ما هو التيار الكهربائي

الكهرباء بلا شك معلومة للجميع فهي حجر الأساس للحضارة الإنسانية في وقتنا الحاضر، والمستقبل القريب يعتمد علي مدي تطوير الاستفادة من الكهرباء ،ولكن قد يكون من الصعب تعريف الكهرباء بتعريف محدد لأن الكهرباء تعرف بتأثيراتها ولا تعرف كشيء محدد يمكن وضع تعريف له.

لأنه لم يرى إنسان الشحنة الكهربائية كما لم يستطع أي احد أن يرى الجاذبية الأرضية . لكن كلاهما يمكنك أن تحس به وتشاهد تأثيراته. وتقاس الشحنة الكهربائية بوحدة تسمى الكولوم وهي تنسب إلى العالم الذي استطاع قياسها.

لكن يمكننا القول أن الكهرباء عبارة عن تلازم بين قوة كهربائية نسميها ( الجهد أو الفولتية voltage ) وحركة الإلكترونات نسميها ( التيار current ) حيث أن الإلكترونات عبارة عن أجسام صغيرة جداً غير مرئية ومشحونة بشحنة سالبة كما سنوضح في السطور القادمة، وأيضا ستجد الدرس الأول من دورة الإلكترونيات العملية في نهاية الموضوع لتحقيق اكبر استفادة.

ما هي الكهرباء

لنعلم ما هي الكهرباء يجب أولا أن نعرف اكثر عن النظرية الذرية

النظرية الذرية

تعتبر النظرية الذرية ذات أهمية خاصة في علم الكهرباء، حيث تستخدم في تفسير الخصائص الكهربائية للمواد ومرور التيار الكهربائي وتأثيراته المختلفة، ولفهم هذه النظرية فهما كاملا يجب علينا التعرف أولا علي بعض خصائص المادة.

المادة

ما هو التيار الكهربائي : المادة

هي أي جسم موجود في الطبيعة يدركه الإنسان بحواسه، وتكون المواد على شكل أجسام صلبة كالمعادن، أو سائلة كالماء، أو غازية كالهواء. وتتكون المادة من أجزاء متناهية في الصغر تسمى الذرات ( Atoms )، وقد تبين أن الذرة تتكون جسيمات أصغر منها وهي دقائق متناهية في الصغر.

فالذرة هي وحدة بناء المادة، ولكل عنصر ذرة خاصة به تختلف في تركيبها عن ذرات العناصر الأخرى. و تتكون الذرة من نواه ثقيلة نسبيا تدور حولها الإلكترونات في مدارات علي شكل طبقات.

تركيب الذرة

تتكون الذرة من جسيمات صغيرة سالبة الشحنة تدور حول نواة الذرة بسرعة عالية جدا ، تدعى هذه الجسيمات المتحركة بالإلكترونات كما تحتوي النواة على نيترونات Neutrons متعادلة الشحنة ، وعلى بروتونات protons موجبة الشحنة.

ما هو التيار الكهربائي :مكونات الذرة

ويختلف تركيب الذرة من مادة إلى أخرى ويختلف تبعا لذلك عدد الإلكترونات الموجودة بها وعدد المدارات فمثلا تتكون ذرة الهيدروجين (أخف العناصر ) من نواة تحوي بروتونا واحدا يدور حولها إلكترون واحد.

ولكن لنا هنا سؤال من الذي ينقل الكهرباء الإلكترونات أم النيترونات أم البروتونات؟

المسئول عن نقل التيار الكهربائي هي الإلكترونات الحرة Free Electons.

ما هي الإلكترونات الحرة؟

عند دوران الإلكترون حول النواة تؤثر فيه قوتان الأولى: قوة تجذب الإلكترون السالب إلى النواة موجبة الشحنة، والثانية: قوة الطرد المركزية الناتجة من دوران الإلكترون حول النواة.

وكلما كان الإلكترون في مستوى أبعد عن النواة كانت قوة الطرد المركزية أكبر من قوة التجاذب، وكلما ابتعد أكثر تمكن قدر قليل من الطاقة أن يحرر الإلكترون من مساره، فتصبح هذه الإلكترونات حرة وتسبح عشوائياً داخل المادة وتنتقل من ذرة إلى أخرى مكونة التيار الكهربائي.

بمعني أن الكهرباء ما هي إلا انتقال لمجموعه من الإلكترونات من نقطه إلي أخري.

كيف تنتج الكهرباء

البروتونات توجد في نواة الذرة، والإلكترونات تدور حول النواة في مداراتها الخارجية متأثرة بقوى الجذب من النواة (الناتجة من التجاذب بين الإلكترونات السالبة الشحنة والبروتونات الموجبة الشحنة) وقوى الطرد(الناتجة عن دورانها السريع حول النواة) وهنا يجب أن تتساوى القوتان حتى تتزن الذرة، ولكن في وجود قوى شد خارجية (ذرات أخرى أو جهود موجبة) فإن الإلكترونات تترك النواه وتسير مكونة الكهرباء، أو ما يسمى بالتيار الكهربائي.

