الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربى

• ذات صلة
• مفهوم التيار الكهربائي
• قانون المقاومة الكهربائية

التيار الكهربائي

لا بُدّ أنّك في الصّغر قد صنعتَ دارة كهربائيّة في حصّة العُلوم، وشاهدت قُدرة التّيار الكهربائي في إضاءة المصباح الصّغير، فالتيار الكهربائي أحد المفاهيم الأساسية الموجودة في العلوم الكهربائية والإلكترونية، وهو في صميم علم الكهرباء، ويعرّف بأنه تدفق الشحنة الكهربائية في الدارة، وبالتحديد هو معدّل تدفق الشحنة بعد نقطة معينة في الدارة الكهربائية، وقد تكون هذه الشحنة إما إلكترونات سالبة الشحنة أو حاملات شحن موجبة بما في ذلك البروتونات أو الأيونات أو الثقوب الموجبة، ويُقاس حجم التيار الكهربائي بوحدة الأمبير الذي يرمز له بالحرف (أ) أو (A)، ويستخدم الأمبير على نطاق واسع في التكنولوجيا الكهربائية والإلكترونية إلى جانب مضاعفاته مثل؛ المللي أمبير أو المكيروأمبير وما إلى ذلك.^[١]

الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربائي

تعدّ التباينات المحتملة والمقاومة الكهربائية الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربائي:^[٢]

التباينات المحتملة

إن التباينات المحتملة هي الفرق المحتمل بين نقطتين، وهي من الشروط الأساسية لتدفق التيار الكهربائي، ويعني مصطلح فرق الجهد أو الجهد أن القوة الناتجة عن مجموعة من الإلكترونات في مكان واحد أكبر من قوة الإلكترونات في مكان آخر، وتدفع القوى الكبرى الإلكترونات بعيدًا عن المكان الأول ونحو المركز الثاني، مع العلم أن الاختلافات أو التباينات المحتملة لا تحدث في الطبيعة، ففي معظم الحالات يكون توزيع الإلكترونات في العالم من حولنا متساويًا نوعًا ما، ولكن اخترع العلماء نوعًا من الأجهزة يمكن أن تتراكم فيها الإلكترونات مما ينتج عنه فرق محتمل كالبطارية مثلًا، فهي جهاز لإنتاج كتل كبيرة من الإلكترونات في قطب واحد ونقص الإلكترونات في القطب الآخر، ويفسّر هذا الاختلاف قدرة البطارية على توليد الجهد.

المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية هي الخاصية الثانية للتيار الكهربائي، وهي الشرط الثاني المطلوب لتدفقه، وهو المسار الذي يمكن للإلكترونات أن تنتقل عبره وبعض المواد قادرة على توفير هذا المسار وبعضها غير قادر وهكذا يُقال أن المواد التي تسمح بتدفق التيار الكهربائي هي موصلات، وتسمى المواد التي تمنع التدفق الكهربائي غير موصلات أو عوازل، ومن أمثلة الموصلات السلك المعدني الذي يربط بين قطبي البطارية، وهو الذي يسمح بحركة الإلكترونات من أحد أقطاب البطارية إلى القطب الآخر، وتعتمد مقاومة الأسلاك المستخدمة في الدارات الكهربائية على ثلاثة عوامل هي؛ طول السلك ومساحته ومقاومة المواد التي يُصنع منها.

آلية التيار الكهربائي

تقوم آلية عمل التيار الكهربائي على الإلكترونات والبروتونات التي تحمل معظم الشحنة الكهربائية داخل الذرة، فالبروتونات لها شحنة موجبة، بينما تحمل الإلكترونات شحنة سالبة، ومع ذلك تثبت البروتونات غالبًا داخل النوى الذرية، ولذلك يُتعامل مع مهمة نقل الشحنة من مكان إلى آخر بواسطة الإلكترونات، والإلكترونات هي مادة موصلة كالمعدن، فهي حرّة إلى حدّ كبير في الانتقال من ذرة إلى أخرى على طول أشرطة التوصيل، وإلكترونات التوصيل موجودة داخل السلك، وهي بحاجة فقط لدفعها في أحد طرفيه، وهكذا يبدأ التدفق في الطرف الآخر على الفور، ^[٣]وتُقدّر السرعة الفعلية للإلكترون في سلك ما بحدود بضعة ملايين متر في الثانية ولكنها لا تنتقل مباشرة إلى أسفل الأسلاك بل ترتدّ عشوائيًا وتتقدم فقط بسرعة بضعة ملليمترات في الثانية وهذا ما يُسمى بسرعة انجراف الإلكترون، كما أن سرعة إرسال الإشارة عندما تبدأ الإلكترونات في دفع الطرف الآخر من السلك بعد أن تقلب المفتاح تساوي تقريبًا سرعة الضوء والتي تبلغ حوالي 300 مليون متر في الثانية، وفي حالة التيار المتناوب حيث يتغيّر التيار 50 أو 60 مرة في الثانية فإن معظم الإلكترونات لا تخرج الإشارات أبدًا من السلك.^[٣]

