انخفاض الجهد

حساب الجهد المفقود عبر مسار سلك

كل سلك له بعض المقاومة، لذا يُفقد دائمًا بعض الجهد بين المصدر وما يُغذيه — انخفاض الجهد هو مقدار ذلك. أدخل مادة السلك ومقياسه، والتيار الذي يحمله، وطوله باتجاه واحد، والجهد المصدر، ويعرض هذا الحاسبة بالضبط كم فولت (وما هي النسبة المئوية) تُفقد عبر ذلك المسار.

هذا مهم أكثر ما يكون على مسارات الأسلاك الأطول — لوحة فرعية لمرآب أو سقيفة، دائرة تمديد، أو مسار عودة مصفوفة شمسية إلى عاكس — حيث يمكن أن يجعل انخفاض الجهد الزائد الأضواء خافتة، والمحركات تعمل بحرارة أكبر وكفاءة أقل، ومعدات أخرى تتصرف بشكل غير متوقع رغم أنها لا تزال تستقبل الطاقة تقنيًا.

الصيغة

$$\text{انخفاض الجهد} = \frac{2 \times \vA{K} \times \vB{\text{التيار}} \times \vC{\text{الطول باتجاه واحد}}}{\vD{\text{الدوائر الملّية}}}$$

• K هو ثابت مقاومة خاص بمادة السلك (نحاس أو ألومنيوم) — خاصية فيزيائية مستقرة منذ زمن طويل، وليست شيئًا يتغير بمرور الوقت.
• الدوائر الملّية هي المساحة المقطعية لمقياس السلك، مأخوذة من جدول AWG (مقياس السلك الأمريكي) المرجعي القياسي.
• عامل 2 يأخذ في الاعتبار الرحلة ذهابًا وإيابًا التي يقطعها التيار فعليًا — إلى الحمل عبر موصل واحد وعودة عبر الآخر — حتى لو كنت تدخل فقط المسافة باتجاه واحد.

مثال محلول

سلك نحاس 12 AWG يحمل 20 أمبيرًا عبر مسار باتجاه واحد طوله 50 قدمًا على دائرة 120 فولت:

1. سلك نحاس 12 AWG له مساحة مقطعية تبلغ 6,530 دائرة ملّية، وثابت K للنحاس هو 12.9.
2. انخفاض الجهد: $\frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 50}{6,530} \approx 3.95 \text{ فولت}$.
3. كنسبة مئوية من المصدر: $3.95 \div 120 \times 100 \approx 3.29\%$ — أعلى قليلاً من الإرشاد شائع الذكر البالغ 3% لدائرة فرعية، مما يعني أنه يستحق النظر في مقياس أكثر سمكًا أو مسار أقصر.

عوامل رئيسية يجب مراعاتها

• رقم AWG أصغر يعني سلكًا أسمك، وهو مصدر شائع للارتباك. يسير ترقيم مقياس السلك في الاتجاه المعاكس للحدس — السلك 10 AWG أسمك فيزيائيًا ومقاومته أقل من السلك 14 AWG، لذا فإن تكبير حجم سلك لتقليل انخفاض الجهد يعني اختيار رقم مقياس أصغر، وليس أكبر.
• للنحاس والألومنيوم مقاومة نوعية مختلفة بشكل ملموس، ما يغيّر انخفاض الجهد لنفس المقياس والطول. الألومنيوم له مقاومة أعلى بشكل ملحوظ من النحاس، لذا يحتاج مسار ألومنيوم مقياسًا أسمك من مسار نحاسي لتحقيق نفس انخفاض الجهد على نفس المسافة — تأكد دائمًا من المادة المستخدمة فعليًا قبل اختيار مقياس بناءً على حساب انخفاض الجهد.
• يسبب انخفاض الجهد المفرط مشاكل حقيقية ومتراكمة تتجاوز مجرد الأضواء الخافتة. تسحب المحركات التي تعمل بجهد ناقص تيارًا أكبر للتعويض، ما يولّد حرارة إضافية ويقلل عمرها الافتراضي — هذا بالضبط سبب أهمية انخفاض الجهد كاعتبار حقيقي لعمر المعدات والسلامة، وليس مجرد ملاحظة كفاءة بسيطة.
• تأتي إرشادات انخفاض الجهد شائعة الذكر البالغة 3% (دائرة فرعية) و5% (تغذية ودائرة فرعية مجتمعتين) من توصيات قانون الكهرباء الوطني نفسها، وليست حدًا قانونيًا صارمًا في معظم الجهات القضائية. هذه النسب المئوية أهداف ممارسة فضلى متبعة على نطاق واسع لضمان استلام المعدات جهدًا كافيًا — تحقق دائمًا من متطلبات قانون الكهرباء المحلي لأي شيء يتجاوز تقديرًا مرجعيًا للأعمال الذاتية، خاصة لتركيب كهربائي مرخّص.

أخطاء شائعة

• إدخال طول السلك ذهابًا وإيابًا بدلاً من المسافة باتجاه واحد. تضاعف صيغة هذه الحاسبة الطول داخليًا بالفعل لمراعاة الموصل العائد — إدخال طول مضاعف مسبقًا يبالغ في تقدير انخفاض الجهد بمقدار الضعف.
• الخلط في اتجاه أرقام AWG. افتراض أن رقم مقياس أكبر يعني سلكًا أكبر بمقاومة أقل هو عكس الصحيح — السلك 10 AWG أسمك (وينخفض فيه جهد أقل) من السلك 14 AWG، وليس العكس.
• استخدام ثابت مقاومة النحاس لمسار من الألومنيوم، أو العكس. للمادتين مقاومة مختلفة بشكل ملموس، لذا فإن استخدام ثابت المادة الخاطئة ينتج تقدير انخفاض جهد لا يطابق السلك المركّب فعليًا.

معلومات مفيدة

• تحدد حجم مسار سلك لمسار عودة مصفوفة شمسية إلى عاكس؟ حاسبة حجم نظام الألواح الشمسية وحاسبة وفورات الألواح الشمسية يساعدان في تخطيط النظام الذي سينقل هذا السلك الطاقة له فعليًا.
• تريد التحقق مرة أخرى من علاقة التيار والمقاومة مباشرة باستخدام قانون أوم؟ حاسبة قانون أوم يحل للجهد أو التيار أو المقاومة من القيمتين الأخريين.