العلاقة بين فرق الجهد وشدة التيار

• ذات صلة
• الفرق بين التيار المستمر والتيار المتناوب
• الفرق بين الأمبير والفولت والوات

الكهرباء

تعد الكهرباء من الأمور المهمة في حياتنا اليومية، كما أنها محورًا للعديد من الاختراعات العظيمة، إذ تعد شحنات كهربائية مكونة من بروتونات وإلكترونات، كما يُمكن أن تعرف بأنها تدفق للإلكترونات عبر موصل معين مكون من قطبين موجب وسالب، ويطلق على تدفق الكهرباء اسم التيار الكهربائي، فكمية الكهرباء تعني كمية الشحنة المارة خلال ذلك الموصل، فعندما تهتز الشحنات الموجودة في سلك التيار ذهابًا وإيابًا فإن ذلك ينشأ عنه طاقة كهربائية، كما تعد الكهرباء شكل من أشكال الطاقة، كما يمكن أن تعد كمجموعة من الظواهر الفيزيائية المرتبطة بحركة المادة، والتي لها خاصية الشحن الكهربائي، ونتيجة لأهميتها الكبيرة في حياتنا اليومية، فقد أصبح من الضروري فهم طبيعة الكهرباء وآلية عمل الأجهزة الكهربائية من حولنا من خلال معرفة أهم المصطلحات المتعلقة بها؛ كفرق الجهد والتيار الكهربائي.^[١]

العلاقة بين فرق الجهد وشدة التيار

يُطلق على الجهد الكهربائي اسم فرق الجهد الكهربائي أو الفولتية أو القوة الدافعة الكهربائية، والتي يُرمز لها بـV أو E، وتُعرف بأنها الطاقة اللازمة لدفع الإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب في البطارية عبر الموصل، ويُقاس فرق الجهد الكهربائي بوحدة الفولت، وتظهر العلاقة بين فرق الجهد وشدة التيار، من خلال قياس الفرق المحتمل في الشحنة بين نقطتين في المجال الكهربائي، فكلما زاد الجهد زاد تدفق التيار الكهربائي، وبالتالي فإن العلاقة بينهما طردية وفقًا لقانون أوم، الذي يربط بين التيار الكهربائي وفرق الجهد والمقاومة، وفق العلاقة التالية؛ الجهد الكهربائي= التيار الكهربائي×المقاومة الكهربائية، ويُعرف التيار الكهربائي بأنه كمية الشحنات المارة بنقطة ثابتة لكل وحدة زمنية، والوحدة القياسية للتيار الكهربائي هي الأمبير، والتي يُرمز لها بالرمز I.

ويُقصد بفرق الجهد بأنه مقدار الكُمُون الكهربائي بين قطبي البطارية، فإذا كان القطب الأول ذو كُمون +10 فولت، والقطب الثاني ذو كُمون -10 فولت؛ فيبلغ فرق الكمون في هذه الحالة حوالي 20 فولت، ويعد فرق الجهد من الكميات القياسية، فإذا انتقلت مجموعة إلكترونات تساوي في مقدارها 1 كولوم بين القطبين، فإنها ستكتسب 20 جول من الطاقة الحركية، ويوجد نوعان من الجهد هما؛ الجهد المباشر؛ والذي يطلق على الفرق المحتمل بين أطراف الخلية الكهروكيميائية للمحافظة على القطبية نفسها بين أجزاء الموصل، أما النوع الثاني فهو الجهد المتناوب؛ والذي تُعكس فيه القطبية دوريًا.^[٢][٣]

قانون أوم

يعد قانون أوم من المبادئ الأساسية في الكهرباء، وقد أُطلق عليه هذا الاسم نسبة إلى العالم الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم، والذي وضع هذا القانون في عام 1827م، ويعني هذا القانون بأن كمية التيار الكهربائي المارة من خلال موصل معدني في الدائرة الكهربائية تتناسب طرديًا مع الجهد المار عبرها، وذلك عند درجة حرارة معينة، أما المقاومة الكهربائية فإنها تؤثر عكسيًا على شدة التيار الكهربائي، إذ كلما زادت المقاومة، يقل تدفق الشحنات الكهربائية المارة في الموصل، كما تتناسب المقاومة وفقًا لقانون أوم طرديًا مع فرق الجهد الكهربائي، وبالتالي فإن الزيادة في الجهد الكهربائي ينجم عنه زيادة في الطاقة الكامنة في الموصل، وبالتالي تدفق المزيد من الإلكترونات.

