لعلك تساءلت يوماً عن مصدر إنارة مصباح الغرفة في المنزل، وعن مصدر الطاقة اللازمة لتشغيل الأجهزة المنزلية المختلفة، وعن علاقة ذلك بالشحنات الكهربائية المتولّدة على البالون المدلوك بعد دلكه بشعرك، وعن سر انجذاب شعرك إلى البالون عند تقريبه إليه، فكل ذلك يتعلق بالشحنات الكهربائية، التي يمكنها الحركة عبر الأسلاك الموصلة بطريقة مشابهة لجريان المياه في أنابيب المنزل، لتُعرف حركة هذه الشحنات باسم التيار الكهربائي (بالإنجليزية: Electric current).[١]
مفهوم الدارة الكهربائية
يمكن تعريف الدارة أو الدائرة الكهربائية (بالإنجليزية: Electric circuit) بأنها المسار الذي تسلكه الشحنات الكهربائية أثناء مرورها خلال مكونات الدارة البسيطة الموصولة مع بعضها بأسلاك التوصيل،[٢] ويجدر بالذكر هنا أن هناك نوعين من الشحنات الكهربائية (بالإنجليزية: Electric charges) وهي الشحنات الموجبة، وتسمّى البروتونات (بالإنجليزية: Protons)، والشحنات السالبة وتُسمّى الإلكترونات (بالإنجليزية: Electrons) وهي التي تتحرك عبر الأسلاك مكوّنة التيار الكهربائي المار في الدارة الكهربائية.[٣][٤]
مكونات الدارة الكهربائية البسيطة
يمكن عمل الدارة الكهربائية البسيطة باستخدام ثلاث مكونات أساسية وهي:[١]
- مصدر طاقة كهربائي (بالإنجليزية: Power supply): وهو الذي يوفّر الطاقة الكهربائية اللازمة لتحريك الشحنات الكهربائية عبر الدارة الكهربائية.
- مصباح كهربائي (بالإنجليزية: Light bulb): وهي الأداة التي تستهلك طاقة المصدر، ويمكن استخدام مروحة صغيرة أو جرس بدلاً من المصباح.
- أسلاك موصلة (بالإنجليزية: Conducted wires): تنتقل الشحنات الكهربائية عبرها.
الشرط الأساسي لمرور التيار الكهربائي عبر الدارة الكهربائية هو أن يكون المسار الذي تتحرك فيه الشحنات الكهربائية مغلقاً، لتعرف الدارة عندها بالدارة الكهربائية المُغلقة، أما إذا وُجد انقطاع في المسار، فلن تستطيع الشحنات الكهربائية العبور، ولن ينشأ تيار كهربائي لتعد الدارة عندها دارة كهربائية مفتوحة.[١]
من أجل التحكم بفتح الدارة أو إغلاقها يمكنك إضافة مفتاح كهربائي (بالإنجليزية: Electric switch)، فعند فتح الدارة من خلاله يصبح مسار الشحنات الكهربائية كأنه مقطوع وغير مكتمل؛ وبالتالي لن تتدفق الشحنات على شكل تيار كهربائي يمر خلال المصباح أو الجهاز الكهربائي فلا يعمل، أما عند غلق الدارة الكهربائية، فستتمكن الشحنات الكهربائية من التدفق خلال أسلاك التوصيل على شكل تيار يمر بالمصباح الكهربائي فيضيء، أو عبر الجهاز فيعمل.[٢]
كيفية عمل دارة كهربائية بسيطة
لعمل دارة كهربائية بسيطة تحتاج إلى بعض المواد التي تستطيع إيجادها في منزلك وهي:[٥]
- مصدر الطاقة الكهربائية؛ كالبطارية.
- أسلاك توصيل كهربائي عدد 2.
- مصباح صغير.
- قص أطراف السلكين وتعرية الأطراف من المادة العزلة حتى ملاحظة بروز السلك النحاسي.
- ربط المكونات ببعضها بواسطة الأسلاك، وذلك بأخذ طرف السلك النحاسي الأول، وتثبته بطرف البطارية الموجب، ووصل الطرف الآخر بالمصباح الصغير، أما السلك الثاني فعليك تثبيت طرفه النحاسي الأول بالقطب السالب للبطارية، ووصل طرفه الآخر بالمصباح.
طرق توصيل الدارات الكهربائية
هناك طريقتان أساسيتان لتوصيل الدارات الكهربائية بحيث يتدفق التيار بطريقة مختلفة في كل منها:[٦]
توصيل الدارات الكهربائية على التوالي
لنفترض أن لديك دارة كهربائية بسيطة مكوّنة من مصباحين أو أكثر، وبطارية، وأسلاك موصلة، وفيها يتم وصل أحد أطراف مكونات الدارة بطرف المكوّن الذي يليه، وهكذا حتى العودة إلى البطارية، مكونان دارة التوالي (بالإنجليزية: Series electric circuits)، ويجدر بالذكر هنا أنه، وفي دارة التوالي يجب التأكد من سلامة المصابيح، فإذا فسد أحدها، فإن الدارة ستصبح مفتوحة، وبالتالي سينقطع التيار الكهربائي عن جميع المصابيح.[٦]
توصيل الدارات الكهربائية على التوازي
يتم توصيل الطرف الأول في دارة التوصيل على التوازي (بالإنجليزية: Parallel electric circuit) لجميع المصابيح ببعضها البعض وبمصدر الجهد (البطارية)، وكذلك الحال بالنسبة لطرفها الآخر، بحيث تبدو كأنها تقع فوق بعضها البعض في الدارة الكهربائية البسيطة، وبالتالي فإن أي تلف في أحد المصابيح لن يتسبب في قطع التيار بأكمله، وهذه هي الطريقة المستخدمة في توصيل مصابيح المنزل.[٦]
المواد الموصلة والمواد العازلة
تنقسم المواد في قدرتها على توصيل التيار الكهربائي إلى نوعين هما:[٧]
- المواد الموصلة (بالإنجليزية: Conductors) هي المواد التي تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها بسهولة؛ كالمعادن مثل: الحديد، والفولاذ، والنحاس والتي تعتبر من الموصلات الجيدة للكهرباء.
- المواد العازلة (بالإنجليزية: Insulators) هي المواد التي لا تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها، مثل: البلاستيك، والزجاج، والخشب، والصوف، ويجدر بالذكر هنا أن جميع أسلاك التوصيل الكهربائي مغلّفة بمواد عازلة لحماية الأفراد من الصعقات الكهربائية.
اختبر نفسك
ضع المفهوم المناسب في الفراغ المناسب:[١]
- ................. هي المواد التي تسمح للتيار الكهربائي بالمرور خلالها.
- ................. يتحكم في فتح وإغلاق الدارة الكهربائية.
المراجع
- ^ أ ب ت ث موسى الطراونة، كتاب العلوم للصف الرابع ج 2، صفحة 63 72 73. بتصرّف.
- ^ أ ب "Electric circuit", Energy education.
- ↑ "Electric Charge – Definition, History, Types and Properties", geeks for geeks. Edited.
- ↑ "CURRENT ELECTRICITY", .science world. Edited.
- ↑ "How to Make a Simple Circuit", Instructables circuits. Edited.
- ^ أ ب ت "Series and parallel circuits", BBC.
- ↑ "What are conductors and insulators?", bbc. Edited.
