ولتاژ چیست؟ آیا پتانسیل الکتریکی همان ولتاژ است؟
اینکه ولتاژ چیست و آیا ارتباطی با پتانسیل الکتریکی دارد یا خیر را، می‌خواهیم در این مقاله مورد بررسی قرار دهیم. موضوع ولتاژ از مفاهیم پرکاربرد در علوم الکتریسیته است. هر مهندس برق یا هر شخصی که با الکتریسیته کار می‌کند باید دانش مناسب در این رابطه را داشته باشد و بتواند برای هر المان الکتریکی توضیح دهد که ولتاژ چیست و در المان مورد نظر چگونه می‌توان آن را توضیح داد.
برای بررسی اینکه ولتاژ چیست لازم است تا برخی مفاهیم پایه‌ای و بنیادی در رابطه با الکتریسیته را بشناسیم؛ این مفاهیم قبلا در مقالات جداگانه‌ای مورد بررسی قرار گرفته‌اند اما در زیر نیز به آن‌ها به صورت مختصر اشاره خواهیم کرد.
آنچه در این مقاله می خوانید
بار الکتریکی و پتانسیل الکتریکی
همانطور که در مقاله بار الکتریکی گفتیم، بار الکتریکی یک ویژگی ذاتی مواد است و مانند ویژگی‌هایی همچون جرم و حجم، قابل اندازه گیری است و تحت شرایطی می‌تواند حرکت کند و بین اجسام جابجا شود.
همچنین در مقاله پتانسیل الکتریکی بیان کردیم که هنگامی که بارهای الکتریکی در یک ماده گرد هم آیند، با توجه به خاصیت نیرو و میدان الکتریکی اطراف بارها، انرژی در ماده ذخیره می‌شود که آن را پتانسیل الکتریکی می‌نامند.
اما بار الکتریکی و پتانسیل الکتریکی چه تاثیری در جاری شدن الکتریسیته خواهند داشت؟ اگر دو ماده با پتانسیل الکتریکی متفاوت داشته باشیم، آیا بارهای الکتریکی بین آن‌ها جابجا خواهند شد یا در حالتی که پتانسیل الکتریکی آن‌ها برابر باشد، مجوز جابجایی الکترون‌ها بین آن‌ها به وجود می‌آید؟
ولتاژ چیست؟
بهتر است با یک مثال شروع کنیم. حرکت آب در روی زمین را در نظر بگیرید؛ اصلی‌ترین عامل حرکت کردن آب چیست؟ بله درسته، ارتفاع. یعنی اگر آب در یک سطحی قرار گیرد که اختلاف ارتفاعی در تمام نقاط آن وجود نداشته باشد، آب راکد خواهد بود. برای انتقال آب از ارتفاع پایین تر به بالاتر چطور؟ بله، با استفاده از اعمال فشار توسط یک پمپ آب.
یک توپ را در نظر بگیرید که در روی یک تپه قرار دارد و نیرویی به آن اعمال می‌شود؛ عامل گرانش باعث ذخیره شدن نیروی پتانسیل گرانشی در توپ شده و با اولین اعمال نیرو، توپ به سمت پایین حرکت می‌کند. و یا با زدن به زیر توپ و حرکت کردن توپ به سمت ارتفاع بالاتر.
با توجه به این مثال‌ها می‌بینیم که برای حرکت کردن، نیاز به اختلاف انرژی بین دو نقطه داریم تا حرکت را شاهد باشیم. این انرژی می‌تواند در ماده ذخیره شده باشد یا به آن اعمال شود. در رابطه با بارهای الکتریکی این موضوع نیز صادق است؛ یعنی ما نیاز به اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه داریم تا بارها امکان حرکت کردن داشته باشند.
” اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه را ولتاژ می‌گویند. “
به همین راحتی. واحد ولتاژ را به افتخار آقای آلساندرو ولتا دانشمند ایتالیایی و مخترع باتری‌های امروزی، ولت نام‌گذاری کرده‌اند و با نماد v نمایش می‌دهند. در پاسخ دیگر برای ولتاژ چیست، می‌توان اینگونه نوشت:
” کار لازم برای انتقال یک بار الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر است. “
انواع ولتاژ
اصطلاح ولتاژ مستقیم (DC) و ولتاژ متناوب (AC) را شاید شنیده باشید؛ این دو اشاره‌ای به انواع ولتاژها دارند که در ادامه خواهیم دید که این مفاهیم برای انواع ولتاژ چیست؟
ولتاژ مستقیم یا ولتاژ DC
این ولتاژ یا همان اختلاف پتانسیل، اشاره به ولتاژ بین دو نقطه دارد که همواره در طول زمان مقدار ثابتی دارد و جهت آن نیز همیشه ثابت است. به عبارتی جهت پلاریته‌های ولتاژ (قطب‌های مثبت و منفی) تغییر نمی‌کند.
ولتاژ متناوب یا ولتاژ AC
این ولتاژ یا همان اختلاف پتانسیل، اشاره به ولتاژ بین دو نقطه دارد که بر خلاف ولتاژ مستقیم در طول زمان اندازه آن و همچنین جهت آن تغییر می‌کند و مقدار ثابتی ندارد.