التيار الكهربائي
قديماً وقبل اكتشاف الإلكترونات (الشحنات السالبة) عُرّف التيار الكهربائي على أنّه سريان الشحنات الموجبة في الدارة الكهربائية (خارج البطارية أو مصدر الجهد) من القطب الموجب مروراً بجميع عناصر الدارة إلى القطب السالب، وهذا ما يُعرف الآن بالتيار الاصطلاحي، ولكن مع تقدم علم الكهرباء اكتشف العلماء أنّ عدد البروتونات الموجبة في نواة الذرة تساوي عدد الإلكترونات السالبة حول النواة وهذا ما يُعرف بحالة تعادل ذرات الجسم، ويُمكن للجسم أن يُصبح مشحوناً، فإذا فقد بعضاً من الكتروناته يكون موجب الشحنة، أمّا إذا اكتسب عدداً من الإلكترونات يكون سالب الشحنة. وبناءً عليه فإنّ التيار الكهربائي هو عبارةٌ عن تدفقٍ من الشحنات الكهربائية في مقطعٍ موصلٍ من منطقة الجهد المرتفع إلى منطقة الجهد المنخفض.
تعريف شدة التيار الكهربائي
هو كمية الشحنات الكهربائية التي تمرّ عبر مقطعٍ موصلٍ في وحدة الزمن، ووحدة قياسه الأمبير، بينما تقاس شدة التيار الكهربائي بجهاز الأميتر.
قوانين حساب شدة التيار
القانون الأول: يُمكن حساب شدة التيار بناءً على التعريف المذكور أعلاه من خلال المعادلة الآتية:
- شدة التيار الكهربائي مقاساً بوحدة الأمبير = الشحنة الكهربائية المارة بمقطعٍ موصلٍ مقاسةً بوحدة الكولوم ÷ زمن مرور الشحنة مقاساً بوحدة الثانية.
- وبالرموز : ت = ش÷ ز
- مثال: احسب شدة التيار الكهربائي المار في موصلٍ على فرض أنّ قيمة الشحنة الكهربائية المارة تساوي 180 كولوم، خلال زمنٍ مقداره دقيقة واحدة؟
- الحل:
- نُطبّق قانون شدة التيار: شدة التيار = الشحنة الكهربائية ÷الزمن
- ت = ش \ ز
- حيث إنّ:
- ش: الشحنة الكهربائية المارة بوحدة الكولوم = 180 كولوم.
- ز: الزمن بوحدة الثانية = دقيقة واحدة = 60 ثانية.
- ت = 180÷60
- شدة التيار الكهربائي = 3 كولوم ÷ ث = 3 أمبير.
القانون الثاني: حتى يتولد تدفق من الشحنات الكهربائية في اتجاهاتٍ منتظمةٍ وغير عشوائية (كما في جزيئات الغاز)، يجب أن تتحرك هذه الشحنات بمعدل تدفقٍ معين، وتُمثّل الالكترونات الحرة في الجسم العناصر الناقلة لهذه الشحنات الكهربائية، وبالتالي فإنّ للإلكترونات سرعة تدفقٍ محددةٍ تُسمى بسرعة انسياق (سرعة تدفق) الإلكترون وفقاً للمعادلة الآتية:
شدة التيار الكهربائي = عدد الجسيمات المشحونة لكلّ وحدة حجم × مساحة المقطع العرضي للموصل × الشحنة الموجودة في كلّ جسيم × سرعة الانسياق.
القانون الثالث:
- ينص على أنّ شدة التيار الكهربائي تساوي فرق الجهد الكهربائي الممارس مقسوماً على قيمة المقاومة، وهو ما يُعرف بقانون أوم.
- شدة التيار الكهربائي مقاساً بوحدة الأمبير = فرق الجهد الكهربائي مقاساً بوحدة الفولت ÷ المقاومة الكهربائية مقاسةً بوحدة الأوم
- وبالرموز: ت = ج \ م
