الشحنة الكهربائية و التيار الكهربائي

من طرف **ghanim** الخميس يناير 29, 2009 5:12 am

الشحنة الكهربائية
تتكون كل المواد في الكون، من جسم الإنسان إلى النجوم البعيدة، من نوعين من الجسيمات الدقيقة هما الإلكترونات والكواركات. وتكوِّن الكواركات بدورها جسيمات أكبر، تنقسم إلى نوعين هما البروتونات والنيوترونات. وللإلكترونات والكواركات خاصية تسمى الشحنة الكهربائية، حيث تحمل الإلكترونات نوعًا من الشحنات يسمى الشحنة السالبة، بينما تحمل الكواركات إما الشحنات السالبة أو النوع الآخر من الشحنات الذي يسمى الشحنة الموجبة. وتساوي الشحنة الموجبة على البروتون الشحنة السالبة على الإلكترون، وذلك لأن البروتون يحتوي على كواركين يحمل كل منهما ثلثي وحدة شحنة موجبة، وكوارك يحمل ثلث وحدة شحنة سالبة. أما النيوترون فيحتوي على كواركين يحمل كل منهما ثلث وحدة شحنة سالبة وكوارك يحمل ثلثي وحدة شحنة موجبة. وتلغي الشحنات بعضها بعضًا لأن إجمالي الشحنة الموجبة على النيوترون يساوي إجمالي الشحنة السالبة. ولذلك يقال أن النيوترون متعادل كهربائيًا، أي لايحمل شحنة كهربائية إجمالية.

والشحنات المتضادة، أو غير المتشابهة ـ السالبة والموجبة ـ تتجاذب، بينما تتنافر الشحنات المتشابهة ـ الموجبة والموجبة أو السالبة والسالبة. وتنتج قوة التجاذب أو التنافر بين الشحنات عن قوى غير مرئية تسمى المجالات الكهربائية، تحيط بكل جسيم مشحون. وبسبب وجود المجالات، تتجاذب الجسيمات المشحونة أو تتنافر، حتى عندما تكون غير متلامسة.

تتحول الذرة إلى أيون عندما تكتسب أو تفقد إلكترونًا، وتكتسب بذلك شحنة كهربائية. وتحتوي الذرة العادية (إلى اليسار) على عدد مساو من البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة. وإذا فقدت إلكترونًا (إلى اليمين) تتحول إلى أيون موجب الشحنة.
الذرات. تتحد الكواركات لتكوين البروتونات والنيوترونات. وتتحد البروتونات والنيوترونات بدروها مع الإلكترونات لتكوين الذرات. وفي الذرة تترابط النيوترونات والبروتونات لتكوين لب دقيق يسمى النواة.

وتجذب النواة الموجبة الشحنة في الذرة الإلكترونات السالبة الشحنة. والنواة موجبة الشحنة لأنها تحتوي على بروتونات، ولا تحتوي على إلكترونات. وتدور الإلكترونات السالبة حول النواة الموجبة فيما يشبه دوران الكواكب حول الشمس.

ولكل نوع من الذرات عدد مختلف من البروتونات. فالهيدروجين، على سبيل المثال، وهو أبسط الذرات، يحتوي على بروتون واحد في النواة، بينما تحتوي ذرة الأكسجين على 8 بروتونات، والحديد على 26 بروتونًا، واليورانيوم على 92 بروتونًا. وتحتوي الذرة عادة على عدد مساو من البروتونات والإلكترونات. ونتيجة لذلك، تلغي الشحنات السالبة للإلكترونات الشحنات الموجبة للبروتونات، وتصبح الذرة متعادلة كهربائيًا.

الأيونات. تفقد الذرة أو تكتسب أحيانًا إلكترونًا واحدًا أو أكثر. فإذا اكتسبت إلكترونًا تصبح الذرة سالبة الشحنة، بينما تصبح موجبة الشحنة إذا فقدت إلكترونًا. وتسمى الذرات التي تحمل شحنة كهربائية الأيونات. ومعظم الأيونات موجبة الشحنة، ولذلك تعني كلمة أيون، عندما تستخدم بمفردها، الذرة التي فقدت إلكترونًا واحدًا أو أكثر. وتتجاذب الأيونات الموجبة والسالبة، ويمكنها أن تتحد لتكوين المواد الصلبة. فملح الطعام العادي، على سبيل المثال، يتكون من الصوديوم والكلور. وفيه تفقد كل ذرة من ذرات الصوديوم إلكترونًا لتكوين أيون صوديوم موجب. وتتلقى كل ذرة من ذرات الكلور هذا الإلكترون لتكوين أيون كلوريد سالب. وبسبب قوة الجذب الكهربائي بين الأيونات يكون ملح الطعام صلبًا، ودرجة انصهاره عالية.

