فهم تدفق التيار الكهربائي

Supakorn Kaewinta / EyeEm / غيتي صور

بالنسبة لمعظم الناس ، تعد الكهرباء قوة غامضة تظهر بطريقة سحرية بطريقة أو بأخرى عندما نقلب مفتاح إضاءة أو توصيل جهاز. ومع ذلك ، في حين أن العلوم الكامنة وراء تدفق الكهرباء معقدة للغاية ، فمن السهل فهم أساسيات التدفق الكهربائي ، أو التيار ، إذا تعلمت بعض المصطلحات والوظائف الرئيسية. كما أنه يساعد على مقارنة تدفق الكهرباء عبر الأسلاك مع تدفق المياه عبر الأنابيب. على الرغم من أن هذا القياس ليس مثاليًا ، إلا أن العديد من خصائص التدفق الكهربائي في أسلاك الدائرة تشبه تدفق الماء في نظام السباكة.

• تتحرك الإلكترونات

  

  شريف طرباي / صور غيتي

  ما نسميه التيار الكهربائي يحدث على مستوى الجسيمات بين ذرات المواد الموصلة - في الدائرة المنزلية ، وهذا الأسلاك النحاسية. يوجد في كل ذرة ثلاثة أنواع من الجزيئات: النيوترونات والبروتونات (التي تحمل شحنة كهرومغناطيسية موجبة) والإلكترونات (التي تحمل شحنة سالبة). الجسيم المهم هنا هو الإلكترون ، لأنه يتميز بميزة فريدة تتمثل في القدرة على الانفصال عن ذراته والانتقال إلى ذرة مجاورة. إن تدفق الإلكترونات هو ما يخلق التيار الكهربائي - قفزة الإلكترونات ذات الشحنة السالبة من ذرة إلى ذرة.

  كيف تعمل المولدات

  ما الذي يرسل الإلكترونات إلى الحركة؟ الفيزياء معقدة ، ولكن في جوهرها ، أصبح التدفق الكهربائي في أسلاك الدائرة ممكناً بواسطة مولد كهربائي (توربينات تعمل بالطاقة بواسطة الرياح أو الماء أو المفاعل الذري أو حرق الوقود الأحفوري). في عام 1931 ، اكتشف مايكل فاراداي أن الشحنات الكهربائية تم إنشاؤها عندما يتم نقل مادة تعمل بالكهرباء (سلك معدني) داخل مجال مغناطيسي. هذا هو الأساس الذي تعمل من خلاله المولدات الحديثة: إن التوربينات - سواء كانت تعمل بواسطة الماء المتساقط أو البخار الناتج عن المفاعلات النووية - تقوم بتدوير ملفات ضخمة من الأسلاك المعدنية داخل مغناطيسات عملاقة ، مما يؤدي إلى تدفق الشحنات الكهربائية.

  مع إنشاء هذا الحقل الكهربائي الهائل ذو الشحنات الإيجابية والسلبية ، تعمل الإلكترونات الموجودة في الأسلاك في جميع أنحاء شبكة الطاقة على التحرك وتبدأ بالتدفق مع الحقل الكهربائي. عندما تقلب مفتاح إضاءة أو توصل مصباحًا أو محمصة ، فأنت في الواقع تستغل تدفقًا واسعًا على نطاق واسع من الإلكترونات يتم سحبها ودفعها بواسطة مولدات الكهرباء التي قد تبعد مئات الأميال.

  تشبه المولدات الكهربائية في بعض الأحيان بمضخات المياه - فهي لا تولد الكهرباء (تمامًا كما لا تؤدي مضخة المياه إلى توليد الماء) ، ولكنها تجعل تدفق الإلكترونات ممكنًا.

• الحالية = تدفق elecricity

  

  فيكتور دي شفانبرغ / مكتبة الصور العلمية / صور غيتي

  يشير المصطلح الحالي إلى التدفق البسيط للإلكترونات في الدائرة أو النظام الكهربائي. يمكنك أيضًا تشبيه التيار الكهربائي بكمية أو حجم الماء الذي يتدفق عبر أنبوب الماء. يقاس التيار الكهربائي بالتيار الكهربائي أو الأمبير.

