ما هو التيار الكهربائي؟ شروط وجود التيار الكهربائي: الخصائص والأفعال

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

التيار الكهربائي هو شحنة كهربائية متحركة. يمكن أن يأخذ شكل تفريغ مفاجئ للكهرباء الساكنة ، مثل البرق. أو يمكن أن تكون عملية خاضعة للرقابة في المولدات أو البطاريات أو الخلايا الشمسية أو خلايا الوقود. اليوم سننظر في مفهوم "التيار الكهربائي" وشروط وجود التيار الكهربائي.

الطاقة الكهربائية

تأتي معظم الكهرباء التي نستخدمها على شكل تيار متردد من الشبكة الكهربائية. يتم إنشاؤه بواسطة المولدات التي تعمل وفقًا لقانون فاراداي للحث ، والذي بسببه يمكن للحقل المغناطيسي المتغير أن يحفز تيارًا كهربائيًا في الموصل.

المولدات لها ملفات دوارة من الأسلاك التي تمر عبر الحقول المغناطيسيةدوران. أثناء دوران الملفات ، تفتح وتغلق بالنسبة إلى المجال المغناطيسي وتنتج تيارًا كهربائيًا يغير الاتجاه مع كل منعطف. يمر التيار بدورة كاملة للأمام وللخلف 60 مرة في الثانية.

يمكن تشغيل المولدات بواسطة توربينات بخارية يتم تسخينها بالفحم أو الغاز الطبيعي أو النفط أو المفاعل النووي. يمر التيار من المولد عبر سلسلة من المحولات ، حيث يزداد جهده. يحدد قطر الأسلاك كمية وقوة التيار التي يمكن أن تحملها دون ارتفاع درجة الحرارة وإهدار الطاقة ، والجهد محدود فقط بمدى عزل الأسلاك عن الأرض.

من المثير للاهتمام ملاحظة أن التيار يتم حمله بواسطة سلك واحد فقط ، وليس سلكين. تم تحديد جانبيها على أنها إيجابية وسلبية. ومع ذلك ، نظرًا لأن قطبية التيار المتردد تتغير 60 مرة في الثانية ، فلديهم أسماء أخرى - ساخن (خطوط طاقة الجذع) ومؤرض (يمر تحت الأرض لإكمال الدائرة).

لماذا نحتاج الكهرباء

هناك العديد من الاستخدامات للكهرباء: يمكنها إضاءة منزلك ، وغسل ملابسك وتجفيفها ، ورفع باب المرآب ، وغلي الماء في غلاية ، وتشغيل الأدوات المنزلية الأخرى التي تجعل حياتنا أسهل كثيرًا. ومع ذلك ، أصبحت قدرة التيار على نقل المعلومات ذات أهمية متزايدة.

عند الاتصال بالإنترنت ، يستخدم الكمبيوتر جزءًا صغيرًا فقط من التيار الكهربائي ، لكن هذا شيء بدونه الشخص العصريلا أستطيع تخيل حياته

مفهوم التيار الكهربائي

مثل تدفق النهر ، تدفق جزيئات الماء ، التيار الكهربائي هو تدفق الجسيمات المشحونة. ما الذي يسببه ، ولماذا لا يسير دائمًا في نفس الاتجاه؟ عندما تسمع الكلمة تتدفق ، ما رأيك؟ ربما سيكون نهرًا. إنه ارتباط جيد ، لأن هذا هو سبب تسمية التيار الكهربائي بهذا الاسم. إنه مشابه جدًا لتدفق الماء ، فقط بدلاً من أن تتحرك جزيئات الماء على طول القناة ، تتحرك الجسيمات المشحونة على طول الموصل.

من بين الشروط اللازمة لوجود التيار الكهربائي ، هناك عنصر يوفر وجود الإلكترونات. تحتوي الذرات الموجودة في مادة موصلة على العديد من هذه الجسيمات المشحونة الحرة التي تطفو حول الذرات وبينها. حركتهم عشوائية ، لذلك لا يوجد تدفق في أي اتجاه معين. ما الذي يتطلبه وجود تيار كهربائي؟

شروط وجود التيار الكهربائي تشمل وجود الجهد. عند تطبيقها على موصل ، تتحرك جميع الإلكترونات الحرة في نفس الاتجاه ، مكونة تيارًا.

