فيه الجزء المركزي من اللوح العلوي إلى نابض ss'، ويعزل اللوحين قرصان من الكوارتز Q' وQ. توضع كتلة M فوق الجزء المركزي من القرص العلوي حتى يغدوفي مستوي جزئه الخارجي، ويدل مؤشر P على ذلك، فإذا طبق فرق الكمون V بين لوحي المكثفة اختل وضع المؤشر P، وتتطلب إعادته إلى وضعه السابق انتزاع جزء من الكتلة M من فوق الجزء المركزي من القرص العلوي، فإذا رمز بـ F إلى وزن الكتلة المنتزعة فإنهقد يكون:

F = e0V2A/2d2

حيث ترمز ε0 إلى سماحية الفضاء الحر، وA إلى مساحة الجزء المركزي من اللوح العلوي، وd إلى البعد بين لوحي المكثفة، ومنه يستنتج فرق الكمون بين اللوحين، الذي قد يوصل أحدهما بالأرض.

في الكهرباء الساكنة

التعميم في الديناميكا الكهربائية

الوحدات

Galvani potential versus electrochemical potential

المصادر

• Griffiths, David J. (1998). Introduction to Electrodynamics (3rd. ed.). Prentice Hall. ISBN .
• Jackson, John David (1999). Classical Electrodynamics (3rd. ed.). USA: John Wiley & Sons, Inc. ISBN .
• Wangsness, Roald K. (1986). Electromagnetic Fields (2nd., Revised, illustrated ed.). Wiley. ISBN .

انظر أيضاً

• كمون كهروكيميائي Electrochemical potential
• جهد كهربائي، أوفرق الجهد الكهربائي
• Absolute electrode potential
• Electrochemical potential
• Electrode potential
• Galvani potential
• Mathematical descriptions of the electromagnetic field
• Voltage, or electric potential difference

المصادر

This article includes a list of references, but its sources remain unclear because it has insufficient inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (April 2008)

• Griffiths, David J. (1998). Introduction to Electrodynamics (3rd. ed.). Prentice Hall. ISBN .
• Jackson, John David (1999). Classical Electrodynamics (3rd. ed.). USA: John Wiley & Sons, Inc. ISBN .
• Wangsness, Roald K. (1986). Electromagnetic Fields (2nd., Revised, illustrated ed.). Wiley. ISBN .