تعريف التيار الكهربائي

التيار الكهربائي

"التيار الكهربائي هو سيل من الإلكترونات الذي يسير عبر موصل"

يقاس التيار الكهربائي بوحدة الأمبير (Ampere)، ويرمز إليه بالرمز (I)، ويعرف بأنه عدد الإلكترونات التي تسري داخل الموصل في الثانية الواحدة، وكلما زاد عدد الإلكترونات التي تسري في الموصل زاد التيار في الموصل؛ إذ يجب أن تتناسب مساحة مقطع الموصل مع الزيادة في التيار الذي يسري خلاله؛ خوفا من عدم تحملها للتيارات المسحوبة، علما بأن اتجاه التيار الكهربائي في الدارة يكون من قطب البطارية الموجب باتجاه القطب السالب (عكس اتجاه سريان الإلكترونات)، حين يكون داخل مصدر الجهد (البطارية) القطب السالب إلى القطب الموجب.

ما هي المواد الموصلة والمواد العازلة وأشباه الموصلات؟

ولكن علمنا ما هي الإلكترونات والسؤال هنا ما هو الموصل وهل هناك مواد موصله ومواد غير موصله ؟وما الذي يدفع الإلكترونات للتحرك؟ وهل الإلكترونات الموجودة في ذرات جميع العناصر مسموح لها بالحركة؟

أولا هناك مواد تمنع حركه الإلكترونات ومن ثم هناك مواد موصله ومواد عازله ومن هنا جاء تصنيف المواد من حيث التوصيلية للكهرباء فكان لدينا ثلاث أنواع وهم

مواد موصله : أي المواد التي تمتلك عدد كبير من الإلكترونات وتسمح لهم بالتحرك من ذرة لأخري لتنشئ تيار كهربائي مثل النحاس والذهب وألومنيوم.
المواد العازلة: هي المواد التي تمنع إلكتروناتها من الانتقال وبالتالي تكون مواد غير موصله للتيار الكهربائي مثل الخشب والزجاج والبلاستيك والمطاط.
أشباه الموصلات : وهي مواد وسط ما بين المواد الموصلة والعازلة وهي ذات أهمية بالغة في الإلكترونيات الحديثة وسياتي الحديث عنها عند الحديث عن الدايود والترانزستور وغيرهم من أشباه الموصلات.

ما الذي يدفع الإلكترونات للتحرك ؟ولماذا لا تتحرك الإلكترونات من تلقاء نفسها لتكون تيار كهربائي ؟

لنفترض أن هناك خزان للمياه ولكن قوه المياه في الخزان لا تسمح له بالوصل إلي حنفيه المياه في المنزل ما العمل حينها بالطبع سنقوم بتركيب مضخة لسحب الماء من الخزان وضخه عبر المواسير ومن ثم تصل إلي حنفيه المياه في المنزل.

المضخة هي البطارية وبمجرد توصيلها في الدائرة تدفع الإلكترونات الموجودة في السلك فتكون دائرة مغلقه يمكن الاستفادة والبطارية هنا هي مصدر للجهد الكهربي .

حيث أن البطارية لها طرفان طرف موجب وطرف سالب (الإلكترونات) والموجب والموجب والسالب والسالب يتنافروا ومن ثم عند توصيل البطارية بسلك ستندفع الإلكترونات إلي السلك متجه إلي الطرف الموجب مما يسبب تيار كهربائي

فالجهد الكهربي هو الذي ينشئ فرق في الشحنات بين طرفي موصل ليجعل احدهم ملئ بالإلكترونات والأخر فقير بالإلكترونات .

التيار الاصطلاحي

اصطلاحي تعني ما اتفق عليه علماء الكهرباء وهو عبارة عن أتجاه التيار الكهربائي التقليدي ويكون عكس اتجاه حركه الإلكترونات بمعني أن التيار الاصطلاحي يسري من القطب الموجب إلى القطب السالب بينما اتجاه تيار الإلكترونات الحقيقي أو الفعلي من القطب السالب إلى القطب الموجب للبطارية.

كما يمكنك التعرف على الفرق بين التيار الفعلي والتيار الاصطلاحي من هنا

دورة الإلكترونيات العملية: ما هي الكهرباء؟

فيما يلي شرح في غاية الروعة للرائع وليد عيسي يوضح بشكل ميسر ومبسط ما هي الكهرباء وهو شرح مناسب لغير المتخصصين وللمتخصصين أيضا والمعلومات فيه مجرده دون أي تعقيدات لا داعي منها.

للذهاب إلي فهرس دروس دورة الإلكترونيات العملية للمهندس وليد عيسي من هنا.

إلكترون باشا