التيار الكهربي تعبير عن تدفق من الشحنات الكهربية في ناقل (مُوصلٍ) ما. والشحنة الكهربية قد تكون إلكترونات أوأيونات. طبقًا للنظام الدولي للوحدات تقاس شدة التيار الكهربي بـ الأمبير. بينما يقاس التيار الكهربي بجهاز الأميتر.

سريان التيار الكهربي في سلك فلزي

يحتوي الفلز الصلب الموصِل للكهرباء على مجموعة كبيرة من الإلكترونات المتحركة أوالحرة.وترتبط هذه الإلكترونات بـ شبكة من الأسلاك الفلزية ولكنها لا ترتبط بأية ذرة مفردة.وحتى في حالة انعدام المجال الكهربي الخارجي، تتحرك هذه الإلكترونات بصورة عشوائية لحدٍ ما بعمل الطاقة الحرارية ولكن، في المتوسط،قد يكون صافي قيمة التيار داخل الفلز صفرًا.وإذا افترضنا أنَّ لدينا سطحًا مستويًا يمر السلك من خلاله، فسنجد حتى عدد الإلكترونات التي تتحرك من جانب لآخر في أية فترة زمنية يتساوى في متوسطه مع عدد الإلكترونات التي تمر في الاتجاه المعاكس.

عند توصيل سلك من الفلز بطرفي مصدر جهد كهربي ذي تيار مستمر مثل البطارية، سيعمل المصدر على توليد مجال كهربي عبر الموصِل. وبمجرد توصيل السلك الفلزي، تندفع الإلكترونات الحرة نحوالطرف الموجب في الموصل بعمل هذا المجال الكهربي.وبالتالي، تمثل الإلكترونات الحرة ناقل التيار الكهربي في الموصِل الصلب النموذجي.ففي تيار كهربي شدته 1 أمبير، يندفع 1 كولوم من الشحنة الكهربية (التي تتألف من نحو6.242 إلكترون تقريبًا مضروبًا في 10 ¹⁸ إلكترون) جميع ثانية عبر أي سطح مستوٍ يمر من خلاله الموصِل.

في أي تدفق ثابت، يمكن حساب التيار I المُقاس بـ الأمبير باستخدام المعادلة التالية:

${\displaystyle I={Q \over t$

حيث

${\displaystyle Q}$

${\displaystyle t}$

وبشكل أكثر تعميمًا، يمكن تعريف التيار الكهربي بأنه المعدَّل الزمني لتغير الشحنة الكهربية، أو

${\displaystyle I={\frac {dQ {dt$.

التيارات الكهربية في الوسائط الأخرى

في الفلزات الصلبة، تتدفق الكهرباء بعمل حركة الإلكترونات، من الجهد الكهربائي الأدنى إلى الجهد الكهربي الأعلى.أما في أي وسط آخر، فإن أي تدفق لأجسامٍ ذات شحنة كهربية يمكن حتى يؤدي إلى توليد تيار كهربي.

فيالفراغ، قد تتكون حزمة من الأيونات أوالإلكترونات.أما في المواد الأخرى الموصلة للكهرباء، فيتولد التيار الكهربي نتيجة تدفق جسيمات ذات شحنة سالبة وأخرى ذات شحنة موجبة في آنٍ واحد. وفي المواد الساكنة، يعود التيار الكهربي في مجمله إلى سريان شحنة كهربية موجبة . على سبيل المثال، تكون التيارات الكهربية في الإلكتروليتات تعبير عن تدفقات من ذرات ذات شحنات كهربية (أيونات)، موجبة أوسالبة.وفي أي من الخلاياالكهروكيميائية المعروفة المحتوية على حمض الرصاص، تتكون التيارات الكهربية من أيونات هيدروجينية موجبة (بروتونات) تسري في اتجاه معين، وأيونات سلفات سالبة تسري في الاتجاه الآخر.أما بالنسبة للتيارات الكهربية التي تسري في الشرارات أوالبلازما، فهي تعبير عن تدفقات من الإلكترونات وكذلك من الأيونات الموجبة والسالبة.في الثلج وفي أنواع معينة من الإلكتروليتات الصلبة، يتألف التيار الكهربي في مجمله من أيونات متدفقة.وفي أشباه الموصلات قد يحدث مفيدًا أحيانًا التفكير في التيار الكهربي على أنه نتاج سريان "فجوات" إلكترونية موجبة (وهي المواضع التي يجب حتى تحتوي على إلكترون لجعل الموصِل متعادلاً).وهذا ما يحدث في شبه الموصل من النوع الموجب.

كثافة التيار الكهربي

كثافة التيار الكهربي هي مقياس شدة التيار الكهربي.وتعهد اصطلاحًا بأنها قيمة متجهية تُقاس قيمتها بقيمة التيار الكهربي المار لكل سطح مبتر عرضي.طبقًا للنظام الدولي للوحدات، تُقاس كثافة التيار الكهربي بـالأمبير لكل متر مربع.

التيار الوقتي

عندما تُشحن المكثفة يصير لَبُوساها في كمونين (جهدين) مختلفين. فاللبوس ذوالكمون الأعلى يحوي فائضاً من الشحنات الكهربائية الموجبة، ويحوي الآخر فائضاً من الشحنات السالبة. فإذا وصل هذان اللبوسان بسلك ناقل، كَوَّنا معه ناقلاً وحيداً ليس لنقاطه جميعاً كمون واحد؛ فلا يمكن حتىقد يكون في حالة توازن كهربائي، فتجري شحنات كهربائية في السلك حتى يصير الكمون واحداً في جميع نقاط الناقل.

