الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربي

التيار الكهربي

يرمز للتيار الكهربائي بحرف (I)، وهو عبارة عن تدفق شحنات كهربائيّة سالبة في الدوائر الكهربائيّة، في اتجاه معين خلال الموصلات وبشكل منتظم، وقد تكون إلكترونات أو أيونات، بحيث تتدفق بسبب ضعف أو انعدام قوى التجاذب بين النواة وإلكترونات المستوى الأخير (إلكترونات التكافؤ)، مما يؤدي إلى تحرر هذه الإلكترونات، وعند توصيل أسلاك التوصيل بمصدر للتيار الكهربائي، تتولد قوة دافعة كهربائيّة، لضخ هذه الإلكترونات في اتجاه معين، وتكوّن التيار الكهربائي.

الخصائص الفيزيائيّة للتيار الكهربي

شدة التيار

هو كميّة الشحنات الكهربائيّة المتدفقة خلال سلك التوصيل في زمن مدته ثانية، وكلما زاد طول سلك التوصيل قلت شدة التيار بسبب ازدياد المقاومة، وتُقاس شدة التيار بجهاز الأميتر، ووحدة القياس هي الأمبير، ويعبر عن شدة التيار الكهربائي بالعلاقة الرياضيّة الآتية:

(شدة التيار= كميّة الشحنات الكهربائيّة (بوحدة الكولوم)/ الزمن (بوحدة الثانية))، إذاً الأمبير هو شدة التيار الناتج عن مرور كميّة من الشحنات الكهربائيّة، مقدارها (1 كولوم) عبر مقطع، في زمن مقداره ثانية.

• مثال (1): احسب شدة التيار الكهربائي عند مرور كميّة من الكهرباء مقدارها 5400 كولوم، في مقطع موصل مدة خمس دقائق؟
• الحل: كميّة الشحنات الكهربائية (ك)= 5400 كولوم، الزمن= 5*60= 300 ثانية، إذاً شدة التيار (ت)= (ك/ز)= (300/5400)= 18 أمبير.
• مثال (2): احسب مقدار الشحنة الكهربائيّة المارة خلال مصباح، عندما يمر به تيار شدته 6 أمبير، في ثلاث ثوانٍ؟
• الحل: ت= (ك/ز)، باستخدام خاصية الضرب التبادلي نجد أنّ كميّة الشحنات (ك)= (ت*ز)= (6*3)= 18 كولوم.
• مثال (3): احسب الزمن اللازم لمرور شحنة كهربائيّة 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

هو مقدار الشغل المبذول لنقل كميّة من الشحنات الكهربائية مقدارها (1 كولوم)، بين طرفي موصل، حيث ينتقل التيار الكهربائي من طرف الموصل إلى الطرف الآخر عند وجود فرق في الجهد بينهما، ويتدفق التيار الكهربائي من الموصل ذي الجهد الأعلى، إلى الموصل ذي الجهد الأقل، ويستمر حتى يصبح فرق الجهد صفراً، وعند توصيل موصلين لهما نفس الجهد الكهربائي فلا يمر بينهما تيار كهربائي، ويتم التعبير عن فرق الجهد بالعلاقة الرياضية الآتية:

(فرق الجهد (بوحدة الفولت)= (الشغل المبذول (بوحدة الجول)/ كمية الشحنات الكهربائيّة (بوحدة الكولوم)، إذاً الفولت عبارة عن فرق الجهد بين طرفي موصل عند بذل شغل مقداره (1 جول) لنقل كميّة من الشحنات الكهربائية مقدارها (1 كولوم) بين طرفي موصل.

• مثال (1): إذا كان الشغل المبذول لنقل شحنة كهربائيّة مقدارها 500 كولوم بين نقطتين 5500 جول، فاحسب فرق الجهد.
• الحل: فرق الجهد (جـ)= الشغل (شغ)/ (ك)= (5500/ 500)= 11 فولت.
• مثال (2): احسب الكميّة الكهربائيّة التي تتحول عند مرورها في سخان إلى طاقة حراريّة مقدارها 45000 جول، إذا علمت أنّ فرق الجهد بين طرفيه 225 فولت؟
• الحل: ك= (شغ/ جـ)= (225/45000)= 200 كولوم.

القوة الدافعة الكهربائيّة

هو فرق الجهد الكهربائي بين قطبي المصدر الكهربائي عندما تكون الدائرة الكهربائية مفتوحة، أي لا يمر خلالها تيار كهربائي، وتقاس القوة الدافعة الكهربائية بجهاز الفولتميتر، وبوحدة الفولت.

المقاومة الكهربائيّة

هي الممانعة التي يمر خلالها التيار الكهربائي خلال سريانه في موصل، وتتكون المقاومة من ملف من سلك معدني، مقاومته عالية وملفوف بشكل منتظم حول أسطوانة مصنوعة من مادة عازلة، ومن صفيحة معدنيّة مرنة تلامس لفات السلك، أما الهدف منها فهو التحكم في شدة التيار المار في الدوائر الكهربائيّة، وفي فرق الجهد بين أجزاء الدائرة المختلفة.