الجزيئات. تتقاسم الذرات المتعادلة الإلكترونات مع غيرها من الذرات. وتكون الذرات التي تتقاسم الإلكترونات منجذبة بعضها نحو بعض. ويجعل هذا التجاذب الذرات مرتبطة بعضها ببعض لتكوين جزيئات. فعلى سبيل المثال، يمكن أن تتقاسم ذرتا هيدروجين الإلكترونات مع ذرة أكسجين لتكوين جزئ ماء. وتميل الإلكترونات إلى البقاء قرب ذرة الأكسجين معظم الوقت، مما يعطيها شحنة كهربائية سالبة. وتكتسب ذرتا الهيدروجين شحنتين موجبتين. وتمسك قوة الجذب الكهربائي بين هذه الذرات المشحونة جزئ الماء في حالة ترابط.

الكهرباء الساكنة. في بعض الأحيان يفقد عدد كبير من ذرات جسم ما الإلكترونات أو يكتسبها. وعندما يحدث مثل هذا الفقدان أو الاكتساب يكتسب الجسم كله شحنة كهربائية. ويصف مصطلح الكهرباء الساكنة الأوضاع التي تحمل فيها الأجسام شحنة كهربائية.

تحدث الكهرباء الساكنة، على سبيل المثال، عندما تفرك قميصك ببالون، حيث يسبب احتكاك البالون بالقميص انتقال الإلكترونات من القميص إلى البالون، مما يؤدي إلى اكتساب القميص لشحنة كلية موجبة، نظرًا لاحتوائها على عدد من البروتونات أكبر من الإلكترونات، واكتساب البالون لشحنة كلية سالبة لاحتوائها على إلكترونات زائدة. ولذلك يلتصق البالون بالقميص أو بأي سطح آخر مثل الجدار.

ويشبه ذلك ما يحدث عندما تمشي فوق سجاد في يوم جاف، حيث يؤدي الاحتكاك بين حذائك والسجاد إلى انتقال الإلكترونات من جسمك إلى السجاد، معطيًا جسمك شحنة كهربائية موجبة. وعندما تلمس مقبض الباب أو أي جسم فلزي آخر، تقفز الإلكترونات من الجسم الفلزي إلى جسمك، وحينئذ قد تشاهد شرارة وتحس بصدمة خفيفة.

وينتج البرق عن الكهرباء الساكنة. فالعلماء يعتقدون أن قطرات المطر المحمولة في رياح السحب البرقية تكوِّن شحنات كهربائية، حيث تصبح أجزاء من السحاب مشحونة بشحنة موجبة، بينما تصبح أجزاء أخرى مشحونة بشحنة سالبة. وقد تقفز الشحنات بين أجزاء السحاب المختلفة، أو من السحاب إلى الأرض، مما يؤدي إلى توليد الشرارة الكهربائية الضخمة التي نسميها البرق.

وللكهرباء الساكنة استخدامات عديدة في المنازل والمؤسسات والمصانع. فأجهزة النسخ التي نراها في المكاتب، على سبيل المثال، ناسخات كهروستاتية، تصنع نسخًا من المادة المطبوعة أو المكتوبة بجذب جسيمات التونر (الحبر المسحوق) إلى الورقة الموجبة الشحنة. وتستخدم الكهرباء الساكنة أيضًا في المنظفات الهوائية المسماة المرسِّبات الكهروستاتية. فهذه النبائط تشحن جسيمات الغبار والدخان والبكتيريا وحبوب اللقاح في الهواء بشحنات كهربائية موجبة. وتنقي ألواح تجميع سالبة الشحنة الهواء بجذب هذه الجسيمات الموجبة الشحنة إلى داخل المنظف.
التيار الكهربائي Electrical Current عبارة عن تدفق شحنات كهربائية -كالإلكترونات - في مادة موصلة كسلك معدني مثلا , وللتيار الكهربائي عدّة خصائص فيزيائية منها شدة التيار و فرق الجهد والمقاومة .

