التيّار الكهربائيّ
يعرف التيار الكهربائي بشكل عام بأنه تدفق الشحنات الكهربائية عبر موصل كهربائي، ويطلق على كمية الشحنات التي تعبر الموصل خلال فترة زمنية معينة اسم "شدة التيار الكهربائي"،ويُقسم التيار الكهربائي إلى نوعين هما؛ التيار المستمر (DC) والتيار المتردد (AC).
وحدة قياس شدة التيار الكهربائي
يطلق على وحدة قياس التيار الكهربائي اسم "الأمبير"؛ فعند القول إن شدة تيار ما تساوي 1 أمبير فذلك يعني أن شحنة قيمتها 1 كولوم مرت عبر موصل كهربائي خلال فترة زمنية مدتها ثانية واحدة، وتعود أصل التسمية إلى العالم الفرنسي "أندريه ماري أمبير" (1775–1836).
يتم قياس التيار الكهربائي عادة بجهاز يُطلق عليه اسم "الأميتر" بتوصيله بالتوالي مع العنصر الكهربائي المراد قياس التيار المار عبره، كما يُقاس فرق الجهد الكهربائي بواسطة جهاز الفولتميتر، ويتم قياس المقاومة بواسطة جهاز الأوميتر ، ويتم توصيل الفولتميتر بالتوازي عادة مع العنصر الكهربائي المراد قياس تلك القيم له، ويتم قياس شدة التيار الكهربائي رياضياً باستخدام المعادلة الآتية: شدة التيار الكهربائي= فرق الجهد الكهربائي (فولت) ÷ المقاومة الكهربائية (أوم)؛فلو افترضنا أن مصدراً للجهد الكهربائي (بطارية) يصدر منه فرق جهد قيمته 9 فولت موصول على مقاومة كهربائية قيمتها 2.2 أوم، فإن شدة التيار الكهربائي المار في تلك المقاومة يساوي 4.09 أمبير بعد تطبيق الأرقام على المعادلة السابقة.
المقاومة الكهربائية وفرق الجهد الكهربائي
عند أخذ قطعة من موصل كهربائي معلومة الطول ومساحة المقطع العرضي، فإن كل طرف من أطراف الموصل سيحمل قيمة مختلفة من الجهد الكهربائي ووحدة قياسه "فولت"، حيث يتناسب فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الموصل طردياً مع قيمة المجال الكهربائي ومع طول الموصل، ويعبر عن ذلك كما يأتي: فرق الجهد = المجال الكهربائي × طول الموصل.
كما تتناسب قيمة المقاومة الكهربائية طردياً مع طول الموصل وعكسياً مع مقاوميته ومع مساحة مقطعه العرضي، ووحدة قياسها "أوم"، حيث: المقاومة الكهربائية = طول الموصل/ (مقاومية الموصل×مساحة المقطع العرضي للموصل).
التيار المستمر والتيار المتردد
يمكن تعريف التيار المستمر بأنه تيار ثابت القيمة والاتجاه، أما التيار المتردد فهو متغير الاتجاه والقيمة مع مرور الوقت، ويمكن للتيار الكهربائي أن يتحول من شكل لآخر، ومن الأمثلة على ذلك ما يأتي:
- تيار مستمر إلى تيار مستمر، ومن أهم تطبيقاتها أنظمة التحكم بمحركات التيار المستمر عالية الأداء؛ مثل أنظمة النقل والتوزيع الكهربائية، والسيارات الكهربائية، وأنظمة الرادار، وخلايا الوقود، وتوربينات الرياح، وأنظمة النقل ذات التوقف المتكرر.
- تيار متردد إلى تيار متردد، ومن أهم تطبيقاتها التحكم في قيمة الجهد الكهربائي أو التيار للتحكم في الإضاءة، والتدفئة المنزلية والصناعية، والتحكم في المحركات والمضخات، والتشغيل الناعم لمحركات الحث.
- تيار مستمر إلى تيار متردد، ومن أهم تطبيقاتها المحولات الكهربائية المستخدمة في أنظمة الطاقة المتجددة الكهروضوئية وهي الطاقة الشمسية .
الموصلية الكهربائية
ينتقل التيار الكهربائي من نقطة إلى أخرى عبر الموصلات الكهربائية التي تُصنع من مواد ذات موصلية عالية للكهرباء؛ حيث تصنف مادة الفضة كأفضل مادة موصلة يليها النحاس، ثم الذهب، ثم الألمنيوم، وقد عبر العالم "جورج سيمون أوم" عن الموصلية بقانون يُطلق عليه اسم قانون أوم ، وينص هذا القانون على أنه: "بالنسبة للعديد من المواد بما في ذلك معظم المعادن، فإن نسبة كثافة التيار إلى المجال الكهربائي هي مقدار ثابت منفصل عن المجال الكهربائي الذي يُنتج التيار الكهربائي"، ويُطلق على ذلك المقدار الثابت مصطلح "الموصلية" بمعنى قدرة الموصل على نقل التيار الكهربائي، ويقابله مصطلح "المقاومية"، ويعبر عن العلاقة الرياضية بينهما كما يأتي: الموصلية الكهربائية = 1÷المقاومية الكهربائية.
هناك مواد تصنف أنها أشباه الموصلات وهي عناصر تمتلك خصائص تشبه خصائص الموصلات الكهربائية وأخرى تشبه العوازل الكهربائية، وتنقسم هذا المواد إلى صنفين؛ أحادي البلورة؛ كالجرمانيوم والسيليكون، وأخرى مركبة مثل: زرنيخيد الغاليوم، وكبريتيد الكادميوم، وتستخدم هذه المواد في تصنيع الأجهزة الالكترونية الدقيقة، ويعتبر السيليكون أشهر هذه المواد وأكثرها استخداماً نظراً لوفرته وخصائصه الفيزيائية التي يتميز بها عن المواد الأخرى؛ كتحمّله لدرجات الحرارة العالية مما يسهل من عمليات تصنيعه.
