التيار الكهربائي
يمثل التيار الكهربائي بـ (I) ويشير إلى تدفق الشحنات الكهربائية السالبة عبر الدوائر الكهربائية بشكل منتظم وباتجاه محدد، سواء كانت هذه الشحنات إلكترونات أو أيونات. يحدث هذا التدفق بسبب ضعف أو انعدام القوى الجاذبة بين نواة الذرة وإلكترونات الغلاف الخارجي (إلكترونات التكافؤ)، مما يؤدي إلى تحررها. عند توصيل أسلاك التوصيل بمصدر التيار الكهربائي، تتولد قوة دافعة كهربائية تحرك هذه الإلكترونات في اتجاه معين، مما يؤسس لوجود التيار الكهربائي.
الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربائي
شدة التيار
شدة التيار تشير إلى كمية الشحنات الكهربائية التي تمر خلال سلك موصل في فترة زمنية قدرها ثانية. كلما زاد طول السلك، تقل شدة التيار بسبب ارتفاع المقاومة. تُقاس شدة التيار باستخدام جهاز الأميتر، بوحدة الأمبير. يمكن التعبير عن شدة التيار الكهربائي من خلال المعادلة التالية:
(شدة التيار = كمية الشحنات الكهربائية (بوحدة الكولوم) / الزمن (بوحدة الثانية)). وبالتالي، الأمبير هو شدة التيار الناتجة عن مرور كمية من الشحنات الكهربائية بمقدار (1 كولوم) عبر سلك خلال ثانية واحدة.
- مثال (1): احسب شدة التيار الكهربائي عندما تمر كمية من الشحنات مقدارها 5400 كولوم في موصل لمدة خمس دقائق؟
- الحل: كمية الشحنات الكهربائية (ك) = 5400 كولوم، الزمن = 5 * 60 = 300 ثانية، بالتالي شدة التيار (ت) = (ك / ز) = (5400 / 300) = 18 أمبير.
- مثال (2): احسب مقدار الشحنة الكهربائية المارة خلال مصباح عندما يمر به تيار شدته 6 أمبير خلال ثلاث ثوانٍ؟
- الحل: ت = (ك / ز)، وباستخدام خاصية الضرب التبادلي، نجد أن كمية الشحنات (ك) = (ت * ز) = (6 * 3) = 18 كولوم.
- مثال (3): احسب الزمن اللازم لمرور شحنة كهربائية مقدارها 60 كولوم بين نقطتين في دائرة يمر بها تيار شدته 0.25 أمبير؟
- الحل: الزمن (ز) = (ك / ت) = (60 / 0.25) = 240 ثانية.
فرق الجهد
فرق الجهد هو مقدار العمل المبذول لنقل كمية من الشحنات الكهربائية تساوي (1 كولوم) بين طرفي موصل. يتدفق التيار الكهربائي من الطرف الأعلى جهدًا إلى الطرف الأدنى جهدًا حتى يصبح فرق الجهد صفرًا. عند توصيل موصلين لهما نفس الجهد الكهربائي، لا يمر بينهما تيار كهربائي. يتم التعبير عن فرق الجهد بواسطة المعادلة الرياضية التالية:
(فرق الجهد (بوحدة الفولت) = (الشغل المبذول (بوحدة الجول) / كمية الشحنات الكهربائية (بوحدة الكولوم)). لذلك، الفولت هو فرق الجهد بين طرفي موصل عندما يُبذل شغل مقداره (1 جول) لنقل كمية من الشحنات الكهربائية تبلغ (1 كولوم).
- مثال (1): إذا كان الشغل المبذول لنقل شحنة كهربائية مقدارها 500 كولوم بين نقطتين هو 5500 جول، احسب فرق الجهد.
- الحل: فرق الجهد (جـ) = الشغل (شغ) / (ك) = (5500 / 500) = 11 فولت.
- مثال (2): احسب الكمية الكهربائية التي تتحول إلى طاقة حرارية مقدارها 45000 جول عند مرورها في سخان، إذا كان فرق الجهد بين طرفيه 225 فولت؟
- الحل: ك = (شغ / جـ) = (45000 / 225) = 200 كولوم.
القوة الدافعة الكهربائية
تشير القوة الدافعة الكهربائية إلى فرق الجهد بين القطبين للمصدر الكهربائي عندما تكون الدائرة مفتوحة ولا يمر تيار كهربائي. تُقاس هذه القوة بجهاز الفولتميتر وبوحدات الفولت.
المقاومة الكهربائية
المقاومة الكهربائية هي معارضة التيار الكهربائي عند سريانه عبر موصل. تتكون المقاومة من ملف مصنوع من سلك معدني بارتفاع مقاومته، ملتف بصورة منتظمة حول أسطوانة مصنوعة من مادة عازلة، مع وجود صفائح معدنية مرنة تلامس لفات السلك. الهدف من المقاومة هو التحكم في شدة التيار وفرق الجهد بين أجزاء الدائرة المختلفة.
