شارح الدرس: التيار الكهربي العلوم

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نتعرَّف على التيار الكهربي، وكيف نحدِّد اتجاه التيار الكهربي في الدائرة.

التيار الكهربي هو تدفُّق الشحنة الكهربية. تذكَّر أن الشحنة الكهربية تتولد من الأجزاء المختلفة للذرة، كما هو موضح بالأسفل.

تتشكَّل النواة من البروتونات الموجبة الشحنة، الموضَّحة باللون الوردي، والنيوترونات المتعادلة الشحنة، الموضَّحة باللون الأخضر. أما الإلكترونات السالبة الشحنة، الموضَّحة باللون الأزرق، فتقع خارج النواة.

التيار الكهربي هو تدفُّق الشحنة الكهربية عبر موصِّل كهربي. الموصِّل الكهربي هو سلك مصنوع من أحد الفلزات، مثل النحاس أو الحديد أو الفضة.

عند التحدث عن تدفُّق الشحنة الكهربية، نعني بذلك الإلكترونات التي تتحرك عبر السلك. فالبروتونات والنيوترونات تظل ثابتة في موضعها. وعندما نتحدث عن التيار الكهربي، فإننا نعني تدفُّق الإلكترونات التي تتحرك في الاتجاه نفسه وعلى طول المسار نفسه. يوضِّح الشكل الآتي سلكًا، تتحرك الإلكترونات عبْره.

تظل الإلكترونات دائمًا داخل السلك، حتى وإن كانت لا تتحرك. وإذا كانت الإلكترونات تتحرَّك، فهذا يعني أن شحنة كهربية تتدفَّق عبر السلك. ويُقصد بالتيار الكهربي الشحنة الكهربية التي تتدفق عبر السلك.

أما إذا كانت الإلكترونات موجودة داخل السلك لكنها لا تتحرك، فهذا يعني أنه لا يوجد شحنة كهربية تتدفَّق عبْره، وهذا ما يوضحه الشكل الآتي.

يجب أن تكون الإلكترونات في حالة حركة حتى يتولد تيار كهربي.

لنلقِ نظرة على مثال.

مثال ١: تحديد أي مكونات الذرة تتدفق عبر سلك

توضح الصورة الإلكترونات والنوى الذرية في مقطع من سلك نحاسي. تمثِّل الدوائر الزرقاء الإلكترونات، وتمثِّل الدوائر الحمراء النوى الذرية.

  1. عندما يمر تيار كهربي في السلك، هل تتحرك الإلكترونات عبر هذا السلك؟
    1. لا
    2. نعم
  2. عندما يمر تيار كهربي في السلك، هل تتحرك النوى الذرية عبر هذا السلك؟
    1. نعم
    2. لا

الحل

الجزء الأول

عندما يمر تيار كهربي في سلك، تتحرك الإلكترونات. إذا لم تتحرك الإلكترونات، فهذا يعني عدم مرور تيار كهربي.

إذن الإجابة هي ب: نعم، تتحرك الإلكترونات عبر السلك.

الجزء الثاني

عند مرور تيار كهربي، تظل النوى الذرية ثابتة في موضعها. وتتحرك الإلكترونات فقط عند مرور التيار الكهربي.

إذن إجابة الجزء الثاني هي ب: لا، لا تتحرك النوى الذرية عبر السلك.

تُقاس شدة التيار الكهربي بوحدة الأمبير. عليك تذكر الوحدات جيدًا. وعندما تكون شدة التيار المار في دائرة كهربية ٠ أمبير، فهذا يعني أن الإلكترونات لا تتحرك على الإطلاق.

عند التحدث تحديدًا عن حركة الإلكترونات في سلك، يمكننا الإشارة إليها بالتيار الفعلي، وتسمى أيضًا تدفُّق الإلكترونات.

وبما أن الإلكترونات سالبة الشحنة، فهي تتدفق في اتجاه الطرف الموجب للبطارية وتبتعد عن الطرف السالب، كما هو موضَّح في الشكل الآتي.

حركة الإلكترونات هي المسئولة عن تولُّد التيار الكهربي؛ ذلك لأن الجسيمات المشحونة الأخرى لا تتحرك.

لنلقِ نظرة على مثال.

مثال ٢: تحديد اتجاه تدفُّق الإلكترونات في دائرة كهربية

يوضِّح الشكل دائرة كهربية تحتوي على بطارية ومصباح.

في أيِّ اتجاه تتدفق الإلكترونات في الدائرة؟

  1. في اتجاه عقارب الساعة
  2. عكس اتجاه عقارب الساعة

الحل

تتدفق الإلكترونات في الدائرة الكهربية مبتعدة عن الطرف السالب للبطارية، وفي اتجاه الطرف الموجب.

