مفهوم التيار الكهربائي

بواسطة: - آخر تحديث: ١٣:٣٢ ، ٨ يونيو ٢٠٢٠
مفهوم التيار الكهربائي

التيار الكهربائي

يُشار للتيار الكهربائي عند الحديث عن تدفق الإلكترونات عند توصيل طرفي البطارية ببعضهما عن طريق سلك معدني، والتيار الكهربائي هو الأساس للكهرباء وتوليدها، وهو يُعبِّر عن تدفق جسيمات ذات شحنة موجبة تعرف باسم الكاتيونات، والكاتيون هو ذرة أو مجموعة ذرات تحمل شحنة موجبة، ويُستخدم الأمبير لقياس كمية التدفق الكهربائي لهذه الذرات، وقد سميت الوحدة على اسم عالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي أندريه أمبير الذي أسس علم الدراسات الحديثة للتيارات الكهربائية، ومن بعده اعتمد جميع العلماء على دراساته وقوانينه التي ما زالت تُستخدم إلى يومنا هذا. [١]


أنواع التيار الكهربائي

تعمل جميع الأجهزة والصناعات والمكاتب والمنازل ووسائل التكنولوجيا وأجهزة الكمبيوتر على الكهرباء الناتجة من التيار الكهربائي، وهذا التيار الناتج له شكلان رئيسيان هما التيار المتردد (AC) والتيار المباشر أو التيار المُستمر (DC)، وللتيارين فروق جوهرية أساسية ووظائف واستخدامات مختلفة.[٢]

التيار المتردد (AC)

التيار المتناوب هو تدفق الشحنة التي تُغيِّر اتجاهها بشكل دوري، ويستخدم التيار المتردد لتوفير الطاقة في المصانع والمنازل والمكاتب، ويتنج هذا التيار باستخدام المولد، وبسبب دوران السلك الداخلي للمولد ودخوله في قطبين مغناطيسيين مختلفين، يتناوب التيار والجهد في السلك مما يتسبب بتولد تيار متردد، ويتميز هذا التيار بسهولة توليده ونقله عبر مسافات طويلة، ومعدل فقدان الطاقة الناتجة عن التيار المتردد عند النقل قليلة نسبيًا، ويمكن تحويل التيار المتردد بسهولة من الجهد العالي إلى الجهد المنخفض والعكس بمساعدة المحولات، ومن أشهر التطبيقات على التيار المتردد المكيف.

التيار المباشر (DC)

التيار المباشر يُمثل حركة ناقلات الشحنة الكهربائية، أي الإلكترونات التي تتدفق بشكل أحادي الاتجاه، وتختلف شدة التيار مع الوقت، ولكن اتجاه الحركة يبقى على حاله طوال الوقت عكس التيار المتردد، والمصدر الأساسي للتيار المباشر هو البطاريات والخلايا الكهروكيميائية والخلايا الكهروضوئية، ولكن بسبب تفضيل التيار المتردد في جميع أنحاء العالم، غالبًا ما يحوَّل التيار المباشر إلى التيار المتردد عن طريق محولات وأجهزة خاصة بتحويل التيار، ومن أشهر التطبيقات الرئيسية للتيار المباشر هي البطاريات وأجهزة الإرسال وجميع الأجهزة الإلكترونية وأجهزة الحاسوب.


وحدات التيار الكهربائي

الأمبير هي وحدة التيار الكهربائي، وهي وحدة قياس تدفق الشحنة الكهربائية عبر سطح ما بمعدل كولوم واحد في الثانية، وتقاس الشحنة الكهربائية بالكولوم لكل ثانية (coulomb /Sec - C / s) ووجد لها صيغة قياس رئيسية هي: (التيار الكهربائي = الجهد / مقاومة المادة)، والأمبير هي واحدة من الوحدات الأساسية (SI) للتيار الكهربائي، وتستخدم في العلوم الإلكترونية والكهربائية وكذلك في مجالات العلوم الأخرى.

بعض الوحدات الحالية الأخرى مُرتبطة بالتيار الكهربائي والأمبير والكهرباء بشكل عام وهي:[٣]

  • وحدة قياس الجهد الكهربائي هي الفولت (V,E).
  • وحدة قياس مقاومة المادة هي أوم (Ω,R).
  • وحدة قياس السعة الكهربائية هي فاراد (F).
  • وحدة قياس الشحنة الكهربائية هي كولوم (C).
  • وحدة قياس الحث الكهربائي هي هنري (H,L).
  • وحدة قياس القوة الكهربائية هي الوات (W).


