الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربى

الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربى

ما هو التيار الكهربائي؟

يعد التيار الكهربائي أحد المفاهيم الأساسية الموجودة في العلوم الكهربائية والإلكترونية؛ إذ إنه صميم علم الكهرباء، كما أن مفهوم التيار الكهربائي أمر أساسي في فهم تشغيل كل الأجهزة؛ مثل السخان الكهربائي، والهاتف المحمول، والكومبيوتر وغيرها الكثير، ويعرف التيار الكهربائي عامةً بأنه معدل تدفق الشحنة الكهربائية خلال نقطة معينة في الدائرة الكهربائية، ويقاس حجم التيار الكهربائي بوحدة كولوم في الثانية المعرف باسم الأمبير ويرمز لها بالحرف I[١].


أما المفهوم الأساسي له فهو معدل تدفق الإلكترونات في موصل ما، والإلكترونات هي جسيمات دقيقة مشحونة بشحنة سالبة موجودة كجزء من التركيب الجزيئي للمواد، وتحفظ الإلكترونات بإحكام داخل جزيئات المادة أحيانًا إذ تكون غير قادرة على الحركة، أو تحفظ بشكل فضفاض وتكون قادرة على التحرك حول البنية بحرية نسبية، ومن الجدير بالذكر أن الإلكترونات تتحرك حركة عشوائية ولإنتاج التيار الكهربائي لا بد من إلزامها على التحرك بشكل منتظم في اتجاه واحد، وتعرف هذه القوة بالقوة الدافعة الكهربائية وتُقاس كميتها بالفولت[١].


ما هي الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربائي؟

يعد التيار الكهربائي عنصرًا مهمًّا في الدوائر الإلكترونية، كما أنه من المستحيل تصور الحياة دون كهرباء، لذا فمن المهم معرفة خصائص التيار الكهربائي، ومنها[٢][٣]:

  • الطاقة الكهربائية: ينتج التيار الكهربائي نتيجة لتدفق الإلكترونات، ويُعرف الشغل المنجز في تحريك تيار الإلكترون بالطاقة الكهربائية، وتتميز الطاقة بإمكانية تحويلها من شكل إلى آخر؛ مثل الطاقة الحرارية والطاقة الضوئية؛ على سبيل المثال تتحول الطاقة الكهربائية في صندوق حديدي إلى طاقة حرارية، كما تتحوّل الطاقة الكهربائية في المصباح إلى طاقة ضوئية.
  • طريقة تدفق التيار الكهربائي: يوجد نوعان من التيار الكهربائي؛ التيار المتردد (AC) والتيار المباشر (DC)، ويتميز التيار المباشر بأنه يتدفق في اتجاه واحد فقط، ويستخدم في الغالب في التطبيقات ذات الجهد المنخفض مثل شحن البطاريات، وتطبيقات الطائرات، بينما يتدفق التيار المتردد في اتجاهين، ويستخدم في إنتاج الكهرباء لتشغيل الأجهزة المستخدمة في القطاع المنزلي والصناعي والتجاري على حد سواء.
  • شدة التيار الكهربائي: يقاس التيار الكهربائي بوحدة الأمبير، ويعرف الواحد أمبير بأنه كولوم واحد من الشحنة الكهربائية يمر بنقطة معينة في ثانية واحدة، 1 أمبير= 1 كولوم/1 ثانية.
  • اتجاه التيار الكهربائي: يعرف الاتجاه التقليدي للتيار الكهربائي بأنه الاتجاه الذي تتحرك فيه الشحنة الموجبة إذ يُوجَّه التيار المتدفق في الدائرة الكهربائية بعيدًا عن الطرف الموجب ونحو الطرف السالب.
  • فرق الجهد الكهربائي: ليحدث تدفق التيار الكهربائي، يجب توافر عدد من الشروط، ويعد أولها وجود فرق جهد كهربائي بين نقطتي سريان التيار، ويعني مصطلح فرق الجهد أن القوة الناتجة عن مجموعة من الإلكترونات في نقطة ما أكبر من قوة الإلكترونات في النقطة الأخرى، إذ تدفع القوة الكبرى الإلكترونات بعيدًا عن النقطة الأولى باتجاه النقطة الثانية، وغالبًا ما يكون توزيع الإلكترونات في العالم من حولنا متساويًا إلى حد ما، لذا اخترع العلماء أنواعًا معينة من الأجهزة يمكن تراكم الإلكترونات فيها، الأمر الذي ينتج عنه فرق جهد، وبالتالي تيار كهربائي، ومثال ذلك البطارية.
  • المقاومة الكهربائية: الشرط الثاني المطلوب لتدفق التيار هو المسار الذي يمكن للإلكترونات أن تنتقل عبره؛ إذ إن بعض المواد قادرة على توفير مثل هذا المسار، والبعض الآخر ليس كذلك، وتعرف المواد التي تسمح بتدفق التيار الكهربائي بالموصلات، بينما تعرف المواد التي تمنع تدفق التيار الكهربائي بغير الموصلات أو العوازل، والموصلية أو المقاومة الكهربائية خاصية طبيعية في المادة تعتمد على مقاومتها لحركة الإلكترونات، وترتبط الموصلية بعلاقة عكسية مع المقاومة، وتُقاس المقاومة الكهربائية في وحدة تعرف باسم أوم (Ω)، وعلى سبيل المثال؛ يتدفق التيار الكهربائي عبر الفضة بسهولة أكبر منها في الرصاص، وتعتمد مقاومة السلك في دائرة كهربائية على ثلاثة عوامل: طول السلك، ومساحة مقطعه العرضية، ومقاومة المواد التي يصنع منها السلك.