ويتحقق ذلك إما بانتنطق شحنات موجبة من اللبوس الموجب إلى اللبوس السالب، وإما بانتنطق شحنات سالبة في الاتجاه المعاكس، وإما بانتنطقين متزامنين لشحنات موجبة في اتجاه أول وشحنات سالبة في الاتجاه الآخر، ويطلق على انتنطق الشحنات الكهربائية هذه اسم «التيار الوقتي». ويحدث مثل هذا في حاثة التكهرب. ويمكن دوماً التفكير، وفقا للتقليد المتَّبَع، كما لوأنه لا يَحْدث سوى انتنطق الشحنات الموجبة. ويعني هذا تشبيه الكهرباء الموجبة بمائع يجري في السلك، من الناقل ذي الكمون الأعلى إلى الناقل ذي الكمون الأدنى، مثلما يجري الماء في أنبوب يصل بين خزَّانين من الخزان الأعلى إلى الخزان الأسفل. ينطق عندئذ إذا السلك مجتاز بتيار كهربائي جهته، اصطلاحاً، هي جهة جريان الكهرباء الموجبة. والواقع أنه في حالة الناقل المعدني ينجم التيار الكهربائي عن انتنطق الإلكترونات الحاملة لشحنات سالبة؛ فاتجاه انتنطقها يعاكس إذن الجهة الاصطلاحية للتيار.

التيار المتواصل (المستمر)

التيار المتواصل وقتي، فهويتوقف عندما يصير الكمون واحداً في جميع نقاط الناقل. ولكن هناك أجهزة تسمى مُولِّدات تتيح الإبقاء الدائم على اختلال التوازن الكهربائي في دارة ناقلة. ويُحدِث تيار هذه المولداتِ الآثارَ نفسها التي يحدثها التيار الوقتي المذكور، إلا حتى لهذه الآثار شدة ثابتة، وينطق عن هذا التيار إنه «مُتواصل».

وللمولد مربطان دائماً، أوقطبان، وهويُبقي على فرق الكمون، أوالتوتر، بينهما ثابتاً. والمربط ذوالكمون الأعلى هوالقطب الموجب، والآخر هوالقطب السالب.

وتخرج الشحنات الكهربائية باستمرار من أحد قطبي المولد فتجتاز الدارة وتعود إلى القطب الآخر، ثم تُنقل عبر المولد لتعود إلى قطب الانطلاق.

وهذه المولدات الكهربائية يمكن حتى تكون على سبيل المثال:

- الأبيال، الأعمدة والمُدَّخِرات الكيميائية التي تُبقي على فرق صغير في الكمون بين قطبيها، ولكنها تتيح الحصول على تدفق كبير للشحنات.

- الآلات الكهربائية الراكدة التيقد يكون فرق الكمون بين قطبيها عالياً جداً، بيد أنها لا تسمح للشحنات سوى بتدفق صغير جداً.

- الديناموهات (مولدات التيار المتواصل) القائمة على ظواهر التحريض (الحث)، ويتوقف فرق الكمون بين قطبيها، وكذلك تدفق الشحنات، على بنيتها.

1ـ آثار التيار الكهربائي: يمكن في دارة يجتازها تيار بيان ثلاثة أنواع من الآثار:

أ- الآثار الحرارية: فالناقل المتجانس المجتاز بتيار يشحن بمفعول جول.

ب- الآثار الكهرمغنطيسية: فالتيار الكهربائي يُولِّد في الفضاء المحيط به حقلاً (مجالاً) مغنطيسياً.

ج- آثار الاتصال: كالتحلل بالكهرباء عند تماس مسرى (إلكترود) مع حوض الإلكتروليت (المتحلل بالكهرباء)، وكأثر (مفعول) بلتييه الحراري effect peltier عند اتصال ناقلين معدنيين مختلفين.

ولا يتوقف النوع الأول من الآثار على جهة التيار؛ أما النوعان الآخران فينعكسان بانعكاس جهة التيار. هذا وإن دراسة التيار الكهربائي هي دراسة الشحنات المتحركة، في حين حتى دراسة الكهرباء الراكدة هي دراسة الشحنات المتوازنة.

وتُسوِّغ تجاربُ أخرى تمثيلَ التيار الكهربائي بانتنطقٍ للشحنات الكهربائية. فمثلاًقد يكون سلوك حزمة دقيقة من الإلكترونات تتحرك في أنبوب مفرغ من الهواء، أوسلوكُ ناقل مشحون يتحرك، مطابقاً لسلوك تيار كهربائي حقيقي من حيث توليد الحقل المغنطيسي.

2ـ شدة التيار الكهربائي: تتوقف قوة آثار التيار الكهربائي على تدفق الشحنات، وتسمى كمية الكهرباء التي تَعْبر في وحدة الزمن أحد مقاطع الدارة شدة التيار.

ففي حالة تيار متواصل ينقل خلال الزمن ز كمية الكهرباء كـ عبر المبتر ع تكون الشدة عند هذا المبتر مساوية .

