التيار الكهربائي والكهرباء بشكل عام يحتويان على مجموعة من المفاهيم الأساسية التي تعتبر جوهرية لفهم كيفية عمل الأنظمة الكهربائية، سواء كانت في المنزل أو في الصناعات الكبيرة. في هذا المقال، سنتناول بعض المفاهيم الكهربائية الأساسية التي يجب أن تكون على دراية بها لفهم كيفية عمل الأنظمة الكهربائية.
1. الجهد الكهربائي (Voltage)
الجهد الكهربائي هو الفرق في الطاقة الكهربائية بين نقطتين. يُقاس الجهد بوحدات الفولت (V) ويُعتبر القوة الدافعة التي تدفع الإلكترونات عبر الدائرة الكهربائية. يمكن تشبيهه بمستوى المياه في خزان: كلما زاد الجهد، زادت "قوة" دفع الإلكترونات عبر الأسلاك.
الرمز: V
الوحدة: فولت (V)
2. التيار الكهربائي (Current)
التيار الكهربائي هو تدفق الإلكترونات عبر الموصلات (مثل الأسلاك). يُقاس بوحدات الأمبير (A). يمكن تشبيه التيار بكمية الماء التي تتدفق عبر أنبوب: كلما زاد عدد الإلكترونات المتدفقة، زاد التيار.
الرمز: I
الوحدة: أمبير (A)
3. المقاومة الكهربائية (Resistance)
المقاومة الكهربائية هي خاصية المادة التي تقاوم تدفق التيار الكهربائي. عندما يمر التيار عبر مادة مقاومة، يتبدد جزء من الطاقة في شكل حرارة. تُقاس المقاومة بوحدات الأوم (Ω). المواد التي تحتوي على مقاومة منخفضة تسمح بتدفق تيار كهربائي أكبر.
الرمز: R
الوحدة: أوم (Ω)
4. القدرة الكهربائية (Power)
القدرة الكهربائية هي معدل استهلاك الطاقة الكهربائية أو تحويلها إلى شكل آخر من الطاقة (مثل الحرارة أو الضوء). تُقاس القدرة بالواط (W). يمكن حساب القدرة باستخدام العلاقة التالية:
حيث:
-
هو القدرة (بالواط)
-
هو الجهد (بالفولت)
-
هو التيار (بالأمبير)
الوحدة: واط (W)
5. قانون أوم (Ohm's Law)
قانون أوم هو قاعدة أساسية في الكهرباء تصف العلاقة بين الجهد والتيار والمقاومة في الدائرة الكهربائية. ينص القانون على أن:
حيث:
-
هو الجهد (بالفولت)
-
هو التيار (بالأمبير)
-
هو المقاومة (بالأوم)
6. الدائرة الكهربائية (Electric Circuit)
الدائرة الكهربائية هي مسار مغلق يُسمح فيه للتيار الكهربائي بالتدفق. يمكن أن تتضمن الدائرة الكهربائية مصدر طاقة (مثل البطارية أو المولد) ومكونات كهربائية (مثل المقاومات، المكثفات، الترانزستورات) وأجهزة للاستخدام (مثل المصابيح أو المحركات).
7. الطاقة الكهربائية (Electric Energy)
الطاقة الكهربائية هي الطاقة التي يتم نقلها عبر تيار كهربائي. يُقاس استهلاك الطاقة بالكيلوواط ساعة (kWh)، وهي الوحدة التي تظهر في فواتير الكهرباء. تُحسب الطاقة الكهربائية باستخدام المعادلة:
حيث:
-
هو الطاقة (بالكيلوواط ساعة أو جول)
-
هو القدرة (بالواط أو كيلوواط)
-
هو الزمن (بالساعات)
8. المكثف (Capacitor)
المكثف هو مكون كهربائي يستخدم لتخزين الشحنة الكهربائية. يتم تخزين الطاقة في المجال الكهربائي بين لوحي المكثف، وعادة ما يستخدم في التحكم في التردد في الدوائر أو تخزين الطاقة قصيرة المدى.
9. المحول (Transformer)
المحول هو جهاز كهربائي يُستخدم لتحويل الجهد الكهربائي في التيار المتردد (AC) إلى مستوى أعلى أو أقل. يعتمد عمل المحول على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي ويمكن أن يكون محول رفع الجهد أو محول خفض الجهد.
10. الدارة القصيرة (Short Circuit)
الدارة القصيرة هي حالة تحدث عندما يتصل السلكان الموجب والسالب بشكل مباشر عبر مسار ذو مقاومة منخفضة، مما يتسبب في تدفق تيار كهربائي كبير. يمكن أن يؤدي هذا إلى تلف الأجهزة الكهربائية أو حتى نشوب حريق إذا لم يتم التحكم فيه بشكل صحيح.
11. التيار المتردد (AC) والتيار المستمر (DC)
-
التيار المتردد (AC): هو التيار الذي يتغير اتجاهه بشكل دوري. يتم استخدام التيار المتردد بشكل رئيسي في شبكات الكهرباء بسبب قدرته على السفر لمسافات طويلة بكفاءة.
-
التيار المستمر (DC): هو التيار الذي يسير في اتجاه واحد فقط، مثل الكهرباء التي تأتي من البطاريات.
12. الفيوز (Fuse)
الفيوز هو جهاز حماية يُستخدم لحماية الدوائر الكهربائية من تيارات الزائد. يتكون الفيوز من سلك رقيق يذوب ويقطع الدائرة إذا تجاوز التيار الحد المسموح به.
13. المحرك الكهربائي (Electric Motor)
المحرك الكهربائي هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. يعتمد المحرك الكهربائي على مبدأ الحقل المغناطيسي لإنتاج حركة ميكانيكية.
14. فرق الجهد (Potential Difference)
فرق الجهد هو الفرق بين الجهد في نقطتين مختلفتين في الدائرة الكهربائية. يكون هذا الفرق هو العامل الذي يدفع الإلكترونات للتحرك عبر الدائرة.
خلاصة
هذه بعض من المفاهيم الأساسية التي تشكل أساساً لفهم الكهرباء وأنظمتها. من خلال هذه المفاهيم، يمكننا فهم كيفية عمل الدوائر الكهربائية والمكونات المختلفة التي تشكل الأنظمة الكهربائية في المنازل والصناعات.