بحث معمق على التيار الكهربائي
بحث معمق على التيار الكهربائي
التيار المستمر و المتردد
هناك نوعين من التيار و هما التيار المستمر و التيار المتردد
التيار المستمر DC
التيار المتردد ac
التيار الكهربائي اما ان يكون مستمر و اما ان يكون متردد
اولا
التيار المتردد AC
هو الذي يحصل فيه تغير مستمر ينتقل فيه منالموجب الى السالب
الترددfrequency
هو حجم التغير الحاصل في اتجاه التيار يعرف بالتردد ويقاس بوحدة الهيرتز Hertz (Hz) و هو عدد المرات التي يذهب فيها التيار من الموجب الى السالب خلال الثانية انتقال التيار من الموجب الى السالب يكون موجة كاملة
التيار المتردد يستخدم في تشغيل المصابيح و المكيفات و السخانات ولكن معظم الإلكترونيات لا تعمل على هذا النوع من التيار
التيار المستمر DCهو التيار اذي يسري في اتجاه واحد فقط اما في الموجب او في السالب
و هذا النوع من التيار ليس له تردد (( frequencyو يستخدم في تشغيل الأجهزة الإلكترونية مثل التلفزيون و الكمبيوتر و الرايو و غيره
كيف تنتج الكهرباء ؟البروتونات توجد فى النواة و الإلكترونات تدورحول النواه فى مداراتها الخارجيه متأثرة بقوى الجذب من النواه( الناتجه من التجاذببين الإلكترونات السالبة الشحنه و البروتونات الموجبة الشحنه) و قوى الطردالناتجه عن دورانها السريع حول النوا.ةوهنا يجب أن تتساوى القوتان حتى تتزنالذره .
ولكن فى وجود قوى شد خارجيه ( ذرات أخرى أو جهود موجبه ) فإنالإلكترونات تترك النواه وتسير مكونة الكهرباء.
التيار الكهربائي هو الشيء الذي يسري من نقطة إلى أخرى في السلك ويقاس التيار بوحدة تسمى الأمبير.
ان نقص الكترون ( الاكترون سالب الشحنة ) او اكثر من احدى الذرات يجعلها موجبة التكهرب او موجبة الشحنة الكهربائية
وبالعكس فان ذيادة الكترون او اكثر الى الذرة يجعلها سالبة التكهرب
والذرة فى حالتها الطبيعية متعادلة اى ان شحنتها السالبة تتساوى مع شحنتها الموجبة ( الالكترونات والبروتونات )
وبذلك لا يظهر اثر احداهما على الذرة فلا هى سالبة ولا هى موجبة
عندما تضىء مصباحا كهربائيا فان معنى ذلك ان تيارا كهربائيا قد مر بهذا المصباح وهذا الذى جعله يضىء
وهذا التيار الكهربى ناتج عن انتقال الالكترونات الحرة وتحركها فى سرعة هائلة داخل ذرات الاسلاك من ذرة الى اخرى
واندفاع هذه الالكترونات الحرة من ذرة الى اخرى هو المعبر عنه بالتيار الكهربائى
وبتوضيح اكثر نقول ان التيار الكهربى الذى يسبب اضاءة المصباح وادارة المتور وغير ذلك ناتج عن تحرك الالكترونات وانطلاقها من ذرة الى اخرى
وقد اصطلح الفنيون على ان اتجاه التيار الكهربى فعلا هو عكس اتجاه تحرك الالكترونات
اى ان الالكترونات تتحرك من الطرف السالب للبطارية خلال الاسلاك راجعة الى الطرف الموجب للبطارية
الضغط الكهربى وفرق الجهد
لكى يمر تيار كهربى فى دائرة ما فانه يجب ان يكون بين طرفى هذه الدائرة فرق جهد كهربى او ما يسمى ايضا بالضغط الكهربى
ومعنى كلمة فرق الجهد ان يكون احد طرفى الدائرة به زيادة فى الالكترونات بينما الطرف الاخر به نقص فى الالكترونات