أشكال التيار الكهربائي

يوجد شكلان للتيار الكهربائي، التيار المتناوب والتيار المباشر ولكلا النوعين استخدامات خاصة فيما يتعلّق بتوليد الطاقة واستخدامها على الرغم من أن التيار المتردد أو المتناوب هو الأكثر شيوعًا في التيار الكهربائي في المنزل، والفرق بينهما أن التيار المباشر يتدفق في اتجاه واحد فقطا، بينما يغيّر التيار المتناوب اتجاهات تدفقه بسرعة، والتيار المباشر الذي يتدفق في اتجاه واحد يوجد في البطاريات فتٌشحن البطارية أولًا باستخدام التيار المباشر الذي يُحوّل بعد ذلك إلى طاقة كيميائية، وعندما تكون البطارية قيد الاستخدام فإنها تحوّل الطاقة الكيميائية مرة أخرى إلى كهرباء على شكل تيار مباشر، فهي تحتاج لتيار مباشر لشحنها ولا تنتج إلا تيارًا مباشرًا.^[٤]

أما التيار الكهربائي المتناوب فيحتاج إلى مولد حثيّ لإنتاجه، وقد اكتشف الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي الحث الكهرومغناطيسي وقام نيكولا تيسلا بالتعاون مع إحدى الشركات بتطوير مولدات الحث الكبيرة التي تعمل على تشغيل حضارتنا اليوم، ونظرًا لأن هذا النوع من المولدات يحتوي على دوّار فإن الكهرباء التي ينتجها تغيّر اتجاهها مرارًا وتكرارًا مع كل دورة، ويوجد هذا النوع من التيار الكهربائي اليوم في محطات توليد الطاقة، والتيار المتردد هو التيار المفضّل حاليًا للاستهلاك المحلّي، فالتيار المتناوب قادر على إنتاج الكهرباء على نطاق أوسع.^[٤]

ما هي الدارة الكهربائية؟

الدارة الكهربائية هي المسار الذي يتبعه التيار الكهربائي ولها نوعان الدارة التسلسلية والدارة المتوازية، وتتميز الدارة المتوازية عن التسلسلية بأنها مقاومة للضرر، فإذا تعرّض جهاز فيه دارة متسلسلة للتلف فلن يتدفق التيار الكهربائي، بينما في الدارة المتوازية سيستمر التيار الكهربائي بالتدفق عبر الأجهزة الأخرى في الدارة، وعمومًا تتكون الدارة الكهربائية كحد أدنى من العناصر التالية:^[٥]

• مصدرًا للإلكترونات مثل البطارية يوفر فرقًا محتملًا.
• مسارين يمكن للإلكترونات الانتقال إليهما؛ كالسلك المعدني.
• جهاز يعتمد تشغيله على تدفق التيار الكهربائي وتشمل هذه الأجهزة الساعات الكهربائية وأجهزة الراديو وأجهزة التلفزيون وأنواع مختلفة من المحركات الكهربائية.
• قد تحتوي الدارة الكهربائية على نوعًا من العدادات التي تُظهر مقدار التيار الكهربائي أو فرق الجهد في الدائرة.
• من المحتمل أن تحتوي الدارة الكهربائية أيضًا على أجهزة مختلفة للتحكّم في تدفق التيار الكهربائي مثل؛ المقاومات والمحوّلات والمكثفات وقواطع الدارة.

مَعْلومَة

تقاس سرعة التيار الكهربائي بوحدة القياس أمبير التي تقيس كمية التدفق للتيار الكهربائي داخل الدارة الكهربائية، وسميت وحدة القياس بهذا الاسم نسبةً لعالم الرياضيات والفيزيائي الفرنس أندريه ماري أمبير الذي ولد عام 1775 ميلاديًا وتوفي عام 1836 ميلاديًا، إذ أسس أمبير الدراسة الحديثة للتيارات الكهربائية، وتعرف وحدة القياس أمبير بناءً على عدد الإلكترونات التي تمر بأي نقطة معينة في وحدة زمنية معينة، وبما أن الشحنة الكهربائية تقاس بوحدة كولومبس فإن التعريف الدقيق للأمبير هو عدد الكولومبس التي تمر في نقطة معينة في كل ثانية.^[٢]

المراجع

1. ↑ "What is Electric Current: the basics", electronics-notes, Retrieved 13-6-2020. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "Electric current", scienceclarified, Retrieved 13-6-2020. Edited.
3. ^ ^{أ ب} "What Is Electric Current?", livescience, Retrieved 13-6-2020. Edited.
4. ^ ^{أ ب} "Types of Electric Current", sciencing, Retrieved 13-6-2020. Edited.
5. ↑ "Electric current", encyclopedia, Retrieved 13-6-2020. Edited.