الطرف القصير للبطارية أعلى هذه الدائرة يمثِّل طرفها السالب. والطرف الطويل للبطارية يمثل طرفها الموجب. ومن ثَم، فإن الإلكترونات في هذه الدائرة تتدفق عكس اتجاه عقارب الساعة، كما هو موضَّح في مخطط الدائرة الآتي.

إذن، الإجابة الصحيحة هي ب: عكس اتجاه عقارب الساعة.

على الرغم من أن الاسمين متشابهان إلى حد كبير، فإن التيار الفعلي يختلف عن التيار الكهربي. فالتيار الفعلي يُقصد به تدفُّق الإلكترونات عبر السلك، أما التيار الكهربي فيُقصد به تدفُّق حاملات الشحنة الكهربية عبر السلك.

لم يَكتشف العلماء في الماضي حقيقة تدفُّق الإلكترونات في الدائرة الكهربية عند وجود تيار كهربي. وعندما كتب هؤلاء العلماء عن تدفُّق الشحنة الكهربية، وافترضوا أن تدفُّق الشحنة الكهربية ناتج عن جسيمات موجبة شحنة.

هذا يعني أنهم حددوا بأن اتجاه حاملات الشحنة الكهربية من الطرف الموجب إلى الطرف السالب للبطارية. ويوضح الشكل الآتي هذا النوع من التيار الكهربي.

ما يزال الاصطلاح الذي وَضَعه العلماء مستخدَمًا اليوم لوصف الاتجاه الافتراضي للتيار الكهربي. ويسمى هذا الاتجاه الافتراضي للتيار بالتيار الاصطلاحي.

يَتخذ التيار الاصطلاحي اتجاهًا معاكسًا للتيار الفعلي؛ لأنه يفترض وجود حاملات للشحنة الموجبة. في واقع الأمر، لا تتدفق الشحنات الكهربية الموجبة على الإطلاق؛ فهي ليست إلا شحنات وهمية. فقط الإلكترونات هي التي تتحرك في أيِّ سلك. يَعرض الشكل الآتي مقارنةً بين التيار الاصطلاحي والتيار الفعلي.

يشير التيار الفعلي، أو تدفُّق الإلكترونات تحديدًا، إلى اتجاه تدفق الإلكترونات. أما التيار الكهربي، فهو مصطلح أعم؛ لأنه يشير إلى تدفُّق حاملات الشحنة، ويحدِّد افتراضيًّا اتجاه التيار الاصطلاحي.

دعونا نلقِ نظرة على بعض الأمثلة.

مثال ٣: تحديد اتجاه التيار الاصطلاحي بمعلومية اتجاه تدفُّق الإلكترونات

توضح الصورة الإلكترونات والنوى الذرية في مقطع من سلك نحاسي. تمثِّل الدوائر الزرقاء الإلكترونات، وتمثل الدوائر الحمراء النوى الذرية. يمر تيار كهربي في السلك، وتتحرك الإلكترونات الموجودة فيه إلى اليمين.

ما اتجاه التيار الاصطلاحي المار في السلك؟

  1. إلى اليمين
  2. إلى اليسار

الحل

تتدفق الإلكترونات السالبة الشحنة الموضَّحة على الشكل في اتجاه اليمين، لكن التيار الاصطلاحي يَفترض أن حاملات الشحنة موجبة.

وهذا يعني أن التيار الاصطلاحي سيتخذ اتجاهًا عكس اتجاه الإلكترونات. أي إنه سيتجه إلى اليسار، بما أن الإلكترونات تتدفق إلى اليمين.

إذن، الإجابة الصحيحة هي ب: إلى اليسار.

مثال ٤: تحديد اتجاه التيار الاصطلاحي في دائرة كهربية

يوضِّح الشكل دائرة كهربية تحتوي على بطارية ومصباح.

ما اتجاه التيار الاصطلاحي المار في الدائرة؟

  1. في اتجاه عقارب الساعة
  2. عكس اتجاه عقارب الساعة

الحل

يتبع التيار الاصطلاحي في أيِّ دائرة كهربية اتجاهًا يَفترض أنه محمول بواسطة حاملات شحنة موجبة. وهذا يعني أن هذه الشحنات تتدفق من الطرف الموجب للبطارية إلى الطرف السالب.

يشير الطرف الموجب للبطارية، أيِ الطرف الطويل، إلى أسفل. ومن ثَم، تتدفق الشحنات الموجبة عكس اتجاه عقارب الساعة، ما يعني أن الإجابة الصحيحة هي ب.

سواء كانت حاملات الشحنة هي الشحنة الموجبة الوهمية في التيار الاصطلاحي، أو الإلكترون في التيار الفعلي، فلا بد أن تتدفق الشحنة حتى يتولد تيار كهربي.

ولا يهم مقدار الشحنة الموجودة، ما يهم فقط هو أنها في حالة حركة. يوضح الشكل الآتي دائرتين تحتوي إحداهما على عدد من الإلكترونات أكثر من الأخرى.