تطبيقات واستخدامات التيار الكهربائي

إن تخيُّلَ العالم دون أي استخدامات للكهرباء أمر صعب للغاية هذه الأيام؛ إذ أصبحت الحضارة الإنسانية بحاجة ماسة للكهرباء في كل مكان، ووجد للكهرباء الناتجة من التيار الكهربائي الكثير من الاستخدامات وأبرزها:[٤]

  • وسائل الترفيه: تستخدم أغلبية مصادر الترفيه الحديثة الكهرباء في تشغيلها، مثل التلفاز ومشغلات الفيديوهات ومشغلات الموسيقى.
  • استخدامات الكهرباء في الرعاية الصحية: تُستخدم الكهرباء لتشغيل التقنيات الحديثة الصحية يوميًا، فلا يُمكن البدء بالعمليات الجراحية دون كهرباء، فيحتاج الأطباء إلى ضوء قوي أثناء إجراء العملية الجراحية للمريض، ودون كهرباء لن يعمل الضوء وآلات العمليات.
  • استخدامات الكهرباء في الهندسة: يتطلب بناء المنازل وتركيب البوابات والنوافذ ولحام المواد وجود الكهرباء لتشغيل الآلات.
  • استخدامات الكهرباء في النقل والمواصلات: لا يمكن الوصول إلى الأماكن المختلفة من العالم إلا باستخدام التيار الكهربائي، ويمكن أن يكون انقطاع التيار الكهربائي أثناء السفر أمرًا خطيرًا على المُسافرين.
  • استخدامات الكهرباء في الهواء الطلق: تحتاج أضواء الشوارع الكهرباء للعمل، وحتى حوض السباحة يتطلب الكهرباء لتسخين المياه، وجزازة العشب التي تستخدم لقطع العشب تحتاج لتيار كهربائي للتشغيل.
  • استخدامات الكهرباء في المنزل: تعتمد العديد من الأجهزة على الكهرباء في عملها، بدءًا من المحمصة إلى الثلاجة والميكرويف والغسالة وغسالة الصحون، والعديد من الأجهزة الأخرى سهلة الاستخدام.
  • استخدامات الكهرباء في المكتب: معظم الأدوات والأغراض بمكاتب العمل تعمل بالكهرباء، والأضواء والمصاعد وأجهزة التكييف وآلة القهوة وقارئ بطاقة الهوية والماسحات جميعها تستخدم التيار الكهربائي لتعمل.
  • استخدامات الكهرباء في الفضاء: الأقمار الصناعية والمجسات التي ترسل من الأرض لرحلات فضائية تعمل بالكهرباء، ويولد التيار الكهربائي عن طريق مولد أو بطارية، ولم تكن مهمة ناسا وقمر أبولو لإنزال الإنسان في القمر ممكنة دون استخدام الكهرباء.


قد يُهِمُّكَ

يعد بنيامين فرانكلين واضع أساس اكتشافات الكهرباء بالعصر الحديث بجانب عالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي أندريه أمبير مُكتشف التيار الكهربائي، وقد بدأ فرانكلين تجاربه الشهيرة في عام 1752، وفي بداية الاكتشافات ارتبطت الكهرباء بالضوء؛ إذ أراد الناس طريقة رخيصة وآمنة لإضاءة منازلهم، وبعد اكتشف التيار وطرق توليد الكهرباء توالت الاكتشافات، وكان من أوائل العلماء دراسة للتيار الكهربائي الإيطالي أليساندرو فولتا مُكتشف التيار الكهربائي الناتج من التفاعلات الكيميائية، وما لبث فولتا أن حوّل اكتشافه لبطارية تُخزن التيار والطاقة، وتشريفًا له ولاكتشافه سميت وحدة قياس طاقة البطارية والطاقة الساكنة بوحدة فولت.

يعد العالم الإنجليزي مايكل فاراداي المطورالحقيقي لدراسة التيار، وأدرك فاراداي إمكانية إنتاج تيار كهربائي بتمرير المغناطيس عبر سلك نحاسي، وقد كان اكتشافه من أهم اكشتافات العصر الحديث، وما زالت الكهرباء التي نستخدمها اليوم مصنوعة من مغناطيس ولفائف من الأسلاك النحاسية كاختراع فارادي تقريبًا، ويعتمد المولد الكهربائي والمحرك الكهربائي على هذا المبدأ؛ إذ يبدأ المولد بتحويل طاقة الحركة إلى كهرباء، وفي عام 1879 ابتكر توماس أديسون المصباح الكهربائي العملي الذي يدوم لفترة طويلة دون احتراق، واستخدم أديسون خيط القطن العادي المنقوع في الكربون والذي لم يحترق إطلاقًا، وكان التحدي التالي لأديسون هو تطوير نظام كهربائي يمكن أن يزود الناس بمصدر عملي للطاقة لتشغيل هذه الأضواء، فصمم وبنى أول محطة كهربائية قادرة على إنتاج الكهرباء ونقلها إلى منازل الناس، وبدأت محطة إديسون المسماة بيرل ستريت للطاقة تشغيل مولداتها في 4 سبتمبر 1882 في مدينة نيويورك لتنتشر بعدها المحطات في الولايات المتحدة الأمريكية وحول العالم.[٥]


المراجع

  1. "Electric current", encyclopedia,29-04-2020، Retrieved 08-06-2020. Edited.
  2. "What is the Difference Between AC and DC Currents", elprocus, Retrieved 08-06-2020. Edited.
  3. "Unit of Current", byjus, Retrieved 08-06-2020. Edited.
  4. "Uses Of Electricity", byjus, Retrieved 07-06-2020. Edited.
  5. "History of Electricity - Volts, Current, AC and DC", researchhubs, Retrieved 07-06-2020. Edited.