الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربي

 كيف يتولد التيار الكهربي ؟ وما المقصود بالتيار الكهربي ؟

سبق لك دراسة تركيب الذرة , وعرفت أن البروتونات توجد في النواة والإلكترونات تدور حول النواة في المدارات الخارجية متأثرة بقوى التجاذب من النواة . وعندما تنعدم أو تضعف قوة التجاذب تصبح بعض الإلكترونات حرة تسري في الأسلاك (الموصلات) مكونة التيار الكهربي .

لذا , يمكن تعريف التيار الكهربي على أنه عبارة عن تدفق شحنات كهربية سالبة (الإلكترونات) في مادة موصلة (كسلك معدني) .

 الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربي :

للتيار الكهربي عدة مفاهيم فيزيائية منها شدة التيار وفرق الجهد والمقاومة :

(1) شدة التيار : هي كمية الكهربية أو الشحنات الكهربية المتدفقة خلال مقطع الموصل في زمن قدره ثانية واحدة .

كيف تقاس شدة التيار ؟ وما وحدات قياسها ؟

تقاس باستخدام جهاز الأميتر ويرمز له بالرمزA في رسم الدائرة الكهربية .

 وتعرف وحدة قياس شدة التيار بالأمبير .

ويمكن تعريف الأمبير على أنه شدة التيار الكهربي الناتج عن مرور كمية من الكهرباء مقدارها 1 كولوم , عبر مقطع موصل , في زمن قدره (1 ثانية) .

_.^._. شدة التيار (ت) = كمية الكهربية ( ك ) / الزمن ( ز ) .

(2) فرق الجهد الكهربي :

ما المقصود بالجهد الكهربي لموصل ؟

هو حالة الموصل الكهربي التي نتبين منها انتقال الكهربية منه أو إليه إذا ما وصل بموصل آخر .

لكي تفهم ما المقصود بفرق الجهد , وكيف تنتقل الكهربية من موصل إلى آخر ,

 حاول فهم المثال التالي :

تنتقل الحرارة من الجسم الساخن (أ) إلى الجسم البارد (ب) عند اتصالهما معا بقضيب معدني (شكل 5) , ويستمر انتقال الحرارة حتى تتساوى درجة حرارة كل منهما . ولا يعتمد انتقال الحرارة على كميتها في الجسمين , ولكن على الفرق في درجة الحرارة بينهما . إن فرق درجة الحرارة هو الذي يحدد انتقال الحرارة من الجسم أو إليه .

وبالمثل بالنسبة للكهربية :

إن الفرق في الجهد الكهربي بين الموصلين هو الذي يحدد انتقال الشحنات الكهربية من الجسم أو إليه إذا وصل بموصل آخر . فإذا تلامس موصلان مشحونان وكان الجهد الكهربي للموصل الأول أعلى من الجهد الكهربي للموصل الثاني (شكل 6) فإن تيارا كهربيا يسري من الموصل الأول إلى الموصل الثاني حتى يتساوى جهداهما , ولا يعتمد انتقال الشحنات على كميتها , بل على جهد الموصل بالنسبة للموصل الآخر .

مما سبق يمكننا تعريف فرق الجهد بين طرفي موصل كالتالي :

هو مقدار الشغل المبذول لنقل كمية من الكهربية (شحنة كهربية) مقدارها 1 كولوم , بين طرفي هذا الموصل .

_.^._. فرق الجهد (فولت) = الشغل المبذول ( جول ) / كمية الكهربية ( كولوم ) .

قياس فرق الجهد ووحدة قياسه :

يستخدم جهاز "الفولتميتر" لقياس فرق الجهد بين طرفي موصل ويرمز له بالرمز V في رسم الدائرة الكهربية . وتعرف وحدة قياس فرق الجهد "بالفولت" . والفولت هو فرق الجهد بين طرفي موصل عند بذل شغل (1 جول) لنقل كمية من الكهربية مقدارها (1 كولوم) بين طرفي موصل .

كيف يوصل جهاز الفولتميتر في الدائرة الكهربية ؟ يوصل على التوازي .

• ·       يستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد الكهربي في الدائرة الكهربية .
• ·       كما يستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد بين طرفي أو قطبي البطارية (شكل 9) الذي يعرف باسم "القوة الدافعة الكهربية" والتي يمكن تعريفها على أنها "فرق الجهد الكهربي بين قطبي المصدر الكهربي عندما تكون الدائرة الكهربية مفتوحة , أي لا يمر خلالها تيار كهربي" , ووحدة قياسها الفولت .

(3) المقاومة الكهربية :

أثناء سريان التيار الكهربي في الموصلات (الأسلاك) فإنه يلقى مقاومة أو ممانعة , وبالتالي يمكن تعريف المقاومة الكهربية على أنها "الممانعة التي يلقاها التيار الكهربي أثناء سريانه في موصل".

يستخدم لقياس المقاومة الكهربية جهاز يسمى "الأومميتر" .

وحدة قياس المقاومة الكهربية هي "الأوم" .

الأوم : هو "مقاومة الموصل الذي يسري فيه تيار كهربي شدته 1 أمبير عندما يكون فرق الجهد بين طرفيه 1 فولت" .

أنواع المقاومة الكهربية :

• مقامة ثابتة .
• مقاومة متغيرة .

المقاومة المتغيرة : (الريوستات المنزلقة) :

وهي المقاومة التي يمكن تغيير قيمتها لضبط قيمة شدة التيار وفرق الجهد في الأجزاء المختلفة من الدائرة الكهربية .

تركيب المقاومة المتغيرة :

1-    سلك معدني ذو مقاومة كبيرة , ملفوف حول اسطوانة من مادة عازلة مثل البورسلين .

2-    ساق من النحاس مثبت عليها صفيحة مرنة تلامس السلك , ويمكنها أن تنزلق عليه بطول الاسطوانة , ولذلك تعرف هذه الصفيحة "بالزالق" .

فكرة عمل المقاومة المتغيرة :

تعتمد فكرة عمل المقاومة المتغيرة على التحكم في المقاومة التي يلاقيها التيار أثناء مروره في السلك, عن طريق انزلاق الصفيحة المرنة على السلك , وذلك بالتحكم في طول السلك الذي يدخل في الدائرة ويسري فيه التيار , فتتغير المقاومة وتتغير تبعا لذلك شدة التيار المار في الدائرة الكهربية, أي أنه لو زاد طول السلك لزادت مقاومته للتيار الكهربي , وبالتالي تقل شدة التيار .

 العلاقة بين شدة التيار الكهربي وفرق الجهد : (قانون أوم) :

قانون أوم :

" تتناسب شدة التيار الكهربي المار في موصل ما تناسبا طرديا مع فرق الجهد بين طرفيه عند ثبوت درجة الحرارة" .

بمعنى أن : جـ = مقدار ثابت × ت أي أن : جـ = م × ت حيث (م) هي المقدار الثابت .

وبالتالي : المقاومة (م) = فرق الجهد ( ج ) / شدة التيار ( ت ) .

ومن هذه العلاقة يمكن استنتاج تعريف المقاومة على أنها النسبة بين فرق الجهد بين طرفي موصل وشدة التيار الكهربي المار فيه .