ما هو التيار الكهربائي؟
يُشكل التيار الكهربائي (Electric Current) حجر الزاوية في فهم الكهرباء. فهو يُعرف بأنه حركة حاملات الشحنة الكهربائية. في الدوائر الكهربائية، يُقاس التيار كمعدل تدفق هذه الشحنات عبر نقطة محددة. وتشمل هذه الشحنات الإلكترونات (سالبة الشحنة)، والبروتونات (موجبة الشحنة)، والأيونات، بالإضافة إلى “الثقوب” في بعض المواد شبه الموصلة. في الأسلاك، يمثل التيار الكهربائي كمية الإلكترونات التي تعبر نقطة معينة في وحدة زمنية معينة.
أنواع التيار الكهربائي
التيار المستمر
يُعرف التيار المستمر (DC – Direct Current) بأنه التيار الذي يتدفق في اتجاه واحد فقط. تُعد البطاريات المثال الأبرز على مصادر التيار المستمر. فهي تخزن الطاقة على شكل طاقة كيميائية، ثم تحولها إلى تيار كهربائي مستمر عند الاستخدام.
التيار المتردد
أما التيار المتردد (AC – Alternating Current)، فيغير اتجاهه دوريًا. يتولد هذا النوع من التيار بفضل ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، كما هو موضح في قانون فاراداي. وتُعد محطات توليد الطاقة الكهربائية المصدر الرئيسي للتيار المتردد.
خصائص التيار الكهربائي
للتيار الكهربائي خصائص أساسية: أولها قدرته على توليد الطاقة الكهربائية، والتي يمكن تحويلها لأشكال أخرى من الطاقة كالضوء والحرارة. ثانيًا، اتجاه التيار الكهربائي (التقليدي) هو من القطب الموجب إلى القطب السالب. ثالثًا، يتطلب تدفق التيار فرق جهد كهربائي بين نقطتين. وأخيرًا، يعتمد تدفق التيار على وجود مادة موصلة تسمح بمرور الشحنات، والمقاومة الكهربائية التي تعيق هذا التدفق، وتقاس بوحدة الأوم.
سرعة انتقال الشحنات
تتحرك الشحنات في الموصلات الكهربائية بشكل عشوائي تحت تأثير المجال الكهربائي، وتتناسب سرعة انتقال التيار مع عدة عوامل. يمكن تمثيل العلاقة رياضيًا بالمعادلة التالية:
I = qnAv
حيث:
- I: شدة التيار (أمبير).
- q: شحنة كل جسيم (كولوم).
- n: عدد الشحنات لكل وحدة حجم.
- A: مساحة المقطع العرضي للموصل (م²).
- v: سرعة تدفق الشحنات (م/ث).
قياس شدة التيار الكهربائي
شدة التيار الكهربائي هي كمية الشحنات الكهربائية التي تمر عبر موصل في وحدة زمنية. تُقاس بوحدة الأمبير (1 كولوم/ثانية)، ويمكن حسابها باستخدام المعادلة:
I = Q/t
حيث:
- I: شدة التيار (أمبير).
- Q: كمية الشحنة (كولوم).
- t: الزمن (ثانية).
الخلاصة
باختصار، التيار الكهربائي هو تدفق الشحنات الكهربائية، وله نوعان رئيسيان هما التيار المستمر والمتردد، لكل منهما تطبيقاته الخاصة. يتميز التيار الكهربائي بخصائص أساسية تتحكم في تدفقه وسرعته، ويُقاس شدته بوحدة الأمبير.