ملخص التيار الكهربائي والمقاومة، الفيزياء

أناقش:

• شدة التيار الكهربائي: معدل تدفق الشحنة الكهربائية بالنسبة للزمن.
• فإذا كانت كمية الشحنة الكلية ($\Delta Q$) التي تعبر المقطع في فترة زمنية ($\Delta t$)، فإن شدة التيار الكهربائي ($I$): $I = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \quad (4-1)$
• هو اتجاه حركة الشحنات الكهربائية الموجبة من منطقة الجهد المرتفع إلى منطقة الجهد المنخفض في الدارة الكهربائية،
• ومن القطب الموجب للبطارية إلى قطبها السالب خلال السلك، ويطلق على هذا التيار: التيار الاصطلاحي.

السرعة الانسياقية:

• السرعة الانسياقية: وتعرف السرعة الانسياقية: بمتوسط سرعة الشحنات الحرة التي تشكل التيار الكهربائي في موصل.
• تحتوي الموصلات الفلزية على الإلكترونات الحرة، وتتحرك الإلكترونات الحرة كالسائل بين ذرات المادة الفلزية.
• وحركتها في الموصل تشبه حركة جزيئات الغاز المحصور، تتحرك حركة عشوائية في جميع الاتجاهات بسرعة ($1 \times 10^6 \text{ m/s}$)، دون أن يحصل لها إزاحة محددة باتجاه ما، كما في الشكل ⁦(4-2-a)⁩.
• فعند وصل طرفي الموصل بمصدر فرق جهد (مثل البطارية)، ينشأ مجال كهربائي داخل السلك وبموازاته،
• وهذا بدوره يؤثر بقوة في الإلكترونات الحرة في الموصل باتجاه معاكس لاتجاه المجال،
• فيتولد عن حركة الإلكترونات بعكس اتجاه المجال تيار كهربائي مستمر يسمى بـالتيار الإلكتروني.
• وبذلك فإن مقدار شدة التيار الكهربائي المار في السلك يساوي: $I = \frac{\Delta Q}{\Delta t} = A v_d n_e q_e = n_e A v_d q_e \quad (4-2)$

2-4 المقاومة الكهربائية وقانون أوم

• قانون أوم: التيار الكهربائي المار في موصل فلزي يتناسب طردياً مع فرق الجهد بين طرفيه عند ثبوت درجة حرارته، وتُعرف هذه النتيجة بقانون أوم التجريبي، أي أن:
• $V = RI \quad (4-3)$
• بوصله بين نقطتين فرق الجهد بينهما معلوم $\Delta V$،
• وبقياس شدة التيار الكهربائي المار فيها ($I$)،
• وبقسمة فرق الجهد على شدة التيار، نحصل على مقدار مقاومة الموصل. أي أن: $R = \frac{V}{I}$

الأثر الحراري للتيار الكهربائي:

• قانون جول: والمعادلة $P = I^2 R$ تمثل الصيغة الرياضية لقانون جول الذي ينص على أن (معدل كمية الحرارة المتولدة في مقاومة فلزية ثابتة تتناسب طردياً مع مربع شدة التيار المار فيها).
• فإن طاقة الوضع للشحنات تقل باستمرار، ويكون شغل قوة المجال موجباً،
• ويتحول هذا النقص في طاقة الوضع الكهربائية (شغل قوة المجال) إلى أشكال أخرى حرارية، أو ضوئية، أو كيميائية، وغيرها.
• وبما أن الشغل المبذول في نقل شحنة بين نقطتين في مجال كهربائي يساوي ($Q V$)، فإن القدرة الكهربائية: $P = \frac{Q V}{t} \quad (4-8)$

طرق توصيل المقاومات

• في كثير من الأحيان يتطلب توصيل عدة مقاومات في الدارة الكهربائية، لتثبيت مقدار التيار، أو لتجزئة التيار بين عدة مقاومات، أو لتقليل الجهد، أو لتوزيعه.
• ويتم توصيل المقاومات في الدارات الكهربائية على التوالي أو التوازي أو كليهما معاً.