ينقسم التيار الكهربائي إلى نوعين :

التيار المستمر ( Direct Current ) يرمز له بـ DC : هو التيار الذي يسري في اتجاه واحد فقط اما في الموجب او في السالب .
الشكل التالي يبين كيفية عمل التيار المستمر
كما تلاحظ، فالطاقة الإلكترونية تنتقل في اتجاه واحد داخل أجزاء الدائرة الكهربائية، تتدفق فيه الإلكترونات من القطب السالب للدائرة إلى القطب الموجب، ويبقى هذا الاتجاه ثابتاً مع ثبات في الجهد والتيار الكهربائي مهما تغير الزمن.
الاستخدامات : يستخدم هذا النوع في التطبيقات ذات الجهد المنخفض، كتلك التي تستخدم البطاريات أو الخلايا الشمسية

(Alternating Current ) يرمز له بـ AC : هو التيار الذي يحصل فيه تغير مستمر ينتقل فيه من الموجب الى السالب .
الشكل التالي يبين كيفية عمل التيار المتردد

كما تلاحظ، فاتجاه تدفق الإلكترونات في أجزاء الدائرة الكهربائية يتغير عدة مرات في الثانية الواحدة بسبب تناوب القطبين السالب والموجب، ويسمى هذا التيار أيضاً بالتيار المتردد، نظراً لتردد اتجاه التيار بين القطبين السالب والموجب. لهذا السبب، علينا الأخذ بالاعتبار احتساب دالة الوقت عند التعامل رياضياً مع هذا التيار.
الاستخدامات : يستخدم هذا النوع عند وصل المولدات الكهربائية الضخمة، والمحركات، وفي التسليكات المنزلية.

كيف تنتج الكهرباء
البروتونات توجد فى النواة و الإلكترونات تدور حول النواه فى مداراتها الخارجيه متأثرة بقوى الجذب من النواه( الناتجه من التجاذب بين الإلكترونات السالبة الشحنه و البروتونات الموجبة الشحنه) و قوى الطرد ( الناتجه عن دورانها السريع حول النواة).
وهنا يجب أن تتساوى القوتان حتى تتزن الذره .
ولكن فى وجود قوى شد خارجيه ( ذرات أخرى أو جهود موجبه ) فإن الإلكترونات تترك النواه وتسير مكونة الكهرباء.

الضغط الكهربائي وفرق الجهد
لكى يمر تيار كهربى فى دائرة ما فانه يجب ان يكون بين طرفى هذه الدائرة فرق جهد كهربى او ما يسمى ايضا بالضغط الكهربائي , ومعنى كلمة فرق الجهد ان يكون احد طرفى الدائرة به زيادة فى الالكترونات بينما الطرف الاخر به نقص فى الالكترونات , وعلى ذلك تنتقل الالكترونات الحرة من الطرف الذى به زيادة فى الالكترونات الى الطرف الذى به نقص فى الالكترونات ونتيجة تحرك هذه الالكترونات ينشأ التيار الكهربى فى الدائرة
الأمبير : وحدة قياس التيار الكهربائي

قانون أوم هو مبدأ أساسي في الكهرباء، أطلق عليه هذا الاسم نسبة إلى واضعه "جورج سيمون أوم".
يقول هذا القانون أن جهد التوتر الكهربائي بين طرفي ناقل معدني يتناسب طرديا مع شدة التيار الكهربائي المار فيه.

ويمكن تشبيه ذلك إذا وصلت بطارية له قوة دافعة كهربائية V بين طرفي سلك نحاسي له مقاومة معينة ويسري فيه تيار كهربائي, فيكون السلك النحاسي كمقاومة والبطارية كقوة دافعة كهربائية تقوم بمقاومة السلك النحاسي R حتى يسري التيار الكهربائي إلى الطرف الأخر للسلك.

فرق الجهد ( U )

هي قوة دافعة كهربائية أو ضغط تسبب تدفق التيار في الدائرة الكهربائية ووحدة قياسها الفولت (V).
- التيار ( I ) : هو تدفق عدد من الشحنات الإليكترونية في الدائرة الكهربائية , وتعطى بالأمبير (A).
- المقاومة ( R ) : هي أي عائق تعيق حركة الاليكترونات المتدفقة وتستخدم في التحكم في فرق الجهد والتيار ووحدة قياسها بالأوم (Ω).

ويمكن صياغة القانون السابق حسب الوحدات الكهربائية كالتالي:

كما يمكن التعبير عن القانون بصيغة أخرى

U = R × I

الأحد	الإثنين	الثلاثاء	الأربعاء	الخميس	الجمعة	السبت
					1	2
3	4	5	6	7	8	9
10	11	12	13	14	15	16
17	18	19	20	21	22	23
24	25	26	27	28	29	30