فضولي بشأن التيار الكهربائي

الشيء المثير للاهتمام هو أنه عندما تنتقل الطاقة الكهربائية عبر موصل بسرعة الضوء ، تتحرك الإلكترونات نفسها ببطء أكبر. في الواقع ، إذا مشيت على مهل بجوار سلك موصل ، فستكون سرعتك أسرع بمئة مرة منتتحرك الإلكترونات. هذا يرجع إلى حقيقة أنهم لا يحتاجون إلى السفر لمسافات طويلة لنقل الطاقة لبعضهم البعض.

التيار المباشر والمتناوب

اليوم ، يتم استخدام نوعين مختلفين من التيار على نطاق واسع - المباشر والمتناوب. في الأول ، تتحرك الإلكترونات في اتجاه واحد ، من الجانب "السالب" إلى الجانب "الإيجابي". يدفع التيار المتردد الإلكترونات للخلف وللأمام ، ويغير اتجاه التدفق عدة مرات في الثانية.

المولدات المستخدمة في محطات الطاقة لإنتاج الكهرباء مصممة لإنتاج التيار المتردد. ربما لم تلاحظ أبدًا أن الضوء في منزلك يومض في الواقع مع تغير الاتجاه الحالي ، لكنه يحدث بسرعة كبيرة بحيث يتعذر على العينين التعرف عليه.

ما هي شروط وجود التيار الكهربائي المباشر؟ لماذا نحتاج إلى كلا النوعين وأيهما أفضل؟ هذه أسئلة جيدة. تشير حقيقة أننا ما زلنا نستخدم كلا النوعين من التيار إلى أن كلاهما يخدم أغراضًا محددة. منذ القرن التاسع عشر ، كان من الواضح أن النقل الفعال للطاقة عبر مسافات طويلة بين محطة توليد الكهرباء والمنزل كان ممكنًا فقط عند الفولتية العالية جدًا. لكن المشكلة تكمن في أن إرسال جهد عالٍ حقًا كان أمرًا خطيرًا للغاية بالنسبة للناس.

كان الحل لهذه المشكلة هو تقليل التوتر خارج المنزل قبل إرساله إلى الداخل. حتى يومنا هذا ، يتم استخدام التيار الكهربائي المباشر لنقل كبيرالمسافة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى قدرتها على التحويل بسهولة إلى الفولتية الأخرى.

كيف يعمل التيار الكهربائي

تشمل شروط وجود تيار كهربائي وجود جسيمات مشحونة وموصل وجهد. درس كثير من العلماء الكهرباء ووجدوا أن هناك نوعين منها: الكهرباء الساكنة والتيار.

إنها الثانية التي تلعب دورًا كبيرًا في الحياة اليومية لأي شخص ، فهي عبارة عن تيار كهربائي يمر عبر الدائرة. نستخدمه يوميًا لتشغيل منازلنا والمزيد.

ما هو التيار الكهربائي؟

عندما تدور الشحنات الكهربائية في دائرة من مكان إلى آخر ، ينتج تيار كهربائي. تتضمن شروط وجود تيار كهربائي ، بالإضافة إلى الجسيمات المشحونة ، وجود موصل. غالبًا ما يكون سلكًا. دائرتها عبارة عن دائرة مغلقة يتدفق فيها التيار من مصدر طاقة. عندما تكون الحلبة مفتوحة ، لا يمكنه إكمال الرحلة. على سبيل المثال ، عندما يكون الضوء في غرفتك مطفأ ، تكون الدائرة مفتوحة ، ولكن عندما تكون الدائرة مغلقة ، يضيء الضوء.

القوة الحالية

تتأثر شروط وجود تيار كهربائي في الموصل بشكل كبير بخاصية الجهد مثل الطاقة. هذا مقياس لمقدار الطاقة المستخدمة خلال فترة زمنية.

هناك العديد من الوحدات المختلفة التي يمكن استخدامهاتعبيرات عن هذه الخاصية. ومع ذلك ، تُقاس الطاقة الكهربائية تقريبًا بالواط. واحد واط يساوي جول في الثانية.

