التيار الكهربائي

يمثل التيار الكهربائي بالحرف (I)، وهو تدفق منتظم للشحنات الكهربائية السالبة عبر الموصلات في اتجاه محدد، وقد تكون هذه الشحنات إما إلكترونات أو أيونات. يحدث هذا التدفق نتيجة ضعف أو انعدام القوى الموجبة بين نواة الذرة وإلكترونات المستوى الخارجي، الأمر الذي يؤدي إلى تحرر هذه الإلكترونات. عند توصيل أسلاك الموصل بمصدر للتيار الكهربائي، يصبح هناك قوة دافعة كهربائية تدفع الإلكترونات في اتجاه معين، مما ينشئ التيار الكهربائي.

الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربائي

شدة التيار

تعبر شدة التيار عن كمية الشحنات الكهربائية المارة خلال سلك موصل في فترة زمنية مقدارها ثانية واحدة. كلما زاد طول السلك، كلما انخفضت شدة التيار نتيجة لزيادة المقاومة. تقاس شدة التيار باستخدام جهاز الأميتر، وتُعبر بوحدة الأمبير. ويمكن التعبير عن شدة التيار الكهربائي بالعلاقة الرياضية التالية:

(شدة التيار = كمية الشحنات الكهربائية (بوحدة الكولوم) / الزمن (بوحدة الثانية)). وبالتالي، الأمبير هو شدة التيار الناتج عن مرور كمية من الشحنات الكهربائية مقدارها (1 كولوم) عبر مقطع في زمن قدره ثانية.

• مثال (1): احسب شدة التيار الكهربائي عند مرور كمية كهربائية مقدارها 5400 كولوم في موصل لمدة خمس دقائق.
• الحل: كمية الشحنات الكهربائية (ك) = 5400 كولوم، الزمن = 5 * 60 = 300 ثانية، إذاً شدة التيار (ت) = (ك / ز) = (5400 / 300) = 18 أمبير.
• مثال (2): احسب مقدار الشحنة الكهربائية المارة في مصباح عندما يمر به تيار شدته 6 أمبير لمدة ثلاث ثوانٍ.
• الحل: ت = (ك / ز)، باستخدام 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) = (0.25 / 60) = 240 ثانية.

فرق الجهد

يمثل فرق الجهد عدد الجولات المخصصة للعمل المبذول لنقل كمية من الشحنات الكهربائية مقدارها (1 كولوم) بين طرفي موصل. يتدفق التيار الكهربائي من الموصل ذو الجهد الأعلى إلى الموصل الأقل جهدًا، ويستمر هذا التدفق حتى يتساوى فرق الجهد بين الطرفين. في حال توصيل موصلين لهما نفس الجهد، لا يمر تيار كهربائي بينهما. يمكن التعبير عن فرق الجهد بالعلاقة الرياضية التالية:

(فرق الجهد (بوحدة الفولت) = (الشغل المبذول (بوحدة الجول) / كمية الشحنات الكهربائية (بوحدة الكولوم)). وعليه، فإن الفولت هو فرق الجهد بين طرفي موصل عند بذل شغل مقداره (1 جول) لنقل (1 كولوم) من الشحنات بين الطرفين.

• مثال (1): إذا كان الشغل المبذول لنقل شحنة كهربائية مقدارها 500 كولوم بين نقطتين هو 5500 جول، احسب فرق الجهد.
• الحل: فرق الجهد (ΔV) = الشغل (شغل) / (ك) = (5500 / 500) = 11 فولت.
• مثال (2): احسب كمية الشحنات التي تتحول إلى طاقة حرارية مقدارها 45000 جول عند مرورها في سخان، مع العلم أن 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 قطبي المصدر الكهربائي عندما تكون الدائرة مفتوحة، مما يعني عدم وجود تيار كهربائي. تقاس القوة الدافعة الكهربائية بجهاز الفولتميتر، ويُعبر عنها بوحدة الفولت.

المقاومة الكهربائية

تعبر المقاومة عن العوامل التي تعيق مرور التيار الكهربائي في موصل. تتكون المقاومة عادة من سلك معدني ملتف حول أسطوانة مصنوعة من مادة عازلة، حيث يكون الهدف من مقاومتها هو التحكم في شدة التيار وفرق الجهد بين أجزاء الدائرة الكهربائية المختلفة.