التيار والشحنة

نظرية التيار المستمر DC Theory

الجهد والتيار والمقاومة Voltage, Current and Resistance

1‌ - تمهيد : الارتباط بين الجهد والتيار والمقاومة

تتكون جميع المواد من ذرات , وتتكون جميع الذرات من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. البروتونات بها شحنة كهربائية موجبة , والنيترونات ليس بها شحنة بينما الألكترونات بها شحنة سالبة . ترتبط مكونات الذرات معا بواسطة قوى التجاذب القوية الموجودة بين البروتونات الموجودة في النواة والإلكترونات الموجودة بالغلاف الخارجي . عندما تكون تلك البروتونات والنيوترونات والإلكترونات معا داخل الذرة تكون فى حالة إستقرار stable , في حين إذا فصلناها ( عن طريق بذل شغل أي طاقة خارجية للتغلب على قوى التجاذب ) يصبح بها طاقة كامنة تسمى "فرق الجهد" potential difference- فإذا أنشأنا دائرة أو موصل للإلكترونات لتنجرف عائدة للبروتونات عندئذ يسمى سريان ( مرور – تدفق ) الإلكترونات "التيار" current - . الإلكترونات لا تتحرك بحرية خلال الدائرة , وتقييد هذه الحركة أو السريان بما يسمى "المقاومة" resistance- . جميع الدوائر الأساسية في الكهرباء والإلكترونيات مكونة من ثلاثة كميات منفصلة ولكنها مرتبطة أرتباطا وثيقا وهي : الجهد Voltage ( v ) و التيار Current ( i ) والمقاومة Resistance ( ? ) .


2- الجهد Voltage

هو الطاقة الكامنة لمصدر الكهرباء والمخزنة على شكل شحنة كهربائية . يمكن النظر للجهد كقوة تدفع الإلكترونات خلال الموصل وكلما زاد الجهد زادت القدرة على دفع الإلكترونات خلال دائرة معينة . ولأن الطاقة لها القدرة على بذل الشغل فأن طاقة الكمون هذه يمكن وصفها على أنها الشغل المطلوب بالجول لتحريك الإلكترونات على شكل تيار كهربائي حول الدائرة من نقطة أو عقدة (ملتقى عدة مسارات) إلى أخرى . الفرق في الجهد بين أي عقدتين في دائرة يعرف " بفرق الجهد " Potential Difference واختصارا P.D. وأحيانا يسمى "هبوط الجهد Voltage Drop - "
يقاس فرق الجهد بين نقطتين بالفولت Volt ويرمز له بالحرف V وأحيانا يستخدم رمز الطاقة E للدلالة على فرق الجهد . كما ذكرنا كلما زاد الجهد كلما زاد الضغط ( أو قوة الدفع) وكلما زادت القدرة على بذل الشغل .مصدر الجهد الثابت يسمى " جهد مستمر " DC بينما الجهد الذى يتغير دوريا مع الزمن يسمى "جهد متردد أو متغير. " AC
يقاس الجهد بالفولت ويعرف الفولت الواحد بأنه الضغط الكهربائي المطلوب لدفع تيار كهربائي قدرة واحد أمبير خلال مقاومة قدرها واحد أوم . عامة يعبر عن الجهد بالفولت ويمكن وضع مضاعفات الفولت مثل (الميكروفولت - ( ?V = 10-6 V و(الملى فولت- V ( mV = 10-3 أو( الكيلوفولت ( kV = 103 V - .الجهد يمكن أن يكون أما موجب أو سالب. غالبا ما تستخدم البطاريات أو وحدات الإمداد بالقدرة لإنتاج تيار مستمر DC كمصدر للجهد مثل 5V, 12V, 24V في الدوائر والأنظمة الإلكترونية . في حين مصادر التيار المتردد AC تكون متاحة للأجهزة المنزلية وفي الصناعة وفي الإضاءة علاوة على عملية نقل القدرة . جهد الشبكة mains في بعض الدول 230 Volts a.c.وفى دول أخرى 110 Volts . عادة ما تعمل الدوائر الإلكترونية على جهد مستمر منخفض يتراوح بين 1.5V و 24V . رمز الدائرة الكهربائية لمصدر الجهد الثابت عادة ما يعطى كرمز البطارية مع وجود إشارة الموجب + والسالب – لبيان إتجاه القطبية .رمز الدائرة الكهربية لمصدر الجهد المتردد عبارة عن دائرة بداخلها موجة جيب الزاوية (~).





3- التيار الكهربائي-Electrical current

التيار الكهربائي هو تحرك أو سريان الشحنة الكهربائية ويقاس بالأمبير ويرمز له بالرمز i من "شدة" intensity لذلك يمكن القول شدة التيار" وهو السريان المستمر والمنتظم (يسمى إنجراف أو إندفاع) للإلكترونات ( الجزيئات السالبة بالذرة) حول دائرة حيث يتم دفعه بمصدر جهد . في الحقيقة تسرى الإلكترونات من الطرف السالب (-ve) إلى الطرف الموجب (+ve) لمصدر القدرة ولتسهيل فهم الدائرة أصطلح على إفتراض أن " التيار يسري من الطرف الموجب إلى الطرف السالب " . عامة في مخططات الدوائر يعبر عن سريان التيار بسهم مصحوب بالرمز I أو i لبيان الاتجاه الفعلي لسريان التيار . مع ذلك فإن هذا السهم عادة يبين الاتجاه الاصطلاحي لسريان التيار ولا نحتاج للاتجاه الفعلي .


4- سريان التيار الاصطلاحي - Conventional Current Flow

تم الاتفاق (الاصطلاح) على أن هذا التيار هو سريان الشحنة الموجبة حول الدائرة . الشكل التالي يبين حركة الشحنة الموجبة تسمى فتحات( holes ) والتي تسري من الطرف الموجب للبطارية وخلال الدائرة وتعود إلى الطرف السالب للبطارية .

فى مخططات الدوائر الكهربية الأسهم الموجودة فى بعض العناصر (المكونات) مثل الدايودات والترانزستورات تشير إلى اتجاه سريات التيار الاصطلاحى . التيار الاصطلاحي يسري عكس اتجاه سريان الإلكترونات .