وعلى ذلك تنتقل الالكترونات الحرة من الطرف الذى به زيادة فى الالكترونات الى الطرف الذى به نقص فى الالكترونات ونتيجة تحرك هذه الالكترونات ينشأ التيار الكهربى فى الدائرة
الضغط – التيار – المقاومة
لكى يمر تيار كهربى فى سلك او دائرة ما فانه لا بد من وجود فرق جهد كهربى ( ضغط كهربى ) يدفع التيار للمرور فى الاسلاك وكلما كان الضغط الكهربى كبيرا كلما مر تيار كهربى كبير
هذا من جهة الضغط اما من جهة الاسلاك نفسها التى يمر فيها التيار الكهربى فانه كلما كانت الاسلاك سميكة وقصيرة مر فيها تيار كبير ( قلية المقاومة ) وبالعكس كلما كانت الاسلاك رفيعة وطويلة كلما كان التيار الذى يمر فيها اقل ( اى عالية المقاومة )
وحدة قياس الكهرباء
الضغط = فولت او اجزاؤه مثل الملى فولت الذى يساوى جزء من الف من الفولت او الميكرو فولت الذى يساوى جزء من مليون من الفولت والكيلو فولت التى تساوى 1000 فولت
شدة التيار = امبير او الميلى امبير وهو جزء من الف امبير او ميكرو امبير وهو جزء من مليون من الامبير
المقاومة = اوم \ كيلو اوم = 1000 اوم او الميجا اوم = مليون اوم هذه هى ابسط واهم الوحدات الكهربائية فى القياس
قانون اوم
من اهم القوانين الكهربائية وهذا القانون يوضح بطريقة حسابية يربط بين التيار الذى يمر فى دائرة ما والمقاومة التى تقابله والضغط الذى يدفع التيار للمرور
فيمكن معرفة شدة التيار اذا عرفنا مقدار الضغط الذى يدفعه والمقاومة التى تقابله اثناء سريانه والعكس يمكننا بواسطة قانون اوم معرفة الضغط اللازم لكى يمر تيار معين فى دائرة ما
القانون
شدة التيار بوحدة الامبير = الضغط بوحدة الفولت
المقاومة بوحدة الاوم
المقاومة بوحدة الاوم = الضغط بوحدة الفولت
شدة التيار بوحدة الامبير
الضغط بوحدة الفولت = التيار بالامبير × المقاومة بالاوم
هي كمية التيار المتدفقة في الدائرة الكهربائية التي لها مقاومة نقية تتناسب تناسبا طرديا على القوة الدافعة الكهربائية وعكسيا على قيمة المقاومة الكلية.
ويمكن تشبيه ذلك إذا وصلت بطارية له قوة دافعة كهربائية V بين طرفي سلك نحاسي له مقاومة معينة ويسري فيه تيار كهربائي, فيكون السلك النحاسي كمقاومة والبطارية كقوة دافعة كهربائية تقوم بمقاومة السلك النحاسي R حتى يسري التيار الكهربائي إلى الطرف الأخر للسلك.
قانون أوم
هي كمية التيار المتدفقة في الدائرة الكهربائية التي لها مقاومة نقية تتناسب تناسبا طرديا على القوة الدافعة الكهربائية وعكسيا على قيمة المقاومة الكلية.
ويمكن تشبيه ذلك إذا وصلت بطارية له قوة دافعة كهربائية V بين طرفي سلك نحاسي له مقاومة معينة ويسري فيه تيار كهربائي, فيكون السلك النحاسي كمقاومة والبطارية كقوة دافعة كهربائية تقوم بمقاومة السلك النحاسي R حتى يسري التيار الكهربائي إلى الطرف الأخر للسلك.
فرق الجهد: هي قوة دافعة كهربائية أو ضغط تسبب تدفق التيار في الدائرة الكهربائية ووحدة قياسها الفولت
التيار: هو تدفق عدد من الشحنات الإليكترونية في الدائرة الكهربائية
المقاومة: هي أي عائق تعيق حركة الاليكترونات المتدفقة وتستخدم في التحكم في فرق الجهد والتيار ووحدة قياسها الاوم.
