قوانين أساسية في الكهرباء

الموسوعة » فيزياء » قوانين أساسية في الكهرباء

لعلّ الكهرباء أكثر الاكتشافات التي أثرت في حياتنا وثقافتنا عبر التاريخ، فهي في كل مكان، نضيء طرقاتنا بها، نطبخ طعامنا عليها، لك أن تتخيل المجال الطبي أو الصناعي من دونها؟؟ لن يكون شيئًا ممكنًا بدونها، لذا تابع معنا القراءة للاطلاع على مجموعة قوانين أساسية في الكهرباء ساهمت في تطوّر عالمنا.

مفاهيم أساسية في الكهرباء

في البداية، يجب فهم بعض المفاهيم الأساسية التي تستند إليها تلك القوانين، ومنها:

  • التيار الكهربائي (I): يُعرف بأنّه حركة الإلكترونات والشحنات الكهربائية عبر موصل، يُقاس بوحدة الأمبير (Ampere) التي يُرمز إليها بالرمز (A).
  • الجهد الكهربائي (V): هو القوة المحركة الكهربائية التي تسبب حركة الإلكترونات والشحنات الكهربائية في الدارة، يُقاس بوحدة الفولت (Volt) التي يُرمز إليها بالرمز (V).
  • المقاومة الكهربائية (R): هي مقدار مقاومة تدفق التيار ضمن الدارة الكهربائية، تُقاس بوحدة الأوم (Ohm) التي يُرمز إليها بالحرف اليوناني أوميغا (Ω)، تفيد المقاومة في الحماية من طاقة الكهرباء الضارة.
  • الاستطاعة أو القدرة (P): وهي كمية استهلاك الطاقة، تقاس بوحدة الواط (Watt) نسبةً إلى العالم الفيزيائي جيمس واط، كل واحد واط هو العمل المُنجز عندما يُستخدم واحد فولت لتحريك أمبير واحد عبر الدارة الكهربائية.§

أهم المصطلحات المستخدمة في الدوائر الكهربائية

تُستخدم العديد من المصطلحات في صياغة قوانين الكهرباء الأساسية ونصوصها، لذا لا بدّ من أخذ لمحة سريعة على أهم هذه المصطلحات:

  • الدارة الكهربائية: عبار عن مسار مغلق موصل للتيار الذي يتدفق عبره، تتكون الدوائر عادةً من عناصر فعالة وعناصر غير فعالة.
  • المعاملات: هي العناصر المختلفة التي تتكون منها الدارة الكهربائية، مثل المقاومة والمكثف ومصدر الجهد وغيرها.
  • الدوائر الكهربائية الخطية: هي الدوائر التي تكون معاملاتها ثابتة مع مرور الوقت، أي لا تتغير مع تغير قيم الجهد والتيار وتخضع لقانون أوم.
  • الدوائر الكهربائية غير الخطية: هي الدوائر التي تتغير معاملاتها مع تغير التيار والجهد.
  • الدارة الخاملة: هي الدارة التي لا تحتوي على مصدر جهد.
  • الدارة النشطة أو الفعالة: هي الدارة التي تحتوي على مصدر جهد واحد أو أكثر.
  • العقدة: هي أي نقطة في الدارة تجمع بين عنصرين أو أكثر من عناصر الدارة.
  • الفرع: هو الجزء من الدارة الذي يقع بين عقدتين.
  • الحلقة: هي أي مسار مغلق في الدارة لا يوجد فيه أي عنصر أو عقدة.
  • الشبكة: هي عبارة عن حلقة لا تحتوي على حلقة أخرى بداخلها.§

قوانين أساسية في الكهرباء

قانون أوم

يحدد قانون أوم العلاقة بين الجهد والتيار والمقاومة في الدوائر الكهربائية، وهو من أكثر القوانين استخدامًا وشيوعًا في الكهربائيات والإلكترونيات، يُكتب بأكثر من طريقة وجميعها شائع الاستخدام:

  • التيار المتدفق عبر المقاومة يساوي الجهد المطبق على المقاومة مقسومًا على قيمة تلك المقاومة.

I = V / R

  • الجهد يساوي التيار المتدفق عبر المقاومة مضروبًا في قيمة تلك المقاومة.

V = I*R

  • المقاومة تساوي الجهد المطبق على المقاومة مقسومًا على التيار المتدفق خلالها.

R = V / I

من قانون أوم يمكن تحديد كمية الطاقة المُستهلكة في الدارة والتي تتبدد على شكل حرارة في أحد مكونات الدارة، ويفيد ذلك في اختيار العنصر ذو الحجم المناسب ليلائم الطاقة التي ستُصرف في الدارة وإن كان بحاجة لتبريد أو لا.

ويُعبر عن كمية الطاقة بالعلاقة التالية، ويسمى القانون بقانون الاستطاعة أو قانون واط:

P = I*V

قوانين كيرشوف

تُطبق قوانين كيرشوف قانون أوم في نظام متكامل، حيث يتبع كلا القانونين مبدأ حفظ الطاقة، ينص قانون كيرشوف الأول (قانون كيرشوف للتيار) على أنّ المجموع الجبري لجميع التيارات الكهربائية الداخلة إلى عقدة ما في الدارة يساوي إلى مجموع التيارات الخارجة منها.

فيما ينص قانون كيرشوف الثاني (قانون كيرشوف للجهد) على أنّ المجموع الجبري لجميع الجهود الكهربائية الموجودة في حلقة مغلقة يجب أن يساوي صفرًا.§

قانون فاراداي

هو علاقة أساسية تُلخص الطرق التي يمكن اتباعها لتوليد جهد كهربائي ضمن حقل مغناطيسي متغير مكون من مجموعة من الأسلاك الموصلة، سمّي القانون على اسم العالم الفيزيائي والكيميائي مايكل فاراداي.

قانون فاراداي

ينص القانون على أنّ الجهد الكهربائي المُستحث يساوي إلى سالب قيمة معدل تغير التدفق مقسومًا على معدل التغير الزمني مضروبًا بعدد دورات الملف، ويعبر عنها بالعلاقة التالية:

V = – N * (∆Φ/∆t)

حيث يمكن تغيير شدة التدفق إمّا عن طريق تغيير شدة الحقل المغناطيسي أو وتحريك المغناطيس باتجاه الملف أو بعيدًا عنه أو تحريك الملف داخل أو خارج الحقل المغناطيسي أو تدوير الملف بالنسبة للمغناطيس.§

896 مشاهدة