أشكال التيار الكهربائي

التيار الكهربائي هو تدفق الجسيمات المشحونة، وهو يشبه تدفق جزيئات الماء في النهر، ويوجد نوعان للتيار في الدائرة الكهربائية، وهما[٤]:

  • التيار الكهربائي المستمر: هو انتقال الإلكترونات بشدة ثابتة وباتجاه واحد فقط من القطب السالب ذي الجهد العالي إلى القطب الموجب ذي الجهد الأقل، ونشهد التيار الكهربائي المستمر في عدد من الأنظمة والتطبيقات ذات الجهد المنخفض خصوصًا التطبيقات التي تُشغَّل على البطاريات، كما أن التيار المستمر جيد للإلكترونيات الرقمية، والرمز المستخدم للتعبير عن التيار الكهربائي المستمر أو ما يُسمى بالتيار المباشر هو DC.
  • التيار الكهربائي المتردد: هو انتقال الإلكترونات بشدة متغيرة واتجاه متغير بين القطبين السالب والموجب ذهابًا وإيابًا بمعدل 50 مرة في الثانية الواحدة، إذ تزداد قيمة التيار المتردد في اتجاه واحد من الصفر إلى الحد الأقصى ثم ينخفض إلى الصفر مجددًا، ثم يبدأ بالازدياد في الاتجاه المعاكس من الصفر إلى الحد الأقصى مرة أخرى وتعود إلى الصفر مجددًا، وبسبب هذه الزيادة في كلا الاتجاهين يبدو الرسم البياني للتيار المتناوب كأنه موجة، وتعرف بموجة الجيب، والرمز المستخدم للتعبير عن التيار الكهربائي المتردد أو ما يُسمى بالتيار المتناوب هو AC.


من حياتك لك

يعد تحديد كمية التدفق للتيار الكهربائي في النظام أمرًا مهمًّا؛ إذ إنه يُقيّم أداء الدائرة المراد تعريفها، ويقاس تدفق التيار الكهربائي من خلال جهاز الأمبير بوحدة دولية أساسية تعرف باسم الأمبير Ampere، ويشار إليها بالرمز A، وهي تحمل اسم الفيزيائي وعالم الرياضيات الفرنسي أندري ماري أمبير المعروف بلقب الأب المؤسس للديناميكا الكهربائية، ويعرف الأمبير الواحد بأنه كولوم واحد من الشحنة الكهربائية يتحرك في ثانية واحدة خلال نقطة معينة، ونظرًا إلى أن وحدة الأمبير وحدة كبيرة على الإلكترونيات فإنها تحوّل إلى وحدات أصغر لتسهيل الاستخدام والحساب، ومنها[٥]:

  • ميكرو أمبير (μA): ويعرف بأنه 1000/1 من الأمبير.
  • ميللي أمبير (mA): ويعرف بأنه 1000,000/1 من الأمبير.

كما يمكن أن تكون وحدة الأمبير وحدة صغيرة على بعض الأجهزة فتُحوّل إلى وحدة أكبر لتسهيل الاستخدام والحساب، ومنها:

  • كيلو أمبير(kA): ويعرف بأنه 1000 من الأمبير.

المراجع

  1. ^ أ ب "What is Electric Current: the basics", electronics-notes, Retrieved 13-7-2020. Edited.
  2. "Electric current", scienceclarified, Retrieved 13-7-2020. Edited.
  3. "Electric Current: The Flow Of Charge", byjus, Retrieved 13-7-2020. Edited.
  4. SANTOSH DAS (30-11-2019), "Types of Electric Current"، electronicsandyou, Retrieved 13-7-2020. Edited.
  5. "Ampere", byjus, Retrieved 13-7-2020. Edited.