مفهوم التيار الكهربائي

مفهوم التيار الكهربائي

ماذا نعني بالتيار الكهربائي؟

هو أحد المفاهيم الأساسية الموجودة في العلوم الكهربائية والإلكترونية؛ فالتيار الكهربائي هو جوهر علم الكهرباء وينتج من حركة الشحنات الكهربائية؛ قد تكون إلكترونات سالبة الشحنة أو أيونات موجبة؛ أي ناقلات شحنة موجبة، ويتوافر هذا المفهوم في جميع التطبيقات الكهربائية مثل: السخان الكهربائي، ونظام الشبكة الكهربائية الكبيرة، والهاتف المحمول، والكمبيوتر، وأي عقدة مستشعر عن بُعد يكون التيار الكهربائي أساسي في تشغيلها، وبالرغم من أنه لا يمكن رؤيته إلا أنّه يمكن رؤية آثاره والشعور بها طوال الوقت، وعليه فإنّ التيار الكهربائي هو تدفق شحنة كهربائية في الدارة أو حركة الإلكترونات داخل مادة، وتحديدًا معدل تدفق الشحنات بعد نقطة محددة في الدائرة الكهربائية؛ فالإلكترونات هي جسيمات دقيقة تتواجد كجزء من التركيب الجزيئي للمواد، وتحمل شحنة سالبة ومع تحركها سيتحرك مقدار من الشحنة، وهذا ما يسمى التيار.


يجب الإشارة إلى أنّ عدد الإلكترونات القادرة على الحركة في مادة معينة يتحكم في قدرة هذه المادة على توصيل الكهرباء، وهذا ما يُفسر أنّ بعض المواد لها موصلية أعلى من الأخرى، ويُشار له في المعادلات الفيزيائية بحرف "I" ويستخدم في بعض المعادلات مثل قانون أوم V=I*R، كما أنَّ حركة هذه الإلكترونات عشوائية؛ إذ تتحرك العديد من الإلكترونات في اتجاه والبعض الآخر في اتجاه مُعاكس ومع ذلك؛ فعندما تؤثر قوة على الإلكترونات لتحريكها في اتجاه معين؛ فستنجرف جميعها أو معظمها في اتجاه واحد، وهذه القوة التي تؤثر على الإلكترونات تسمى القوة الدافعة الكهربائية، أو الجهد الذي يُقاس بالفولت؛ لذا فإنّ الإلكترونات تتدفق تحت تأثير القوة الدافعة الكهربائية، وتختلف عن الكهرباء الساكنة بأن ناقلاتها شحنة موجبة؛ فالتيار التقليدي يكون تدفقه من الطرف الموجب للسالب وهو الاتجاه الذي ستتدفق فيه الشحنات الموجبة، أما تدفق الإلكترونات من الطرف السالب للموجب وبالتالي تنجذب للطرف الموجب أي عكس جذب الشحنات.


تختلف أيضًا سرعة نقل التيار الكهربائي اعتمادًا على سرعة حركة الإلكترون الفعليّة، وتتولد الحرارة نتيجة ذلك أحيانًا تكون خفيفة وأحيانًا ملحوظة، وقد تُسبب التماس أو الاحتراق الكهربائي، ولا يكن التحكم في المقدار الفعلي للحرارة من خلال التيار فقط؛ بل يمكن التحكم بالجهد ومقاومة الموصل كما يحدث أحيانًا مجال مغناطيسي حول الموصل، ويستخدم هذا المجال المغناطيسي الناتج في عدة مجالات، ويمكن زيادته عن طريق لف سلك في الملف لزيادة التأثير[١].


أنواع التيار الكهربائي

فيما يلي بعض أنواع التيار الكهربائي[٢]:

  1. التيار المباشر: أو التيار المستمر نتيجة وحدة القوة الدافعة الكهربائية بالفولت، وتتكون هذه الكومة الفولتية من ألواح الزنك والنحاس المتناوب، والمفصول بطبقات من القماش المبللة بالماء المالح، لتنتج مصدر ثابت للتيار المباشر، ومن أمثلتها البطارية الكهروكيميائية التي قام باختراعها العالم الفيزيائي أليساندروا فولتا عام 1800م، وقد جذبت هذه البطارية العديد من العلماء والمخترعين، ومع حلول القرن التاسع عشر دخل استخدام التيار الكهربائي في العديد من الأجهزة الكهربائية الحديثة، كما تشمل مصادر التيار المستمر الأخرى خلايا الوقود، التي تجمع الأكسجين والهيدروجين في الماء، وتنتج طاقة كهربائية من هذه العملية، بالإضافة لمثال آخر وهو الخلايا الشمسية أو الكهروضوئية؛ إذ تمتص الإلكترونات الطاقة الضوئية من الشمس وتحوّلها لطاقة كهربائية.
  2. التيار المتناوب: وهو النوع المستخدم بكثرة في مجال الكهرباء، على شكل تيار متناوب من شبكة الطاقة الكهربائية، ويُنتج هذا التيار المتردد بواسطة المولدات الكهربائية التي تعمل حسب قانون فاراداي للحث، ومن خلالها يمكن للمجال المغناطيسي المتغير إحداث تيار كهربائي في موصل ما، وتحتوي هذه المولدات على ملفات دوارة من الأسلاك تمر عبر المجالات المغناطيسية أثناء دورانها، فعندا تدور هذه الملفات تُفتح وتُغلق لتنتج تيار كهرباي بعكس الاتجاه كل نصف دورة؛ إذ يمر التيار بدورة كاملة للأمام والعكس 60 مرة في الثانية، وتُشغّل المولدات باستخدام توربينات بخارية تُسخّن بالفحم أو الزيت أو الغاز الطبيعي أو المفاعل النووي، كما يُمكن تشغيلها بواسطة توربينات الرياح أو التوربينات المائية في السدود الكهربائية.