شكل المقاومة في الدوائر الإليكترونية Rوترمز بالرمز
تقاس المقاومة بوحدة الأوم ولها رمز الاوميجا W
يستخدم قانون أوم في معرفة القيمة المطلوبة التيار I أو الجهد V أو المقاومة R.
القدرة الكهربية
سبق لنا ان علمنا بان التيار لا يمر الا تحت تاثير ضغط كهربى يدفعه للمرور فى اسلاك الدائرة ونتيجة ذلك ان تفقد اوتستهلك طاقة كهربية ( قدرة كهربية ) وهذه القدرة بالدائرة لا تفقد نهائيا بلا فائدة بل تتحول الى صورة اخرى من صور الطاقة
فالمصباح الكهربى مثلا يوصل بمنبع كهربى ذو ضغط معين يدفع تيارا كهربيا للمرور بالمصباح فتفقد به قدرة او طاقة كهربية تؤخذ من المنبع وتتحول الى طاقة او قدرة حرارية والمحرك او الموتور الكهربى يحول الطاقة الكهربية التى يستهلكها من المنبع الى طاقة ميكانيكية
القدرة الكهربية تتوقف على الضغط بالفولت وعلى التيار بالامبير
ويمكننا حساب قيمة القدرة الكهربية فى اى دائرة بواسطة المعادلة الحسابية التالية
القدرة الكهربية = الضغط بالفولت × التيار بالامبير = وات
القدرة الكهربية = ( التيار بالامبير )2 × المقاومة بالاوم
القدرة الكهربية = ( الضغط بالفولت )2
-------------------- = وات
المقاومة بالاوم
امثلة
مصباح كهربى قوته 100 وات متصل بمنبع كهربى ضغط المنبع 200 فولت فما شدة التيار الذى يمر بهذا المصباح
الامبير = الفولت × الامبير
اذا الامبير = الوات 100 1
------- = ------- = ----- امبير
الفولت 200 2
مجمل
التيار الكهربى
هو مرور الإلكترونات الحرة عبر الموصل من نقطة إلي أخري .
◄حيث أن الموصل يحتوي علي عدد ضخم من الإلكترونات الحرة كما هو موضح بالشكل ؛ فعند تطبيق جهد علي طرفي الموصل تتحرك الإلكترونات سالبة الشحنة نحو القطب الموجب للبطارية ؛ ويطلق علي حركة الإلكترونات هذةالتيار الكهربي .
ملاحظات :1- الإتجاة الفعلي للتيار الكهربي ( حركة الإلكترونات ) يكون من
القطب السالب للقطب الموجب للبطارية خلال الدائرة الكهربي .
ولكن تبعا˝للنظرية الإلكترونية فإن الإلكترونات تتحرك من
القطب الموجب للقطب السالب للبطارية خلال الدائرة الكهربية
وهذا يسمي الإتجاة الإصطلاحي للتيار الكهربي وهو المستخدم
حتي الآن .
2- هذة المواد التي تحتوي علي وفرة من الإلكترونات الحرة تسمي موصلات Conductorsمثل النحاس
والفضة والزنك .... الخ , بينما توجد بعض المواد تكون الكتروناتها مرتبطة بالذرة هذة المواد لا تسمح
بمرور التيار الكهربي وتسمي عوازل Insulators.
وحدات التيار الكهربي: الأمبير
فرق الجهد
◄هو الفرق في الجهد بين نقطتين مختلفتين أو بين جسمين مشحونين .
* إذا كان الجهد متساوي عند نقطتين فإن التيار المار بينهما = صفر .
* يسري التيار من النقطة ذات الجهد العالي إلي النقطة ذات الجهد المنخفض .
* ويتم قياس الجهد عن طريق الفرق بين أعلي نقطة وأقل نقطة في الجهد .
القوة الدافعة الكهربية ( مثل البطارية ) :هي التي تحافظ علي وجود فرق جهد بين نقطتين أو أكثر في الدائرة الكهربية .
بينما فرق الجهد : هو الذي يسبب مرور تيار كهربي .