شحنة كهربائية متحركة

ما هي شروط وجود التيار الكهربائي؟ يمكن أن يأخذ شكل تفريغ مفاجئ للكهرباء الساكنة ، مثل البرق أو شرارة من الاحتكاك بقطعة قماش صوفية. ومع ذلك ، في كثير من الأحيان ، عندما نتحدث عن التيار الكهربائي ، فإننا نعني شكلاً أكثر تحكمًا من الكهرباء يجعل الأضواء والأجهزة تعمل. تحمل الإلكترونات السالبة والبروتونات الموجبة داخل الذرة معظم الشحنة الكهربائية. ومع ذلك ، فإن الأخير يتم تجميده في الغالب داخل النوى الذرية ، لذا فإن عمل نقل الشحنة من مكان إلى آخر يتم بواسطة الإلكترونات.

الإلكترونات الموجودة في مادة موصلة مثل المعدن تتمتع بحرية الانتقال من ذرة إلى أخرى على طول نطاقات التوصيل الخاصة بها ، وهي مدارات الإلكترون الأعلى. تخلق القوة أو الجهد الكهربي الكافي خللًا في الشحن يمكن أن يتسبب في انتقال الإلكترونات عبر موصل كتيار كهربائي.

إذا رسمنا تشابهًا مع الماء ، فاخذ ، على سبيل المثال ، أنبوبًا. عندما نفتح صمامًا في أحد طرفيه للسماح بدخول الماء إلى الأنبوب ، لا يتعين علينا الانتظار حتى تعمل تلك المياه في طريقها حتى نهاية الأنبوب. نحصل على الماء من الطرف الآخر على الفور تقريبًا لأن الماء الوارد يدفع الماء الموجود بالفعل في الأنبوب. هذا ما يحدث عند وجود تيار كهربائي في السلك.

التيار الكهربائي: شروط وجود التيار الكهربائي

عادة ما يُنظر إلى التيار الكهربائي على أنه تدفق للإلكترونات. عندما يتم توصيل طرفي البطارية ببعضهما البعض بسلك معدني ، فإن هذه الكتلة المشحونة تتدفق عبر السلك من أحد طرفي البطارية (قطب كهربائي أو قطب) للبطارية إلى الجهة المقابلة. فلنتحدث عن شروط وجود التيار الكهربائي:

1. الجسيمات المشحونة.
2. مستكشف.
3. مصدر الجهد.

ومع ذلك ، ليس كل شيء بهذه البساطة. ما هي الشروط اللازمة لوجود تيار كهربائي؟ يمكن الإجابة على هذا السؤال بمزيد من التفصيل من خلال النظر في الخصائص التالية:

• فرق الجهد (الجهد). هذا هو أحد المتطلبات الأساسية. يجب أن يكون هناك فرق جهد بين النقطتين ، مما يعني أن القوة الطاردة التي تولدها الجسيمات المشحونة في مكان ما يجب أن تكون أكبر من قوتها عند نقطة أخرى. مصادر الجهد ، كقاعدة عامة ، لا تحدث في الطبيعة ، والإلكترونات موزعة بالتساوي في البيئة. ومع ذلك ، تمكن العلماء من ابتكار أنواع معينة من الأجهزة حيث يمكن أن تتراكم هذه الجسيمات المشحونة ، وبالتالي إنشاء الجهد الضروري للغاية (على سبيل المثال ، في البطاريات).
• المقاومة الكهربائية (موصل). هذا هو الشرط الثاني المهم الضروري لوجود تيار كهربائي. هذا هو المسار الذي تسير عليه الجسيمات المشحونة. فقط تلك المواد التي تسمح للإلكترونات بالحركة بحرية تعمل كموصلات. نفس تلك الموجودة فيالتي ليس لديها هذه القدرة تسمى العوازل. على سبيل المثال ، سيكون السلك المعدني موصلًا ممتازًا ، بينما سيكون غلافه المطاطي عازلًا ممتازًا.

بعد دراسة ظروف نشوء ووجود التيار الكهربائي ، تمكن الناس من ترويض هذا العنصر القوي والخطير وتوجيهه لصالح البشرية.