وحدة قياس التيار الكهربائي

تُقاس الشحنة بالكولوم والوقت بالثواني، ووحدة قياس التيار الكهربائي هي أمبير (A) التي تساوي كولوم/ثانية؛ فالسلك يحمل تيار مقداره واحد أمبير عندما تتدفق الشحنة خلاله بمعدل كولوم واحد في الثانية[٣].


خصائص التيار الكهربائي

فيما يلي أهم خصائص التيار الكهربائي[٤]:

  1. كلما زاد تدفق التيار في الموصل تتولد المزيد من الحرارة.
  2. كلما زادت المقاومة في الموصل تزيد أيضًا درجة الحرارة المتولدة.
  3. عندما يمر تيار كهربائي عبر محلول يتأين ويتحول إلى أيونات نتيجة التفاعل الكيميائي الذي يمر عبر التيار الكهربائي في المحلول، وذلك اعتمادًا على طبيعة المحلول والأقطاب الكهربائية المستخدمة.
  4. عندما يمر التيار في المحلول يتغير لون المحلول.
  5. تحدث رواسب معدنية على الأقطاب الكهربائية.


خطوات صنع دائرة كهربائية مع طفلكِ

فيما يلي خطوات صنع دائرة كهربائية باستخدام الطلاء الكهربائي والجرافيت المُستخدم في أقلام الرصاص[٥]:

  1. أحضري كلًا من: بطارية صغيرة والتي تتواجد في الساعات والألعاب، ومقص، وشريط لاصق دبل فيس، وكرتون مُقوّى، ومصباح كهربائي صغير جدًا أو ليد، ومقاومة كهربائية صغيرة، ومادة لاصقة، وقصدير، وأكياس مضغوطة، وورق رسم بياني ملون، وأقلام رصاص، ومسطرة، وشريط زخرفة.
  2. قُصّي الورق المُقوى على شكل مربع، ثم غلّفيه بورق مُلون، واصنعي قطعًا مستطيلة من شريط الدبل فيس والصقيها على شكل حرف C فوق الورق المقوى، ثم اصنعي الشكل ذاته في المقابل، مع ترك فجوة بمقدار 0.5-1 سم بين المجموعتين، ثم غلفي الشريط بالقصدير.
  3. قُصّي قطعة دائرية بحجم العملة وغلّفيها بالقصدير بحيث تُغطي الفجوة بين المجموعتين وهذا هو المفتاح.
  4. ثبّتي أرجل الليد فوق الطرف المقابل للمفتاح وثبتيها بشريط لاصق شفاف.
  5. اضغطي على المفتاح لتتأكدي من موصليّة الدائرة، بحيث يُضاء الليد، وإن لم يُضاء فاعكسي أرجله.

هل يمكن قياس التيار الكهربائي؟

نعم يُمكن قياس التيار الكهربائي من خلال تركيب وتوصيل جهاز قياس للتيار يسمى الأميتر، بحيث يجب أن تمر الجسيمات المشحونة التي تتحرك خلال الدائرة عبر المقياس، ويجب أن يكون المقياس يتمتع بمقاومة منخفضة؛ حتى لا يُقلل من تدفق الشحنة المستخدمة في القياس[٦].

المراجع

  1. "What is Electric Current: the basics", electronics, Retrieved 15/3/2021. Edited.
  2. Jim Lucas (1/3/2016), "What Is Electric Current?", livescience, Retrieved 15/3/2021. Edited.
  3. "Electric Current", circuitglobe, Retrieved 15/3/2021. Edited.
  4. "Electric Current: The Flow Of Charge", byjus, Retrieved 15/3/2021. Edited.
  5. "How to Make a Simple Electric Circuit", instructables, Retrieved 15/3/2021. Edited.
  6. "Measuring electric currents", iop, Retrieved 15/3/2021. Edited.