الدائرة الكهربائية بشكل عام :

الدائرة الكهربائية تنتج دائرة كهربائية عن طريق توصيل عدة أجهزة ثنائية الأقطاب مع بعضها بحيث تكون شبكة مغلقة حتى تعمل. ولتبسيط ذلك نأخذ دائرة بسيطة تتكون من بطارية ومصباح ومفتاح. عند غلق الدائرة تلاحظ إضاءة المصباح وذلك بسبب مرور تيار كهربائي.

سميت الدائرة الكهربائية بـِدائرة لأن تيار كهربائي لا يسري في الدائرة إلا إذا كانت الدائرة مغلقة مثل الدائرة. وسميت بـِكهربائية لأن عملها يعتمد على الكهرباء.

• الشحنة الكهربائية :

ما هي الشحنة الكهربائية؟ يعرف الإنسان الظواهر التي تتعلّق بالشحنات الكهربائية منذ آلاف السنين. لكن ما هي الشحنة الكهربائية حقًّا؟ بما أنّه لا يمكننا رؤية الشحنة الكهربائية أو الشعور بها بإحدى حواسّنا، يجد الكثيرون صعوبة في الإجابة عن هذا السؤال. ينسبون شحنة كهربائية للجسيمات الصغيرة، كالإلكترونات والبروتونات التي لا يمكن رؤيتها.

الشحنة الكهربائية، كالطول والزمن والكتلة، هي مقدار أساسي لا يمكن تعريفه بواسطة مقادير أخرى، أساسية أكثر. في حالة الطول مثلاً، من المعتاد تعريفه حسب طريقة القياس (تعريف عملي): الطول هو ما نقيسه بالمسطرة. وكما يمكن تعريف الطول حسب طريقة قياسه، كذلك الشحنة الكهربائية: يمكن تعريف الشحنة الكهربائية بواسطة قياس انحراف العقرب في جهاز الإلكتروسكوب (إلكترو= كهرباء؛ سكوب= رؤية، أي- “مبيّن الشحنة الكهربائية”).

• المادّة الموصلة

• الموادّ الموصلة هي الموادّ التي جزء من الشحنات الكهربائية التي داخلها تكون حرّة نسبيًا، بحيث يمكنها التحرّك والانتقال من مكان إلى آخر داخل المادّة عندما تؤثّر عليها قوى كهربائية، لذلك تمكّن الموادّ الموصلة مرور التيّار الكهربائي. على سبيل المثال، الفلزّات هي موادّ موصِلة لأنّه تتواجد في ذرّات العناصر الفلزّية إلكترونات حرّة (تنفصل عن الذرّة بسهولة بسبب الجذب الضعيف القائم بينها وبين البروتونات)، التي يمكنها أن تتحرّك بحرّية في الفلزّ. أمثلة أخرى لموادّ وأجسام موصِلة: الجرافيت، جسم الإنسان، الكرة الأرضية.

المواد العازله :

الموادّ العازلة هي موادّ لا تستطيع فيها الشحنات الكهربائية التحرّك بحرّية بتأثير القوى الكهربائية (إلاّ إذا كانت هذه القوى شديدة للغاية). في الذرّات التي تركّب الموادّ العازلة لا توجد إلكترونات حرّة، ولذلك هذه الموادّ لا تمرّر تيّارًا كهربائيًا.

حركة الالكترونات الحرة :

هناك تسلسل لموادّ تمرّر شحنات بشكل جزئي، ولذلك التوصيل الكهربائي هو صفة متسلسلة.

هناك حركة معيّنة للشحنات في الموادّ العازلة أيضًا (على سبيل المثال في أعقاب حثّ كهروستاتي)، ولكنّها قليلة للغاية بالمقارنة مع حركة الشحنات الحرّة في الموادّ الموصلة.

هناك أيضًا موادّ تسمّى شبه موصلة التي تتمتّع بصفات بينية، بين الموادّ الموصلة والموادّ العازلة.

الإلكترونات الحرّة التي انفصلت عن الذرّة لا تنفصل عن الجسم الفلزّي. تتواجد في حركة دائمة (عشوائية) بين الذرّات التي تركّب المادّة الفلزّية الموصلة. تحدث هذه الحركة طوال الوقت وتتأثّر بدرجة حرارة المادّة الموصلة. كلّما كانت درجة الحرارة أعلى ازدادت سرعة الحركة.

• التيّار الكهربائي:

التيّار الكهربائي هو ظاهرة سريان شحنات عبر مادّة موصلة.

في حالة الموصِل الفلزّي، التيّار الكهربائي هو حركة إلكترونات حرّة باتّجاه واحد.

في حالة المحاليل، التيّار الكهربائي هو نتيجة حركة الأيونات الموجبة إلى الإلكترودة السالبة وَ/ أو الأيونات السالبة إلى الإلكترودة الموجبة.

شدة التيار:

شدّة التيّار هي كمّية الشحنة الكهربائية التي تمرّ عبر مقطع المادّة الموصلة خلال وحدة زمن واحدة. في السلك الموصل نتحدّث عن عدد الإلكترونات التي تمرّ في كلّ ثانية عبر مساحة مقطع المادّة الموصلة. كلّما كانت وتيرة مرور الإلكترونات في الموصل (عدد الإلكترونات في الثانية) أكبر ازدادت شدّة التيّار. تتعلّق شدّة التيّار بالمصدر (المزوِّد الكهربائي/ البطّارية)، لكن أيضًا بمركِّبات الدائرة الكهربائية وبطريقة توصيلها.

من المهمّ التشديد على أنّ شدّة التيّار لا تدلّ على الكمّية الكلّية للشحنة التي مرّت في الموصل، لأنّ كمّية الشحنة تتعلّق أيضًا بالمدّة الزمنية للسريان.

• اتّجاه التيّار في الدائرة الكهربائية :

تسري الإلكترونات في الدائرة الكهربائية باتّجاه واحد فقط، يتحدّد من قِبل البطّارية. بيّنت التجارب أنّ اتّجاه سريان الإلكترونات من خارج البطّارية هو من القطب السالب للبطّارية، عبر الموصلات، إلى قطبها الموجب. رغم ذلك، من المتّبع وصف اتّجاه التيّار في الدائرة الكهربائية من القطب الموجب إلى السالب، أي بعكس اتّجاه سريان الإلكترونات. هذا قرار اعتباطي، الذي دلالته هي الاتّجاه الذي كان ستتحرّك به الشحنة الموجبة في الدائرة الكهربائية (من جهد عالٍ إلى جهد منخفض).

تلخيص

اما العوامل التي يعتمد عليها المجال المغناطيسي الناشئ حول سلك مستقيم يحمل تيار كهربائي