ما هو التيار الكهربائي؟ وما هي أنواعه؟

تعريف التيار الكهربائي

يمكن تعريف التيار الكهربائي (بالإنجليزية: Electrical current) بأنه مقياس لكمية الشحنة الكهربائية المنقولة لكل وحدة زمنية عبر مادة موصلة مثل الأسلاك المعدنية (معدل تدفق الشحنة)؛ أي معدل تدفق الإلكترونات عبرها، أما عن وحدة قياسه فهو يُقاس بوحدة الأمبير (Ampere) وفقاً للنظام العالمي للوحدات، إذ تعادل هذه الوحدة 1 كولوم لكل ثانية.^[١]

يعتبر التيار الكهربائي عبارة عن كمية قياسية يعبّر عنه بالقيمة فقط، وليس باتجاه وقيمة، ويجدر بالذكر هنا أنّه يُرمز للتيار الكهربائي عادة بالرمز (I) الذي يعود في أصله إلى الكلمة الفرنسية (intensité de courant)، التي تعني شدة التيار، وقد استُخدم هذا الرمز في صياغة قانون قوة أمبير عام 1820م، ليُعرف بعدها في جميع أنحاء العالم.^[١]

قانون حساب التيار الكهربائي

يمكن حساب التيار الكهربائي عبر اعتبار أن الشحنة (Q) تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل خلال وقت مقداره (t)، ليكون التيار (I) عندها هو:^[٢]

• التيار = مقدار الشحنة/الوقت، وبالرموز: I = Q / t.

يجدر بالذكر هنا أن التيار يتدفق عادة من الطرف السالب إلى الطرف الموجب للخلية الكهربائية، فمثلاً إذا كان هناك تيار مقداره 0.75 أمبير يتدفق عبر خيط أو فتيلة مصباح كهربائي خلال مدة مقدارها 10 دقائق (600 ثانية) فإن قيمة الشحنة الكهربائية المنتقلة عبر هذا الخيط هي:^[٢]

• 0.75 = مقدار الشحنة / (600)، ومنه: مقدار الشحنة = 0.75×600 = 450 كولوم.^[٢]

أنواع التيار الكهربائي

هناك نوعان من التيار الكهربائي هما:^[٣][١]

• التيار المتردد (AC): (بالإنجليزية: Alternating current) وهو التيار الذي يتدفق في اتجاهين (يغير اتجاهه بسرعة)، ويُستخدم لتشغيل الأجهزة للاستخدامات المنزلية، والصناعية، والتجارية، وتعتبر إشارات الصوت والراديو المحمولة على الأسلاك الكهربائية مثالاً أيضاً على التيار المتردد، ويتم إنتاج التيار المتردد عادة عبر المولدات الكهربائية.
• التيار المباشر (DC): (بالإنجليزية: Direct current) وهو التيار الذي يتدفق في اتجاه واحد فقط، وهو يستخدم في تطبيقات الجهد المنخفض غالباً مثل شحن البطاريات، وتطبيقات الطائرات، ويتم إنتاج التيار المباشر عادة من البطاريات، والمزدوجات الحرارية، والخلايا الشمسية، ويمكن للتيار المباشر أن يتدفق عبر موصل مثل السلك، أو عبر أشباه الموصلات، أو العوازل، أو عبر الفراغ كما هو الحال في الحزم الإلكترونية أو الأيونية.

كيفية تدفق التيار الكهربائي

يحدث التيار الكهربائي نتيجة لتدفق الإلكترونات، إلا أنّ الإلكترونات لا تنتقل مباشرة من نقطة الأصل إلى الوجهة، وإنما ينتج بسبب حركة كل إلكترون لمسافة قصيرة إلى الذرة المجاورة له، وهناك تتنقل طاقة هذا الإلكترون إلى الإلكترون في الذرة الجديدة التي انتقل إليها، لينتقل ذلك الإلكتروت بدوره إلى ذرة أخرى، وهكذا حتى الوصول إلى نقطة النهاية، ويجدر بالذكر هنا أن التيار ينتقل بسرعة كبيرة جداً تعادل سرعة الضوء، مسبباً ارتفاع حرارة الموصل الذي ينتقل خلاله.^[٤]