وفي حالة تيار متغير، يجتاز المبتر ع من الدارة بين اللحظتين المتقاربتين جداً (ز) و(ز + تفاز) كمية الكهرباء تفا كـ. تسمى النسبة

شدة التيار في اللحظة ز. فإذا كان التيار متغيراً ببطء أمكن أيضاً القول إذا للشدة، في لحظة معينة، قيمة واحدة على طول الدارة. فالتيار المتغير ببطء يبدو، تقريباً، كأنه سلسلة أنظمة (نُظُم) مستقرة. إلا حتى هذا لا يبقى سليماً في حالة تيار سريع التغير، كالتيار المتناوب العالي التردد مثلاً: فليس للشدة قيمة واحدة في نقاط الدارة كلها. وهذا ما يحدثُ بوجه خاص في الهوائيات antennas.

ولتعريف وحدة الشدة اختيرت ظاهرة التفاعل الميكانيكي بين سلكين، وهي نتيجة للأثر الكهرمغنطيسي؛ ذلك لأنها تسمح بربط الشدة ربطاً بسيطاً بمقادير ميكانيكية بَحْتة. والأمبير هوالوحدة الدولية لشدة التيار، ورمزه الدولي A.

تقاس شدات التيار بمقاييس الأمبير، وهي أجهزة تقوم على خواص التيار الكهرمغنطيسية، وتسمح مقاييس الميلي أمبير بقياس تيارات شدتها من رتبة بضعة ميلي أمبيرات. أما المقاييس الغلفانية فهي أشد حساسية، وهي مخصصة لقياس تيارات ضعيفة جداً، من رتبة جزء من مليون من الأمبير، أولاستيقان أنه لا يمر في الدارة أي تيار.

وتتيح العلاقة تعريف وحدة الشحنة الكهربائية أوكمية الكهرباء. والوحدة الدولية هي الكولون (ورمزه C) وهوكمية الكهرباء التي ينقلها في ثانية واحدة تيار شدته ثابتة وتساوي أمبيراً واحداً.

والكولون وحدة صغيرة جداً في نطاق فهم الكهرباء المتحركة. ولهذا يستعمل غالباً مضاعَف يسمى «أمبير ساعة» (ورمزه Ah)؛ وهوكمية الكهرباء التي ينقلها تيار ثابت شدته أمبير واحد خلال ساعة واحدة. فهوإذن يساوي 3600 كولون.

3ـ الطاقة التي يصرفها التيار الكهربائي: تعاني الشحنات الكهربائية التي تنتقل على طول دارة تغيرات في الكمون. ومعنى هذا حتى القوى المطبقة على هذه الشحنات تنجز عملاً. وعندما تمر الشحنة كـ من نقطةٍ حيث الكمون ف1 إلى نقطة الكمون فيها ف2 فإن هذا العمل يساوي عم= (ف1-ف2)كـ. وفي حالة تيار كهربائي شدته ش يجتاز خلال الزمن ز جزءاً من دارة فرق الكمون بين طرفيه هوف، تُعطى الطاقة الكهربائية التي يتخلى عنها التيار لذلك الجزء بالعلاقة:

طا = ف ش ز.

وتعطى الاستطاعة (القدرة) الكهربائية بالصيغة:

وللحصول في هاتين العلاقتين على طا بالجول (ورمزه J) وعلى عه بالواط (ورمزه W) يجب التعبير عن ف بالفُولط (ورمزه V) وعن ش بالأمبير وعن ز بالثانية. ومن جهة أخرى يعرَّف الفلط بالعلاقة الثانية: فهوفرق الكمون بين طرفي سلك ناقل يجتازه تيار ثابت مقداره أمبير واحد عندما تكون الاستطاعة المصروفة تساوي واطاً واحداً. وغالباً ما تستعمل في التطبيقات التقنية مضاعفات الواط: الكيلوواط (ألف واط) والميگاواط (مليون واط) ويُستعمل للطاقة (بدلاً من الجول) الكيلوواط ساعة (kwh) وهوالطاقة التي تعطيها استطاعة ثابتة قدرها كيلوواط واحد خلال ساعة واحدة، فهوإذن يساوي 3600000 جول.

4ـ مقاومة الناقل: يسمى الناقل الذي تتحول الطاقة الكهربائية فيه كلياً إلى حرارة ناقلاً خاملاً (غير فعال passif) أومقاومة محضة. فإذا طُبق بين طرفيها فرق في الكمون ف اجتازها تيار شدته ش وتبقى قيمة النسبة ثابتة. إذا هذه النسبة هي بالتعريف مقاومة الناقل م، أي: ويُخط عادة: ف = م ش، لِيبيْن بذلك الهبوط الأوميّ م ش للتوتر. وتعبر هذه العلاقة عما يسمى قانون أوم لمقاومة صرفة.

وعندما يُقدر ف بالفط وش بالأمبيرقد يكون م بالأوم (ورمزه الدولي W). أما مُناقَلة (مواصلة) الناقل فهي مقلوب مقاومته:

ويعبر عنها بالسمنْس (ورمزه S).

5 ـ أثر جول effect Joule: إن أي ناقل مجتاز بتيار كهربائي يسخن، سواء كان النقل إلكترونياً أوإيونياً. ويسمى انطلاق الحرارة هذا أثر جول.

وفي المقاومة الصرفة تتحول الطاقة الكهربائية كلها إلى حرارة. ويمكن كتابة قانون أوم ف = م ش بالشكل ف ش ز = م ش2 ز وعلى هذا تكون الطاقة والاستطاعة الحراريتان في المقاومة متناسبتين مع مربع شدة التيار. وغالباً ماقد يكون التوتر المستعمل ف ثابتاً مهما تكن الشدة المسحوبة. فتغدوالاستطاعة المصروفة في مقاومة م موصولة إلى هذا التوتر مساوية أي تكبر حدثا صغرت المقاومة م. تبين هذه العلاقة محذور الدارة القصيرة، لأنه إذا كانت المقاومة صغيرة جداً كانت الاستطاعة الحرارية ضخمة، وهذا ما يمكن حتى يسبب أضراراً وحرائق أحياناً.