وينص قانون أوم على أن فرق الجهد الكهربائي يعني قوة تدفق الشحنات الكهربائية بين طرفي ناقلٍ معدنيٍ أو موصل، والذي يتناسب طرديًا مع شدة التيار المار فيه، وبالتالي فإنه كلما زاد فرق الجهد تزداد شدة التيار الكهربائي، بينما تبقى المقاومة الكهربائية ثابتة مهما تغير فرق الجهد الكهربائي، ويمكن التعبير عن قانون أوم بأنه عبارة عن الجهد الكهربائي E الذي يساوي التيار I مضروبًا في المقاومة R، ويمكن صياغة ذلك القانون رياضيًا من خلال المعادلة التالية؛ فرق الجهد = شدة التيار × المقاومة، وبالرموز؛ E= I × R، إذ إن:^[٤]

• E: هو فرق الجهد الكهربائي مقاسًا بوحدة الفولت V.
• I: التيار الكهربائي مقاسًا بوحدة الأمبير A.
• R: المقاومة الكهربائية مقاسة بوحدة الأوم.

وحدات قياس فرق الجهد والتيار الكهربائي

سُميت كل وحدة من وحدات القياس للتيار الكهربائي والجهد والمقاومة باسم صاحب التجربة الذي ساهم في اكتشافها، فالأمبير نسبة إلى العالم أندريه أمبير، والفولت نسبة إلى الإيطالي أليساندرو فولتا، أما الأوم فنسبة إلى جورج سيمون أوم، ويُقاس الجهد بالفولت، ويرمز إليه بالحرف "V"، بينما يُقاس التيار بالأمبير، يرمز له بالحرف "I"، أما المقاومة فتقاس بالأوم، والتي يرمز لها بالحرف "R"، ويُعرف الأمبير؛ بأنه كمية الشحنة الكهربائية المتدفقة عبر السطح بمعدل كولوم واحد في الثانية، ويُقياس التيار الكهربائي بواسطة جهاز يسمى مقياس التيار الكهربائي، كما يمكن قياسه مباشرة باستخدام الجلفانوميتر، كما يوجد طرق أخرى لقياس التيار الكهربائي؛ كالمقاومات التحويلة، وأجهزة الاستشعار الحالية، والمحولات، ومجسات المجال المغناطيسي، بالإضافة إلى لفائف روجوفسكي والمشابك.^[٤]

المقاومة الكهربائية

نعلم أن المواد تتكون من الذرات، وهذه الذرات تتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، وتتميز البروتونات بامتلاكها لشحنة كهربائية موجبة، في حين تحمل الإلكترونات شحنة سالبة، أما النيوترونات فهي لا تحمل شحنة كهربائية إطلاقًا، أي أنها محايدة، ونتيجة لقوى الجذب القوية، ترتبط هذه الذرات ببعضها البعض بقوى تجاذب موجودة بين نواة الذرات والإلكترونات الموجودة في قشرة الغلاف الخارجي، إذ تكون الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات مستقرة معًا داخل الذرة، ولكن في حال انفصالها عن بعضها فإنها تنتج ما يُدعى بالفرق المحتمل، فعند إنشاء دائرة كهربائية مغلقة، ستبدأ تلك الإلكترونات الحرة بالتحرك نحو البروتونات بسبب فعل الجاذبية الأمر الذي يؤدي إلى تدفق الإلكترونات، ويسمى هذا التدفق؛ بالتيار الكهربائي، في حين لا تتدفق الإلكترونات بحرية عبر الدائرة، وذلك لأن المادة التي تتحرك فيها تخلق قيودًا على حركتها، وهذا القيد يسمى المقاومة.^[٥]

المراجع

1. ↑ "CONTRADICTORY DEFINITIONS", amasci, Retrieved 2019-10-22. Edited.
2. ↑ Margaret Rouse, "voltage"، whatis.techtarget, Retrieved 2019-10-12. Edited.
3. ↑ "Electric Potential Difference", physicsclassroom, Retrieved 2-12-2019. Edited.
4. ^ ^{أ ب} "Ohm’s Law - How Voltage, Current, and Resistance Relate", all about circuits, Retrieved 2019-10-12. Edited.
5. ↑ "Relationship between Voltage Current and Resistance", electronics-tutorials, Retrieved 2019-10-12. Edited.