  التيار المتردد مقابل العاصمة الحالية

  يوجد التيار الكهربائي بنوعين: التيار المتردد (التيار المتردد) والتيار المباشر (التيار المستمر). من الناحية الفنية ، يتدفق التيار المستمر في اتجاه واحد فقط ، في حين يعكس التيار المتردد الاتجاه. من الناحية اليومية ، فإن التيار المتردد هو شكل الكهرباء المولدة بواسطة المولدات التي تشغل المصابيح والأجهزة المنزلية في منزلك ، في حين أن التيار المستمر هو شكل الطاقة التي توفرها البطاريات. على سبيل المثال ، المصابيح الكهربائية هي أنظمة التيار المستمر ، بينما تستخدم منافذ منزلك نظام تكييف.

  تقوم العديد من مصادر الطاقة المتجددة مثل مولدات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بإنتاج الكهرباء التي يتم تحويلها إلى التيار المتردد لاستخدامها في المنزل. بطارية السيارة عبارة عن نظام تيار مستمر يستخدم لتشغيل المحرك ، ولكن بمجرد بدء تشغيل المحرك ، يحتوي النظام الكهربائي الخاص بالسيارة على مولد يعمل على إنشاء تيار متردد لتشغيل الأنظمة المختلفة.

• الجهد = الضغط

  

  ماريك جاجودا / EyeEm / غيتي

  غالبًا ما يتم تعريف الجهد الكهربائي ، المعروف أيضًا باسم القوة الدافعة الكهربائية ، على أنه ضغط الإلكترونات الموجودة في النظام. يمكن تشبيهه بضغط الماء في الأنبوب. تحمل الدوائر القياسية في منزلك حوالي 120 فولت (يمكن أن يتراوح الجهد الفعلي بين حوالي 115 إلى 125 فولت) أو 240 فولت (النطاق الفعلي: 230 إلى 250 فولت). يتم تغذية معظم وحدات الإضاءة والمنافذ بواسطة دوائر بجهد 120 فولت ، بينما تستخدم المجففات والنطاقات وغيرها من الأجهزة الكبيرة عادة دوائر بجهد 240 فولت.

• القوة الكهربائية = معدل التدفق

  

  صور توم شانس / غيتي

  يشير مصطلح القوة الكهربائية إلى معدل تبديد الطاقة الكهربائية أو استهلاكها. تتم قراءة إجمالي كمية الطاقة التي يستهلكها النظام الكهربائي في منزلك من خلال عداد الكهرباء لشركة المرافق. يتم قياسها بالكيلوواط - ساعة أو 1000 واط / ساعة ، وهكذا يتم إصدار فاتورتك.

  كل جهاز كهربائي ، مثل جهاز الإضاءة أو الأجهزة ، لديه معدل استخدام يقاس بالواط. على سبيل المثال ، مصباح كهربائي 100 واط يحترق لمدة 10 ساعات يستخدم كيلو واط / ساعة من الكهرباء.

  توجد الأمبيرات ، فولت ، وات في علاقة رياضية مع بعضها البعض ، معبراً عنها على النحو التالي: واتس = فولتس أمبيرس

  إذا تم تصنيف الجهاز على 120 فولت و 10 أمبير ، فسوف يستخدم ما يصل إلى 1200 واط عند تشغيله: 120 فولت × 10 أمبير = 1200 واط.

• أوم = المقاومة

  

  ستانلي كيه باتز / غيتي إيماجز

  أوم هي قياس مقاومة تدفق الإلكترونات من خلال مادة موصلة. كلما زادت المقاومة ، انخفض تدفق الإلكترونات. تؤدي هذه المقاومة إلى توليد كمية معينة من الحرارة في الدائرة. السبب في أن مجفف الشعر يهب الهواء الساخن ، على سبيل المثال ، هو بسبب المقاومة في الأسلاك الداخلية ، والتي تنتج الحرارة. وهي مقاومة في الأسلاك الصغيرة لمبة الإضاءة المتوهجة التي تسبب تسخينها والتوهج بالضوء. إنها أيضًا مقاومة يمكن أن ترتفع درجة حرارة سلك التمديد إذا تم استخدامه على جهاز يرسم تيارًا كبيرًا جدًا.

  في الأسلاك الكهربائية ، يمكن للمقاومة الزائدة أن تفرط الدائرة وتتسبب في نشوب حريق كهربائي. نظرًا لأن التوصيلات السيئة الناتجة عن أشياء مثل أطراف التوصيل اللولبية السائبة والتآكل من المحتمل أن تكون السبب في ذلك ، يجب فحص التوصيلات الكهربائية بانتظام لضمان السلامة في النظام الكهربائي.