يمثِّل أثرُ جول تبديداً للطاقة وهوضار بوجه عام. ذلك حتى الضياع في خطوط شبكات توزيع الطاقة يكوِّن نسبة كبيرة من الإنتاج. أما في المحرّك أوالديناموفلا تضيع الطاقة بلا فائدة وحسب، وإنما يجب إعداد وسيلة تبريد للحيلولة دون ازدياد درجة الحرارة ارتفاعاً كبيراً. وفي الحقيقة جميع ناقل مجتاز بتيار يسخن، ويبلغ في النهاية درجة حرارة التوازن التي يزداد ارتفاعها حدثا اشتد التيار وساءت ظروف التبريد.

وتعرِّض درجة الحرارة المفرطة الارتفاع، الناقل أوالأجسام المحيطة به لخطر التلف. لذا فإنه في حالة جميع ناقل وكل جهاز هناك شدة عظمى مسموح بها. ففي سلك نحاسي قطره من رتبة المليمتر يمكن قبول كثافة تيار قدرهاثمانية أمبير/مم2 إذا كان السلك عارياً، وتهبط إلى أربعة أمبير/مم2 فقط إذا كان معزولاً ضمن غلاف moulure. ولحماية التمديدات الكهربائية من الشدة المفرطة، الناجمة مثلاً عن دارة قصيرة، يوضع في الدارة على التسلسل فاصمة منصهرة، وهي سلك من الرصاص أوالألمنيوم يبلغ درجة حرارة الانصهار عندما تتجاوز الشدة القيمة التي هي الحد الأعظم المسموح به. والأَوْلَى في حالة التجهيزات المهمة استعمال قاطع disjoncteur كهرمغنطيسي.

ويستفاد من انتشار الحرارة بأثر جول على سبيل المثال:

- في أجهزة التسخين (المُشِعّات، السخانات، المكاوي، الأفران الكهربائية، وغير ذلك).

- في المصابيح المتوهجة ذات الفتيل المصنوع من التنغستين.

- في مقاييس الأمبير الحرارية، التي تتيح تعيين شدة التيار الذي يجتاز ناقلاً ما.

6- الآخذات recepteurs: الآخذة جهاز يمتص الطاقة في وجه يخالف أثر جول. فجهاز التحليل الكهربائي مثلاً يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، ويحول المحركُ الكهرباء إلى عمل أوطاقة ميكانيكية.

وتتكون الآخذة من سلسلة نواقل لها مقاومة معينة م، ويُمتص جزء من الطاقة التي تتلقاها الآخذة بأثر جول. فإذا كان فرق الكمون بين مربطيها هوف، كانت الاستطاعة الكهربائية الكلية المتلقاة عه = ف ش. وهي تساوي مجموع الاستطاعة عهَ = م ش2 الممتصة بأثر جول والاستطاعة عهً الممتصة بوجهٍ آخر: عه = عهَ + عهً، أو

أي نسبة الاستطاعة الممتصة بوجه يخالف أثر جول، إلى شدة التيار الذي يجتاز الآخذة هي ما يسمى «القوة المحركة الكهربائية العكسية قمع» للآخذة، وهي تقدَّر، مثل فروق الكمون، بالفُلط، وتكون في حالة بعض الآخذات، كأجهزة التحليل الكهربائي، ثابتة. وتتوقف في حالة آخذات أُخَر على ظروف الاستعمال: فتتوقف مثلا قمع لمحرِّك على سرعة دورانه. وهي، على الخصوص، معدومة عندما يُمنع المحرك من الدوران إذ لا يُنتج حينئذ أي استطاعة ميكانيكية.

ويمكن كتابة المعادلة السابقة كما يلي: ف = م ش + قمَ.

وهي تعبر عن قانون أوم لآخذة.

7- قانون أوم لدارة كاملة: غالباً ما يسمى قانون أوم لدارة كاملة خالية من التفريعات «قانون بوييه» Pouillet. تحوي هذه الدارة في شكلها الأعم، مولدات وآخذات ومقاومات. ليكن قم مجموع القوى المحركة الكهربائية للمولدات؛ وقمَ مجموع القوى المحركة الكهربائية العكسية للآخذات، وم مجموع مقاومات مختلف بتر الدارة بما فيها من مقاومات داخلية للمولدات والآخذات. إذا الاستطاعة الكلية التي تزوِّد المولدات الدارة بها هي: عه = ش م. وتظهر هذه الاستطاعة في الدارة بشكلين:

- في الآخذات، بأشكال أخرى غير الحرارة، وقيمتها عهَ = ش قمَ.

- وفي مجموعة المقاومات، بشكل حرارة قيمتها: عهً = ش2م.

