هل لك أن تتخيل حياتك دون كهرباء؟ تعتبر الكهرباء من أهم اختراعات العصر الحالي نظرًا لأهميتها في حياة الإنسان، وهي مجموعةٌ من المظاهر الفيزيائية المرتبطة بوجود الشحنات الكهربائية، والتي تمثل بحركتها المستمرّة المباشرة أو المتناوبة بما يسمى التيار الكهربائي.

مفهوم التيار الكهربائي

التيار الكهربائي من أحد المفاهيم الأساسية في العلوم الإلكترونية والكهربائية وهو جوهر علم الكهرباء، فهو عبارة عن حركة تدفق مجموعةٍ من الإلكترونات بشكلٍ واتجاهٍ محددٍ، وهو حالة تفريغٍ مفاجئ للكهرباء الساكنة كالبرق مثلًا، يتم شحن معظم هذه الشحنة الكهربائية بواسطة الإلكترونات السالبة والبروتونات الموجبة داخل الذرة، حيث تقوم الإلكترونات السالبة بنقل الشحنة في مادةٍ موصلةٍ من مكانٍ لآخرٍ ويمكن أن نشبه تدفق الإلكترونات في سلكٍ معدني بتدفق الماء في أنبوب حيث تبدأ المياه بالسريان لتصل لنهاية فوهة الأنبوب وتخرج من نهايته، وبنفس الطريقة تتدفق الإلكترونات داخل السلك المعدني، وتقاس شدة التيار الكهربائي بوحدة الأمبير.1

أنواع التيارات الكهربائية

  • هناك نوعان للتيار الكهربائي وهما:

التيار الكهربائي المستمر (Direct Current)

يرمز له بـ DC، وهو تيار يتدفق بشكلٍ منتظمٍ وثابتٍ من الاتجاه السالب للاتجاه الموجب، وهو ثابت الشدة، ويسير باتجاهٍ واحدٍ، ويمكن أن تتغير شدة التيار مع الوقت، ولكن اتجاهه يبقى ثابتًا في كل الأوقات.

يتم توليد هذا التيار بواسطة الخلايا الكهروضوئية غالبًا، وتوفره البطاريات بأنواعها، ويُستَخدم لتشغيل الأجهزة الكهربائية كالثلاجات وغسالات الصحون.2

فوائد التيار الكهربائي المستمر:

  1. قلة عدد التوصيلات المستخدمة فيه.
  2. مقاومته أقل من مقاومة التيار المتردد (المتناوب).
  3. انخفاض الجهد بشكل أقلّ نسبيًّا من التيار المتردد.
  4. قلة التداخل مع دوائر الاتصالات.
  5. انخفاض الضغط على الموصلات مما يتطلب عزلًا أقل.

سلبيات التيار الكهربائي المستمر:

  1. صعوبة توليده مع جهد عالٍ.
  2. لا يمكن زيادة الجهد الكهربائي (Voltage) لابسهولة لنقل الجهد العالي.3

التيار الكهربائي المتردد أو المتناوب (Alternatiing Current)

يرمز له بـ AC، وهو التيار الذي يتدفق بشكلٍ متناوبٍ، وهو متغير الشدة والاتجاه بشكل دوري؛ حيث يتغير اتجاهه تارةً من القطب الموجب إلى السالب، وتارةً من القطب السالب للقطب الموجب، وإنّ عدد المرات التي يغير فيها هذا التيار اتجاهه في ثانيةٍ واحدةٍ تسمى بتردد التيار المتناوب.

يمكن تمثيل هذا التيار بواسطة شكل بياني لموجةٍ قد تكون مربعة أو مثلثة، ولكن الأسهل هو الموجة الجيبية، وفي كل دورة كاملة لموجة جيبية نرى نصفًا موجبًا ونصفًا سالبًا.4

يستخدم هذا التيار لتوفير الطاقة في المنازل والمباني السكنية، ويتم توليده بواسطة مولدات، إما عن طريق الرياح أو البخار أو المياه، يتم استخدامه في المنازل لسهولة نقل وتوليد هذا التيار عبر مسافاتٍ طويلةٍ ففي الفولتية العالية (أكثر من 110 كيلوفولت) تكون خسارة الطاقة أقل في النقل المتناوب، أي أن ارتفاع فرق الكمون يؤدي لانخفاض شدة التيار، مما يؤدي لانخفاض الحرارة المتولدة في خط الطاقة بسبب المقاومة.5

فوائد التيار الكهربائي المتردد:

  • التوفير الناتج عن رخص تكاليف إنتاج التيار المتردد مقارنةً بالتيار المستمر.
  • سهولة صيانة الآلات المستخدمة في التيار المتناوب وبساطة تصميمها.
  • استخدامه لنقل طاقة التيار الكهربائي لمسافات طويلة.
  • سهولة التحويل من جهدٍ منخفضٍ لجهدٍ عالٍ أوالعكس باستخدام محول، مما يقلل من الخسائر عند النقل لمسافاتٍ طويلةٍ.
  • إنتاج عزم دوران أعلى في محركات التيار المتردد من محركات التيار المستمر.

أما سلبيات التيار الكهربائي المتردد:

  • خطورة استخدامه دون عزل لارتفاع قيمة الذروة الفولتية.
  • ارتفاع أجور نقله بالمقارنة مع التيار المستمر.
  • يمكن أن يسبب صعقًا كهربائيًّا مؤذيًا عند لمس نواقله غير المعزولة.
  • إمكانية تداخله مع إشارات الاتصال.6

المراجع