قوانين شدة التيار الكهربائي

التيار الكهربائي هو ظاهرة فيزيائية تنشأ عندما يتم إزاحة الإلكترونات أو الأيونات التي تولد المجالات الكهربائية، وطبقا للاتفاقية فإن التيار يمثل تدفق الشحنات الموجبة، ويتم قياس شدة التيار بالأمبير وهي كمية الشحنة التي تمر في الموصل خلال فترة زمنية محددة. يعد التيار الكهربائي معدل تدفق الشحنة الكهربائية، ويكون موجودا عندما يتدفق التيار بشكل مستمر عبر المنطقة 832 في الدوائر الكهربائية، وعادة ما يتم شحن هذه الشحنة بواسطة حركة الإلكترونات في الأسلاك، ويمكن حملها بواسطة الأيونات في الإلكتروليت أو عن طريق الأيونات والإلكترونات معا كما في الغاز المتأين (البلازما) .

قوانين التيار الكهربائي

القانون الأول

يتم قياس شدة التيار الكهربائي بوحدة الأمبير، وهي تساوي الشحنة الكهربائية التي تمر في مقطع موصل معين بوحدة الكولوم مقسومة على الزمن الذي تمر فيه الشحنة، وهذا يتم قياسه بوحدة الثانية، ويتم تمثيله بالرمز: “ت = ش÷ ز .

القانون الثاني

تتوافق شدة التيار الكهربائي مع عدد الجسيمات المشحونة لكل وحدة حجم × مساحة المقطع العرضي للموصل × الشحنة الموجودة في كل جسيم × سرعة الانسياق .

القانون الثالث

قوة التيار الكهربائي يتم قياسها بوحدة الأمبير، وتكون متناسبة مع فرق الجهد الكهربائي المقاس بوحدة الفولت مقسومة على المقاومة الكهربائية المقاسة بوحدة الأوم، ويرمز لها بالتساوي: ت = ج / م .

وحدة التيار الكهربائي

وحدة التيار الكهربائي في نظام الوحدات الدولي هي الأمبير، وهو تدفق الشحنة الكهربائية عبر سطح بمعدل كولوم واحد في الثانية، ويتم تمثيلها برمز (A)، وهي وحدة أساسية، ويتم قياسها باستخدام جهاز يسمى مقياس التيار الكهربائي، والتيارات الكهربائية تسبب تسخين جول وتوليد الضوء في المصابيح المتوهجة، كما تخلق مجالات مغناطيسية تستخدم في المحركات والمولدات والمحثات، وتسمى الجزيئات المتحركة المشحونة في التيار الكهربائي بـ “حاملات الشحنة”، وفي المعادن، يرتبط إلكترون واحد أو أكثر من كل ذرة بشكل فضفاض بالذرة، ويمكنه التحرك بحرية داخل المعدن، وتشكل الإلكترونات الحاملة للشحنة في الموصلات المعدنية .

رمز التيار الكهربائي

التيار الحالي له الرمز التقليدي I وهو مشتق من العبارة الفرنسية `intensité du courant` التي تعني `الشدة الحالية`. وعادة ما يشير إلى شدة التيار ببساطة باسم التيار. وقد استخدم الرمز I من قبل أندريه ماري أمبير، الذي اقترحه كرمز لوحدة التيار الكهربائي. وفي صياغة قانون قوة الأمبير في عام 1820، انتقل هذا الترميز من فرنسا إلى بريطانيا العظمى حيث أصبح المعيار. وعلى الرغم من أن بعض المجلات استخدمت الحرف C بدلا من I حتى عام 1896 على الأقل .

توصيلات شدة التيار الكهربائي

في المواد الموصلة، مثل الأسلاك والموصلات في الدوائر الكهربائية، تتكون التيارات الكهربائية من الجسيمات المتحركة المشحونة التي يطلق عليها اسم حاملات الشحنة. تحتفظ النواة الذرية المشحونة إيجابيا في الذرات في وضع ثابت، بينما تكون الإلكترونات سالبة الشحنة هي حاملات الشحنة وحرة للتحرك في المعادن. وفي المواد الأخرى، وخاصة الشبه الموصلات، يمكن أن تكون حاملات الشحنة إيجابية أو سالبة، وحسب المواد المضافة، يمكن أن تتواجد موجات شحنة موجبة وسالبة في نفس الوقت، كما يحدث في الخلايا الكهروكيميائية أثناء التحليل الكهربائي .