ويقتضي حفظ الطاقة حتىقد يكون عه = عهَ + عهً. ويؤدي اختصار ش إلى: قم – قمَ= ش م

التيار المتناوب

التيار المتناوب هو، خلافاً للتيار المتواصل، تيار متغير، إذ تتغير شدته مع الزمن؛

وهودَوريّ بمعنى حتى شدته تعاود أخذ قيمة بعينها في لحظات متعاقبة يفصلها مجال زمني ثابت يسمى الدور. وهويعكس جهته خلال الدور الواحد، أي إنه خلال جزء من الدور، يسمى نَوْبة، يمر في جهة أولى، ثم يمر خلال الجزء الآخر، أوالنوبة الأخرى، في الجهة المعاكسة

وأبرز التيارات المتناوبة هي التيارات المتناظرة أي تلك التي تأخذ بعد انقضاء نصف الدور (النوبة الأولى) القيمة نفسها التي كانت للتيار بعد قلب إشارتها. والقيمة المتوسطة معدومة في حالة التيار المتناظر؛ ومعنى هذا حتى كميتي الكهرباء، المنقولتين بالتيار في جميع من الاتجاهين خلال نوبتين متعاقبتين، متساويتان.

وأهم التيارات المتناظرة وأبسطها هوالتيار الجيبي (الشكل-5). وتعطى شدته بدلالة الزمن بالمعادلة: شل= شع جب(ي ز+ط).

حيث شع هي شدة التيار العظمى، ي نبض التيار (أوتواتره/تردده الزاوي)، ط طوره في مبدأ الزمن وي ز + ط طوره في اللحظة ز.

ويرتبط النبض بالدور د وبمقلوبه، وهوالتردد (التواتر) تر، بالعلاقتين

والوحدة الزمنية المستعملة عادة هي الثانية. فيعبر عن النبض بالراديان/ثانية (rad/s) وعن التردد بالهرتز (ورمزه Hz).

تولَّد التيارات الصناعية، التي تعطي استطاعات كبيرة، بالمُنَوِّبات. وهي تيارات جيبية عملياً؛ وترددها في سورية وبلاد كثيرة 50 هرتز، فيكون دورها 0.02 من الثانية ونبضها 100p راد/ثا2.

وتجتاز الخطوطَ الهاتفية العادية تيارات تقع تردداتها بين 100 هرتز و2000 هرتز تقريباً. أما في الكهرباء الراديوية فتولّد، بفضل اهتزازات إلكترونية، تيارات يمكن لتردداتها حتى تبلغ بسهولة 910 هرتز؛ ويستعمل بعض التقنيات، كالرادار أوالحزم الهرتزية، ترددات أعلى من ذلك.

1- الخواص العامة للتيارات المتناوبة: ينطق عن التيارات المتناوبة إنها «منخفضة التردد» إذا لم يكن ترددها عالياً جداً، أي أصغر من نحومئة كيلوهرتز، وتُستنتج خواصها من خواص التيار المتواصل بتطبيق قوانين هذا التيار على القيم اللحظية للتيار المتناوب. وبوجه خاص يجد المرء مجدداً الآثار الرئيسية بأنواعها الثلاثة: الكيميائية والكهرمغنطيسية والحرارية. إلا حتى هذه الآثار تُرصد عموماً خلال مدة تساوي عدداً كبيراً من الأدوار، ومن ثَم يمكن حتى تكون القوانين التي تحكمها مختلفة جداً عن القوانين الخاصة بالتيار المتواصل. وحينقد يكون تردد التيار عالياً جداً يظهر، فضلاً عن ذلك، أثر حديث هوإشعاع الطاقة في هيئة أمواج كهرمغنطيسية.

تُقابل الآثارُ الكيميائية للتيار المتواصل، أي التحليل الكهربائي، بصورة رئيسية أكسدةً عند المصعد (الأنود) وإرجاعاً عند المهبط (الكاثود) في جهاز التحليل. وفي التيار المتناوب،قد يكون جميع مسرى على التعاقب مصعداً ومهبطاً، فينضاف التفاعلان (الأكسدة والإرجاع) أحدهما إلى الآخر على التوالي. وعندما يبلغ تردد التيار بضع مئات الهرتزات، فإن نواتج التحليل الكهربائي تعاود الاتحاد (لدى تماسها مع المسريين) فلا يبقى أثر قابل للملاحظة، ولا يستقطب جهاز التحليل، ويكون سلوكه كسلوك مقاومة صرفة، ويمكن من ثَم قياس مقاوِمِيّه الإلكتروليت.

وعندما يوضع ناقل مجتاز بتيار متناوب في حقل مغنطيسي فإنه يخضع لقوة متغيرة ودورية وتُغير جهتها في أثناء الدور. وإذا كان هذا الناقل يستطيع التحرك أوالتشوه فإنه يقوم باهتزازات قسرية لها تردد التيار. فإن كانت اهتزازاته شديدة التخامد توقف اتساعها (سعتها) قليلاً على التردد، في نطاق من الترددات عريض عرضاً كافياً. فمثلاً يهتز ملف المِجْهار (المصوات) haut-parleur المجتاز بتيار منخفض التردد، اهتزازات لها تردد التيار فيجرّ الغشاء الذي يحوّل هذه الاهتزازات إلى ذبذبات صوتية. وباللقاء إذا كانت اهتزازات الناقل ضعيفة التخامد فإن اتساعها يتوقف كثيراً على تردد التيار، ويمكن حتىقد يكون كبيراً جداً إذا كان هذا التردد مساوياً تردد التَّجَاوُب (الرنين) الميكانيكي. فمثلاً عندما يجتاز تيار ذو50 هرتز الجملة المتحركة في مقياس الأمبير الذي دور تجاوُبه يساوي عدة ثوان، فإنها تقوم باهتزازات اتساعها صغير جداً، وغير مرئية عملياً.

