مقدمة حول الدوائر الكهربائية
يمكن تصور الدائرة الكهربائية كمسار متكامل يسمح للإلكترونات بالتحرك بشكل منتظم، مما يؤدي إلى تدفق التيارات الكهربائية. إنها فكرة أساسية تعتمد على ثلاثة أجزاء حيوية: مصدر للطاقة، وجهاز يستهلك هذه الطاقة، ومسار مغلق يسمح بمرور التيار.
العناصر الرئيسية في الدوائر الكهربائية
تتألف الدوائر الكهربائية من عدة عناصر أساسية تعمل بتناغم لضمان تشغيلها بكفاءة. هذه العناصر تتضمن مصدر الطاقة، والحمل الكهربائي، والمقاومة، وأدوات التحكم.
مزود الطاقة الكهربائية
يعتبر مزود الطاقة المكون الرئيسي الأول في الدائرة الكهربائية، فهو يوفر القوة الدافعة اللازمة لحركة الإلكترونات. يمكن أن يكون هذا المصدر بطارية، أو خلية شمسية، أو محطة لتوليد الطاقة. يتميز بوجود قطبين، موجب وسالب، حيث تتدفق الشحنات من أحدهما إلى الآخر. هذا التدفق للشحنات يعرف بالجهد ويقاس بوحدة الفولت.
الجهاز أو الحمل الكهربائي
الحمل الكهربائي هو أي جهاز يتم توصيله بالدائرة الكهربائية ويستفيد من الكهرباء. يقوم الحمل بإكمال الدائرة الكهربائية باستخدام مادة موصلة مثل الأسلاك أو الشرائح المعدنية الموجودة في الأجهزة الإلكترونية. حتى هيكل الجهاز نفسه يمكن أن يصبح جزءًا من الدائرة المغلقة.
الممانعة في الدائرة الكهربائية
كل دائرة كهربائية تمتلك درجة معينة من الممانعة، وهي ناتجة عن تصادم الإلكترونات مع بعضها البعض ومع ذرات الموصل. هذا التصادم يحول جزءًا من الطاقة الكهربائية إلى حرارة. من المستحيل نقل الطاقة من شكل إلى آخر دون فقدان جزء منها على شكل حرارة.
المفاتيح، الصمامات، والقواطع الكهربائية
لا يمكن التحكم في الدوائر الكهربائية بدون مفتاح، وهو جهاز بسيط لفتح وإغلاق الدائرة. الأجهزة الكهربائية تحتوي على مفاتيح للتشغيل والإيقاف. عندما يكون المفتاح مفتوحًا، لا يتدفق التيار، وعندما يكون مغلقًا، يتدفق التيار.
تعمل الدوائر الكهربائية بهذه الطريقة حتى في المنازل. هناك حلقة مستمرة من الأسلاك تمتد من المنزل إلى محطة الطاقة، ويتم التحكم بها عن طريق القوابس والمفاتيح.
تستخدم الصمامات والقواطع الكهربائية لمنع الحرائق الناتجة عن زيادة الأحمال. الصمام يحترق إذا كان التيار مرتفعًا جدًا، مما يقطع الدائرة. القواطع تعمل بمبدأ التبديل الكهرومغناطيسي.
مثال على الدوائر الكهربائية البسيطة
المصباح اليدوي مثال على دائرة كهربائية بسيطة. يتكون من بطاريات (المصدر)، ومصباح (الحمل)، وأسلاك معدنية (الموصل). التيار يتدفق عبر فتيل صغير في المصباح، مما يجعله يسخن ويتوهج.
أصناف الدوائر الكهربائية
هناك نوعان رئيسيان من الدوائر الكهربائية: الدوائر المتسلسلة والدوائر المتوازية.
الدوائر الموصولة على التوالي
الدوائر المتسلسلة تتكون من أجهزة متصلة الواحد تلو الآخر في حلقة واحدة. التيار نفسه يتدفق عبر كل جهاز، ولكن الفولتية تختلف. إذا تم كسر أي جزء في الدائرة، فإن الدائرة بأكملها تتوقف عن العمل.
مثال: إذا كانت هناك ثلاثة مصابيح موصلة على التوالي، وإذا تم فك أحد المصابيح، فإن الدائرة بأكملها ستتوقف.
الدوائر الموصولة على التوازي
في الدوائر المتوازية، يتم توصيل الأجهزة بطريقة تسمح لكل جهاز بالحصول على الجهد نفسه من المصدر. التيارات تختلف في كل جهاز، وتتناسب عكسيًا مع مقاومة الجهاز. إذا فشل أحد الأجهزة، فإن الأجهزة الأخرى ستظل تعمل.
مثال: إذا تم توصيل مصباحين كهربائيين على التوازي، وإذا تم فك أحدهما، فسيعمل الآخر. كل جهاز لديه حلقة مغلقة خاصة به مع مصدر الطاقة.