يعطي تدفق الشحنات الموجبة نفس قيمة التيار الكهربائي، ويكون له نفس تأثير الشحنات السالبة المتدفقة في الاتجاه المعاكس في الدائرة. ونظرا لأن التيار يمكن أن يكون تدفقا للشحنات الموجبة أو السالبة أو كلاهما، فمن الضروري وجود اتفاقية بشأن اتجاه التيار المستقل عن نوع حاملات الشحن. ويتم تعريف اتجاه التيار التقليدي بشكل اعتباطي على أنه نفس اتجاه تدفق الشحنات الموجبة. ونظرا لأن الإلكترونات هي حاملات الشحنة في الأسلاك المعدنية ومعظم أجزاء الدوائر الكهربائية الأخرى لها شحنة سالبة، فإنها تتدفق في الاتجاه المعاكس لتدفق التيار التقليدي في الدائرة الكهربائية .

الاتجاه المرجعي للتيار الكهربائي

بسبب القدرة على تدفق التيار في أي اتجاه في سلك أو مكون ما، عند تعريف المتغير I لتمثيل هذا التيار، يجب تحديد الاتجاه الذي يمثل التيار الإيجابي، وعادة يستخدم سهم على المخطط الدائري للدارة لتوضيح ذلك، وهذا ما يسمى بالاتجاه المرجعي للتيار. وإذا تدفق التيار في الاتجاه المعاكس، فإن المتغير I يكون له قيمة سالبة. وعند تحليل الدوائر الكهربائية، يتم تحديد الاتجاه الفعلي للتيار عبر عنصر الدائرة بشكل عام، وهو عادة غير معروف .

غالبا ما يحدد اتجاهات التيارات بشكل تعسفي، وعند حل الدائرة، إذا كانت القيمة السالبة للمتغير تعني أن الاتجاه الفعلي للتيار خلال هذا العنصر في الدائرة معاكس للاتجاه المرجعي المختار، وفي الدوائر الإلكترونية غالبا ما يتم اختيار اتجاهات التيار المرجعية بحيث تكون جميع التيارات تتجه نحو الأرض، وغالبا ما تتطابق هذه مع الاتجاه الحالي الفعلي للتيار لأن جهد التيار الكهربائي إيجابي في العديد من الدوائر المتعلقة بالأرض .

التيار المتردد والمباشر

في أنظمة التيار المتردد، تتحرك الشحنة الكهربائية بشكل دوري باتجاه معاكس، والتيار المتردد هو شكل من الأشكال الشائعة للطاقة الكهربائية التي يتم توصيلها إلى الشركات والمنازل، والموجة الأكثر شيوعا في دائرة طاقة التيار المتردد هي الموجة الجيبية، وتستخدم بعض التطبيقات أشكال موجية مختلفة مثل المثلثات والمربعات، وتشمل إشارات الصوت والراديو التي يتم حملها على الأسلاك الكهربائية أيضا التيار المتناوب، والهدف الأساسي في هذه التطبيقات هو استعادة المعلومات المشفرة (أو المعدلة) على إشارة التيار المتردد .

بالمقابل، التيار المباشر (DC) هو تدفق الشحنة الكهربائية في اتجاه واحد فقط، ويتم إنتاج التيار المباشر من مصادر مثل البطاريات والمولدات الحرارية والخلايا الشمسية وآلات التيار المباشر من نوع العاكس الديناميكي. يمكن أن يتدفق التيار المباشر في الموصلات مثل الأسلاك، ولكنه يمكن أيضا أن يتدفق عبر الموصلات والعوازل، أو حتى عبر الفراغ مثل الإلكترونات أو الأشعة الأيونية. كانت الاسم القديم للتيار المباشر هو التيار الكلفاني .