ويولِّد المغنطيس الكهربائي المجتاز بتيار متناوب حقلاً مغنطيسياً متناوباً له التردد نفسه وذلك في الفضاء المحيط بالمغنطيس. إلا حتى صفيحة من الحديد تنجذب إليه حدثا مر التيار ومهما كانت جهته، أي تنجذب مرتين في جميع دور، وتقوم من ثم باهتزازات قسرية ترددها ضعف تردد التيار. تُستخدم هذه الخاصة في الجهاز المسمى مقياسَ التردد ذا الصفائح.

إن الأثر الحراري الرئيسي للتيار الكهربائي هوأثر جول الذي يتجلى بانبعاث الحرارة في الناقل، ومن ثَم في سخونته مهما تكن جهة التيار. وعندما يجتاز الناقلَ تيارٌ متناوب تنشأ الحرارة في جميع نوبة: ويضيء المصباح المتوهج بالتيار المتناوب كإضاءته بالتيار المتواصل. ولكن نشوء الحرارة يحدث دورياً بتردد يساوي ضعف تردد التيار، وتعاني درجة حرارة الفتيل ترجحات (تغيرات) حول قيمة متوسطة، فينجم عنها تغيرات في النور الصادر. وفي حالة التيار الصناعي ذي التردد 50 هرتز لا تحسّ العين هذه التغيرات التي ترددها 100 هرتز.

2- الشدة المنتجة (الفعالة) للتيار المتناوب: يسمح انبعاث الحرارة في الناقل بتعيين مقدار مهم مميّز للتيار المتناوب وهوالشدة المنتجة. وهي تساوي بالتعريف، شدة التيار المتواصل الذي إذا مرّ في الناقل نفسِه، أحدث انبعاث الحرارة ذاته. يمكن إذن قياس هذه الشدة المنتجة بمقياس الأمبير الحراري المُدرَّج بالتيار المتواصل، ذلك لأن ما يشير إليه لا يتوقف إلا على كمية الحرارة المنطلقة في سلك مقاوم.

وتعطى العلاقة طا والاستطاعة عه المنبعثان في هيئة حرارة من تيار متناوب شدته المنتجة شم يجتاز المقاومة م خلال الزمن ز، بالعلاقتين:

وفي حالة تيار جيبي، وهي حالة مهمة جداً، يبين الحساب العلاقة الآتية بين الشدة المنتجة شم0 والشدة العظمى

ولما كان مقياس الفلط هومقياس أمبير حسّاساً وذا مقاومة كبيرة، فإنه يمكن خلق مقاييس الفلط الحرارية التي تُبين، بعد تدريجها بالتيار المتواصل، التوتر المنتج لتيار متناوب. وفي حالة التيار الجيبي تقوم العلاقة السابقة نفسها بين التوتر المنتج والتوتر الأعظم:

ولمولد التيار المتناوب قوة محركة متناوبة قيمتها العظمى قمع، والمنتجة قمم0.

وحين تعطى مميزات التيار المتناوب فإن القيم المنتجة هي التي تعطى. لذا فإنه بين مربطي مأخذ يعطي توتراً جيبياً قيمته 220 فلطقد يكون التوتر الأعظم مساوياً 311 فلط.

ولإجراء قياسات دقيقة في التيارات المتناوبة تستعمل غالباً أجهزة مغنطيسية كهربائية، أوذات ملف متحرك مزوَّد بمقوِّم للتيار ومدرَّجة تدريجاً خاصاً.

الاستطاعة في التيار المتناوب

تعرّف الاستطاعة اللحظية الممتصة في اللحظة ز بـ عهل =فل شل أي بجداء القيمتين اللحظيتين للتوتر والتيار. وليس لهذه الاستطاعة قيمة ثابتة، ويمكن حتى تصير سالبة لأن فل، شل، يمكن حتىقد يكونا أحياناً من إشارتين مختلفتين. فإذا تأمل المرء مجالاً زمنياً ذ طويلاً طولاً كافياً فإن بترة الدارة تمتص خلاله الطاقة طا، وتسمى النسبة الاستطاعة المتوسطة الممتصة أوالاستطاعة الحقيقية. وتساوي هذه الاستطاعة جداء القيمتين المنتجتين فم0 وشم0 للتوتر والتيار مضروباً في معامل معين، تقع قيمته بين الصفر والواحد ويسمى مُعاملَ الاستطاعة، وهويساوي، في حالة التيارات الجيبية، جيب تمام زاوية الانزياح الطوري بين التوتر والتيار. فتغدوتعبير الاستطاعة: عه = فم0 شم0 تجب ط.

يسمى فم0 شم0، جُداء القيمتين المنتجتين، الاستطاعة الظاهرة، وهي لا تقدر بالواط وإنما بالفلط أمبير (ورمزه VA) وذلك للتذكير بأنها تختلف عموماً عن الاستطاعة الحقيقية.

ولمعامل الاستطاعة المعهد في الفقرة السابقة أهمية كبرى. ففي منشأة يغذيها توتر ثابت، كمأخذ تيار المدينة، تتطلب الدارة التي تمتص استطاعة معينة، تياراً تزداد شدته حدثا صغر معامل استطاعة الدارة، فيؤدي ذلك إلى ازدياد ضياع الطاقة بأثر جول ـ سواء في خط نقل التيار أوفي المنوبة التي تغذيه ـ وإلى صِغَر مردود المجموعة المكونة من: المنوبة، خط النقل، الآخذة. ولهذا السبب يحتاج منتجوالطاقة الكهربائية حتى يقع معامل استطاعة التجهيزات بين 0.8 و0.9.