يمر في الدائرتين تيار شدته ٠ أمبير عندما تكون الإلكترونات في حالة سكون، بغض النظر عن عدد الإلكترونات.

عندما ينخفض شدة التيار المار في الدائرة، فإن الإلكترونات لا تُستهلَك. إذ تظل جميع الإلكترونات كما هي، لكنها تتحرك حركة أبطأ فحسب. وعندما تنخفض شدة التيار إلى الصفر، فهذا يعني أن الإلكترونات قد توقفت عن الحركة تمامًا. يوضِّح الشكل الآتي الإلكترونات التي تتدفق عبر مصباح، ما يؤدي إلى تشغيله وإضاءته.

عندما تتدفق الإلكترونات عبر المصباح، لا يستهلكها المصباح أو يتسبب في تلاشيها. فحركة الإلكترونات هي التي تسبِّب إضاءة المصباح، أيْ إنه كلما قلَّت سرعة الإلكترونات، خَفَتَ ضوءُ المصباح. أما إذا تَوقَّفَت الإلكترونات تمامًا عن الحركة، فلن يضيء المصباح على الإطلاق.

دعونا نلقِ نظرة على بعض الأمثلة.

مثال ٥: وصْف عدد الإلكترونات في دائرة كهربية بعد توصيلها

يوضح الشكل دائرة كهربية تحتوي على بطارية ومصباح. وُصِّلت الدائرة على طاولة وتُرِكَت لمدة ساعة واحدة.

بنهاية الساعة، هل توجد إلكترونات أكثر أم أقل أم نفس عدد الإلكترونات في أسلاك الدائرة مقارنةً بعددها عند بداية الساعة؟

  1. توجد إلكترونات أكثر في الأسلاك.
  2. توجد إلكترونات أقل في الأسلاك
  3. يوجد نفس عدد الإلكترونات في الأسلاك.

الحل

عندما تكون الدائرة الكهربية موصَّلة، تتدفق الإلكترونات عبْرها، ما يؤدي إلى تشغيل المصباح أثناء تحرُّكها.

تسبِّب حركة الإلكترونات إضاءة المصباح. وعلى مدار ساعة واحدة، قد تتباطأ حركة بعض الإلكترونات مقارنةً بسرعتها لحظة تشغيل المصباح، لكن يظل عدد الإلكترونات الكلي في الدائرة كما هو.

ومن ثَم، بنهاية الساعة بعد تشغيل المصباح، يظل عدد الإلكترونات في الأسلاك كما هو. إذن الإجابة الصحيحة هي ج.

مثال ٦: تحديد سبب انخفاض إضاءة مصباح

يوضح الشكل دائرة كهربية تحتوي على بطارية ومصباح. وُصِّلت الدائرة على طاولة وتُرِكَت لمدة ساعة واحدة.

خلال تلك الساعة، بدأ ضوء المصباح يَخْفُت تدريجيًّا. أيُّ العبارات الآتية تُفسِّر سبب ذلك تفسيرًا صحيحًا؟

  1. يقل عدد الإلكترونات في البطارية بمرور الزمن، ومن ثم، يقل عدد الإلكترونات التي تتدفق في الدائرة.
  2. تقل كمية الطاقة في البطارية بمرور الزمن، ومن ثم، تقل كمية الطاقة التي يمكن أن يحوِّلها المصباح إلى ضوء.

الحل

عند توصيل الدائرة الكهربية، تتدفق الإلكترونات عبْرها، ما يؤدي إلى تشغيل المصباح أثناء تحرُّكها.

وعندما يَخْفُت ضوء المصباح، لا يكون ذلك بسبب انخفاض عدد الإلكترونات في الدائرة، وإنما بسبب انخفاض عدد الإلكترونات المتحركة التي تشغِّل المصبح ليس إلا. بعبارة أخرى، يظل عدد الإلكترونات في الدائرة كما هو.

ولأن طاقة البطارية تنفد ببطء، فإنها تفقد قدرتها على دفع نفس العدد من الإلكترونات عبر السلك، ومن ثَم، عبر المصباح. إذن الإجابة الصحيحة هي ب.

هيا نلخص ما تعلمناه في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • التيار الكهربي هو تدفُّق الشحنة الكهربية، ويُقاس بوحدة الأمبير.
  • يَفترض التيار الاصطلاحي أن حاملات الشحنة موجبة، ما يعني أنها تتدفق مبتعدةً عن الطرف الموجب ومتجهةً إلى الطرف السالب.
  • يُقصد بالتيار الفعلي التدفق الفعلي للإلكترونات، التي تتدفق في الاتجاه المعاكس للتيار الاصطلاحي.
  • لا تفنى الإلكترونات ولا تُستهلك في الدائرة الكهربية عندما لا يوجد تيار كهربي؛ وإنما تتوقف عن الحركة فقط.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.