تعد الكهرباء جزءًا أساسيًا من حياتنا اليومية، حيث تعمل على تشغيل كل شيء بدءًا من الأجهزة الصغيرة مثل الهواتف الذكية وحتى الأنظمة الكبيرة مثل شبكات الطاقة في المدن. عندما نتحدث عن التيار الكهربائي ، فإننا نشير إلى تدفق الشحنة الكهربائية عبر موصل، مثل سلك معدني، بسبب فرق الجهد أو الجهد عبره. هذا التدفق هو ما يغذي أجهزتنا الكهربائية.
لفهم الكهرباء الحالية، نبدأ بالوحدة الأساسية للشحنة، والتي تسمى الإلكترون . يحدث تيار كهربائي عندما تتحرك الإلكترونات عبر مادة ما. الاتجاه التقليدي لتدفق التيار الكهربائي هو عكس اتجاه حركة الإلكترون، من الطرف الموجب إلى الطرف السالب لمصدر الطاقة.
تُعرف كمية الشحنة الكهربائية التي تمر عبر مقطع من موصل في وقت معين بالتيار الكهربائي ، ويتم قياسها بالأمبير (A). رياضيا يتم التعبير عنه على النحو التالي:
\(I = \frac{Q}{t}\)حيث \(I\) هو التيار بالأمبير، \(Q\) هو الشحنة بالكولوم، و \(t\) هو الوقت بالثواني الذي تتدفق خلاله الشحنة.
الجهد الكهربي ، أو فرق الجهد الكهربائي، هو القوة الدافعة التي تدفع الشحنة الكهربائية عبر الموصل. ويقاس بالفولت (V) ويمكن اعتباره الضغط الكهربائي الذي يسبب حركة الشحنات الكهربائية.
المقاومة هي المقاومة التي تقدمها المادة لتدفق التيار الكهربائي. يعتمد ذلك على خصائص المادة، بالإضافة إلى طولها ومساحة مقطعها العرضي. يتم قياس المقاومة بالأوم ( \(\Omega\) ). العلاقة بين الجهد (V)، والتيار (I)، والمقاومة (R) تعطى بواسطة قانون أوم:
\(V = I \times R\)توضح هذه المعادلة أن التيار المتدفق عبر موصل بين نقطتين يتناسب طرديًا مع الجهد عبر النقطتين، ويتناسب عكسيًا مع المقاومة بينهما.
في الدائرة المتوالية ، تكون المكونات متصلة من طرف إلى طرف، لذلك يوجد مسار واحد فقط لتدفق التيار. في حالة تعطل أي جزء من الدائرة، تتوقف الدائرة بأكملها عن العمل. المقاومة الكلية لدائرة متتالية هي مجموع المقاومات الفردية:
\(R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + \ ... \)في الدائرة المتوازية ، يتم توصيل المكونات عبر نقاط مشتركة أو تقاطعات، مما يوفر مسارات متعددة لتدفق التيار. الجهد عبر كل مكون في دائرة موازية هو نفسه. مقلوب المقاومة الكلية في دائرة موازية يساوي مجموع مقلوب كل مقاومة:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ ... \)قوة الدائرة الكهربائية هي المعدل الذي تنتقل به الطاقة الكهربائية عبر الدائرة الكهربائية. وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي الواط (W). يمكن حساب الطاقة باستخدام الصيغة:
\(P = V \times I\)تشير هذه الصيغة إلى أن الطاقة (بالواط) هي نتاج الجهد (بالفولت) والتيار (بالأمبير).
تسمى المواد التي تسمح بتدفق الشحنات الكهربائية بسهولة بالموصلات . تعتبر معظم المعادن، مثل النحاس والألومنيوم، موصلة جيدة للكهرباء وتستخدم عادة في الأسلاك الكهربائية. ومن ناحية أخرى، العوازل هي مواد لا تسمح للشحنات الكهربائية بالتدفق بحرية. وتشمل الأمثلة المطاط والزجاج والبلاستيك. تُستخدم هذه المواد لتغليف الموصلات أو إحاطتها لمنع التدفق غير المرغوب فيه للكهرباء، مما يضمن السلامة.
يمكن لدائرة كهربائية بسيطة أن توضح مبادئ الكهرباء الحالية. لنفترض أن هناك دائرة تتكون من بطارية ومقاومة ومصباح كهربائي، جميعها متصلة على التوالي. عندما تكون الدائرة مغلقة، تولد البطارية جهدًا كهربائيًا يدفع الإلكترونات عبر الدائرة. يحد المقاوم من تدفق الإلكترونات، وبالتالي يتحكم في التيار. يقوم المصباح الكهربائي بتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء، مما يوضح استخدام الطاقة الكهربائية.
للتحقق تجريبيًا من قانون أوم، يمكن إنشاء دائرة ذات مصدر طاقة متغير، وأميتر لقياس التيار، وفولتميتر لقياس الجهد عبر المقاومة. من خلال تغيير الجهد وتسجيل التيار المقابل، نجد أن الجهد عبر المقاومة يتناسب طرديًا مع التيار المتدفق عبرها، بما يتوافق مع قانون أوم.
الكهرباء الحالية هي مجال واسع يشمل العديد من المفاهيم الأساسية، بما في ذلك التيار الكهربائي، والجهد، والمقاومة، والدوائر، والطاقة الكهربائية. يعد فهم هذه المفاهيم أمرًا ضروريًا لفهم كيفية عمل الأجهزة الكهربائية والاستخدام الآمن والفعال للكهرباء. ومن خلال تطبيق مبادئ مثل قانون أوم وفهم سلوك الدوائر المتوالية والمتوازية، يمكن للمرء التنبؤ بتدفق الكهرباء والتحكم فيه في مجموعة متنوعة من الإعدادات.