وتكون التحريضية راجحة عموماً في التجهيزات الصناعية بسبب ملفات المحركات، فيتأخر التيار في الطور عن التوتر. وبالإمكان تحسين معامل استطاعة التجهيزات بطرائق مختلفة وعلى الخصوص باستعمال مكثفات أومحركات متزامنة synchrone تدور من غير حِمْل.

سرعة تدفق الشحنات الكهربية

في أي موصل، دائمًا ما تتحرك الجسيمات المتحركة الحاملة لشحنات كهربية في اتجاهات عشوائية كما في جزيئات الغاز. ولكي يتولَّد تدفق صافٍ من الشحنات، يجب حتى تتحرك هذه الجسيمات معًا بمتوسط معدل دَفْق معين.تعتبر الإلكترونات بمثابة العناصر الناقلة للشحنات الكهربية في الفلزات حيث تسلك مسارًا عشوائيًا، بانتنطقها السريع من ذرةٍ إلى أخرى، ولكنها تتدفق عمومًا في نفس اتجاه المجال الكهربائي. ويمكن حساب سرعة انسياق الإلكترونات وفقًا لهذه المعادلة:

${\displaystyle I=nAvQ\!\$

حيث

${\displaystyle I\!\$هوالتيار الكهربي

${\displaystyle n\!\$ هوعدد الجسيمات المشحونة كهربيًا لكل وحدة حجم

${\displaystyle A\!\$ هومساحة المبتر العرضي في الموصل

${\displaystyle v}$

${\displaystyle Q\!\$ هي الشحنة الموجودة في جميع جسيم.

عادةً ما تسري التيارات الكهربية في الأجسام الصلبة ببطء شديد.على سبيل المثال، في سلك نحاسي لمبتر عرضي مساحته 0.5 ملم²، وشدة التيار الكهربي المار فيه 5&nbsp أمبير؛ تُحسَب سرعة الانجراف الإلكترونات بالملليمتر في الثانية.وإذا أخذنا مثالاً مختلفًا، ففي الفراغ الموجود داخل أنبوب أشعة الكاثود، تتحرك الإلكترونات في خطوط شبه مستقيمة ("حركةً بالستية") بسرعة تصل إلى عشر سرعة الضوء تقريبًا.

إن أية شحنة كهربية متسارعة، ومن ثمَّ أي تيار كهربي متغير، ينشأ عنها موجة كهرومغناطيسية تنتشر بسرعة كبيرة جدًا خارج سطح الموصل.وعادةً ما تكون هذه السرعة تعبير عن كسر دلالي من سرعة الضوء، كما يمكن حتى نستنتج من معادلات ماكسويل وبالتالي، فإنها تكون أكبر عدة مرات من سرعة انسياق الإلكترونات.على سبيل المثال، في خطوط القدرة ذات التيار المتردد، تنتشر موجات الطاقة الكهرومغناطيسية في الفراغ الموجود بين الأسلاك، فتنتقل من أي مصدر إلى حِمل بعيد، في حين تتحرك الإلكترونات جيئةً وذهابًا فقط عبر مسافة متناهية الصغر.

تُعهد نسبة سرعة الموجة الكهرومغناطيسية إلى سرعة الضوء في الفراغ الحر باسم معامل السرعة، وتعتمد هذه النسبة على الخصائص الكهرومغناطيسية للموصل وعلى المواد العازلة المحيطة به وشكلها وحجمها.

ولكي نتعهد أكثر على طبيعة هذه السرعات الثلاث، يمكننا مقارنتها بالسرعات الثلاث المشابهة لها في الغازات.تتشابه سرعة الانسياق المنخفضة لعناصر حمل الشحنات الكهربية مع حركة الهواء أوحركة الرياح. أما السرعة العالية للموجات الكهرومغناطيسية، فتتشابه مع سرعة الصوت في الغاز، بينما تتشابه السرعة العشوائية للشحنات الكهربية مع السرعة الحرارية لجزيئات الغاز ذات الحركة العشوائية.

كثافة التيار وقانون أوم

ينص قانون أوم على حتى المقصود بشدة التيار في أي مقاوِم (أوأي جهاز أوميتر آخر) (مثالي) هوقيمة الجهد الكهربي الممَارس مقسومًا على قيمة المقاومة:

${\displaystyle I={\frac {V {R$

حيث

I هوشدة التيار مُقاسًا بـ الأمبير

V هوفرق الجهد الكهربي مُقاسًا بـ الفولت

R هي المقاومة الكهربائية مُقاسة بـ الأوم

التيار الاصطلاحي

ويؤدي سريان الشحنة الكهربية الموجبة إلى توليد التيار الكهربي نفسه الذي يتولَّد عن السريان العكسي للشحنة الكهربية السالبة.إلى غير ذلك، تؤدي التدفقات العكسية للشحنات الكهربية المتقابلة إلى توليد تيار كهربي أحادي.ولهذا السبب، يمكن عادةً تجاهل قطبية الشحنات المتدفقة أثناء عمليات القياس.فمن المفترض حتى تحمل جميع الشحنات المتدفقة قطبية موجبة، ويعهد هذا النوع من التدفق باسم التيار الاصطلاحي.ويمثل التيار الاصطلاحي صافي تأثير مسار التيار، بصرف النظر عن إشارة شحنة الأجسام الناقلة للتيار.

