كل ماتحتاج معرفته عن التيار الكهربائي بالتفصيل

 

التيار الكهربي

س: ما هو " التيار الكهربي " ؟

التيار الكهربي هو سيل من الإلكترونات الحرة , أي عدد من الإلكترونات الحرة تتدفق في الموصل .

وللتوضيح , فإن التيار الكهربي , كأي تيار آخر , مثل تيار المياه المتدفق من الخرطوم , فلفط " تيار " يطلق على عملية تحرك وتدفق شيء ما , وفي حالة التيار الكهربي , يكون هذا الشيئ هو الإلكترونات الحرة .

وتتم هذه العملية بإنتقال إلكترون من ذرة إلى الذرة التي يليها , فتصبح الذرة الأولى موجبة والثانية سالبة , فتقوم الذرة السالبة بطرد أحد الإلكترونات من الذرة الثالثة وتحل محله , وتقوم الذرة الأولى الموجبة بجذب إلكترون سالب من الذرة المجاورة  وهكذا .

ولزيادة التبسيط , دعنا نتخيل المادة الموصلة كأنبوب به كرات صغيرة , حيث تعتبر هذه الكرات الصغيرة الإلكترونات الحرة , فإذا كان الأنبوب مفتوح من الناحيتين , وقمنا بإدخال كرة من أحد الأطراف , فإنها ستزيح  كره  تلو الأخرى  , وتدخل الأنبوب , فيعود الأنبوب كما هو عليه .

ولكن من أين ستأتي تلك الكرات الأخرى ؟  أي من أين ستأتي تلك الإلكترونات الإضافية؟

الإجابة هي , أنها ستأتي مما يعرف بمصدر التيار , وسوف يتم شرحه فيما بعد .

شدة التيار الكهربي

دعنا نعود إلى التشبيه الذي قد ذكرناه عن التيار الكهربي , حينما قلنا أنه كالماء الذي يتدفق من خرطوم المياه , حسنا , مجرد عملية التدفق هذه " وبأي شده " تسمى تيارا , ولكن , ما هو الفرق بين تدفق وتدفق آخر للمياه؟

الفرق هو في كمية المياة التي سنحصل عليها في كل وحدة زمن , ولتكن الثانية .

كذلك , فإن شدة التيار الكهربي , يقصد بها , كمية الشحنة الكهربية التي يعطيها ذلك التيار ( ذلك التدفق ) في الثانية الواحدة .

هل يقصد من كمية الشحنة الكهربية , عدد الإلكترونات ؟

نعم , فالتيار الكهربي كما ذكرنا هو سيل من الإلكترونات الحرة , والإلكترونات  هي عبارة عن شحنات سالبة , ولكن وجد أن شحنة الإلكترون تعتبر صغيرة جدا في القياسات , ولذلك تم إختراع وحدة قياس أخرى للشحنة تسمى " الكولوم" , وهي عدد (كمية) من الإلكترونات مع بعضهم البعض .

يرمز للتيار الكهربي بالرمز i , وطبقا لتعريف شدة التيار الكهربي فإنه "كمية الشحنة الكهربية ( عدد الكولوم ) التي يعطيها ذلك التيار في الثانية الواحده" .

إذا فمعادلة شدة التيار تكون :

  أمبير 

حيث أن i هو , التيار الكهربي

           t هو , الزمن بالثانية

           Q هو , الشحنة بالكولوم 

إذا من المعادلة , نجد أن وحدة قياس شدة التيار الكهربي هي " الكولوم / ثانية " وهو ما يطلق عليه إسم "الأمبير" A

س : إذا قيل لك أن موصل ما يمر به تيار كهربي شدته 1 أمبير , فما معنى هذا ؟

هذا يعني أنه إذا تم حساب كمية الشحنة  التي تمر من مقطع هذا السلك  في ثانية واحدة , فإنها سوف تساوي واحد كولوم , أي أنه يمر في كل ثانية  إلكترون من مقطع هذا السلك .

وإذا كانت قيمة شدة التيار 2 أمبير مثلا , فإن هذا يعني أنه في كل ثانية تمر شحنة قدرها 2 كولوم من مقطع هذا السلك , 

كيف نشير إلى إتجاه مرور التيار الكهربي ؟

مرور التيار الكهربي يعني مرور الشحنات السالبة في إتجاه , ويقابله مرور للشحنات الموجبة في الإتجاه المعاكس , فإذا كانت الإلكترونات تمر من اليسار إلى اليمين , فإن البروتونات تمر من اليمين إلى اليسار , وبالعكس , مع ملاحظة أن البروتونات لا تتحرك من مكانها , ولكن إنتقال الإلكترونات يظهر البروتونات على أنها تتحرك , ولكن يقال مجازا أن البروتونات تمر في الإتجاه المعاكس , وفي بعض الأحيان يطلق على الشحنة الموجبة ( البروتون ) لفظ  " الفجوة الموجبة " .

تستخدم بعض المراجع الكهربية  إتجاه مرور الإلكترونات على أنه إتجاه مرور التيار , ولكن في أغلب المراجع يستخدم  إتجاه مرور الفجوات على أنه إتجاه التيار الكهربي , ويسمى في تلك الحالة " الإتجاه الإصطلاحي "

أو " The conventional direction"

الجهد الكهربي .

لقد قلنا فيما سبق أن مرور الشحنات الكهربية يعني وجود تدفق للتيار الكهربي , مثله مثل خزان ماء مملوء على آخره , ويوجد به صنبور في أسفله , فعند فتح الصنبور فإن المياه سوف تندفع من الصنبور , يعني مرور تيار مائي , ولكن ما الذي جعل هذا التيار يتدفق ؟

الإجابةهي , قوة ضغط المياه من أعلى إلى أسفل بفعل الجاذبية الأرضية .

كذلك في التيار الكهربي , فإنه لن يتم تدفق الكهرباء ( إندفاع الإلكترونات ) في السلك الموصل إلا إذا تعرضت الإلكترونات إلى قوة دفع ( ضغط ) تؤدي إلى تحريكها , وتسمى تلك القوة بـــ " القوة الدافعة الكهربية "

 أو "Electromotive Force"

وتسمى تلك القوة في الأغلب بــ " فرق الجهد الكهربي"

 أو" " Potential difference

كيف يتم توليد هذه القوة الدافعة الكهربية " أو الجهد الكهربي" ؟

لو فرضنا أن لدينا سلك موصل , به وفرة من الإلكترونات الحرة كالذي بالشكل التالي :

تتمة الشرح في ملف على الرابط اسفله:

http://ouo.io/n1b7Sa