في الفلزات الصلبة مثل الأسلاك، تظل الجسيمات الحاملة للشحنة الكهربية الموجبة ساكنة، وتتحرك فقط الإلكترونات سالبة الشحنة.ولأنَّ الإلكترون يحمل شحنة كهربية سالبة، فٍإن حركة الإلكترون في أي فلز تكون في الاتجاه المعاكس لاتجاه التيار الاصطلاحي ( أوالكهربي).

أمثلة

من الأمثلة الطبيعية لمصادر توليد التيار الكهربي البرق والرياح الشمسية ومصدر الشفق القطبي بنوعيه: الشفق القطبي الشمالي والشفق القطبي الجنوبي.يتمثل الشكل الاصطناعي للتيار الكهربي في سريان إلكترونات التوصيل في أسلاك معدنية، مثلما يحدث في خطوط القدرة الكهربية المعلقة التي تعمل على توصيل الطاقة الكهربية عبر مسافات طويلة وكذلك في الأسلاك الأصغر الموجودة في الأجهزة الكهربية والإلكترونية.وفي الإلكترونيات، توجد أشكال أخرى للتيار الكهربي منها سريان الإلكترونات عبر مقاوِمات)، أوعبر الفراغ في صمام مفرغ، وسريان الأيونات داخل بطارية أوخلية عصبية، وسريان الفجوات عبر شبه موصل.

سرعة الانجراف

الكهرومغناطيسية

يولد التيار الكهربي مجالاً مغناطيسيًا. يمكن تصور المجال المغناطيسي كما لوكان نموذجًا من خطوط المجال الدائرية التي تحيط بالسلك.

يمكن قياس التيار الكهربي مباشرةً باستخدام الغلفانومتر ولكن هذه الكيفية تؤدي إلى فتح الدائرة الكهربية، الأمر الذي يتسبب أحيانًا في بعض المشكلات.هذا، ومن الممكن أيضًا قياس التيار الكهربي دون التسبب في فتح الدائرة الكهربية من خلال كشف المجال المغناطيسي المقتَرن بالتيار.ونذكر من الأجهزة المستخدمة في قياس التيار الكهربي أجهزة الاستشعار المتعلقة بقياس تأثير هول وفك التيار، ومحولات التيار الكهربي، وومَلفات روجوسكي.

Conventions

الاتجاه المرجعي

عند توصيل الدوائر الكهربية، عادةً ماقد يكون الاتجاه العملي للتيار الكهربي عبر أي عنصر من عناصر الدائرة الكهربية غير معروف. وبالتالي، يتم تعيين قيمة تيار كهربي متغيرة لكل عنصر من عناصر الدائرة الكهربية على حدة وباتجاه مرجعي يتم اختياره عشوائيًا.وبمجرد توصيل الدائرة الكهربية، قد تتولَّد شحنات موجبة أوسالبة في التيارات الكهربية السارية في عناصر الدائرة.تعني القيمة السالبة حتى الاتجاه العملي للتيار الكهربي المار عبر هذا العنصر في الدائرةقد يكون عكس الاتجاه المرجعي الذي تم اختياره.

قياس التيار

معايير السلامة والأمان ضد مخاطر الكهرباء

من أكثر مخاطر الكهرباء وضوحًا الصدمة الكهربية الناتجة عن سريان تيار كهربي عبر أحد أجزاء الجسم.ويتحدد تأثير الصدمة الكهربية وفقًا لمقدار التيار الكهربي الساري عبر الجسم، وهوأمرٌ يعتمد على طبيعة التلامس، وحالة هذا الجزء من الجسم، ومسار التيار الساري عبره، وقيمة الجهد الكهربي لمصدر التيار.ففي الوقت الذي قد يؤدي فيه مقدار صغير جدًا من التيار الكهربي إلى الشعور بوخزة خفيفة، فإنَّ المقدار الكبير جدًا منه قد يسبب حروقًا خطيرة إذا نفذ عبر الجلد أوسكتة قلبية إذا سرت كمية كافية منه خلال القلب. ويختلف تأثير الصدمة الكهربية من فرد لآخر بشكل ملحوظ.

هذا، وقد يحدث التسخين الكهربي غير المقصود خطيرًا أيضًا.فالتحميل الزائد على كابلات الكهرباء يعد سببًا متكررًا في اندلاع الحرائق.وكذلك، إذا تم وضع بطارية صغيرة في حجم خليةAA في جيب به عملات معدنية، فقد يؤدي ذلك إلى تكون دائرة كهربية مصغرة تعمل على تسخين البطارية والعملات المعدنية مما قد يؤدي إلى الإصابة بحروق.أما عن بطاريات النيكل والكادميوم وبطاريات هيدريد النيكل وبطاريات الليثيوم على وجه التحديد، فإنها تمثل خطورةً أيضًا حيث يمكنها توليد تيار كهربي عالٍ جدًا نتيجة لطبيعة المقاومة الداخلية المنخفضة فيها.

انظر أيضًا

• التيار المتردد
• كثافة التيار الكهربي
• التيار المستمر
• التوصيل الكهربي للحصول على مزيد من المعلومات حول الآلية الفيزيائية لسريان التيار الكهربي في المواد
• الكهرباء
• التيار الرباعي
• تاريخ الهندسة الكهربية
• التناظر الهيدروليكي
• النظام الدولي للوحدات الكهرومغناطيسية

المصادر

وصلات خارجية

• مسقط All about circuits - أحد المواقع المفيدة التي تزودك بمعلوماتٍ حول الكهرباء والإلكترونيات