ما هي أنواع التيار؟ وكيف يتولد الحقل المغناطيسي؟

1 إجابة واحدة

تحتوي المواد الموصلة على إلكتروناتٍ حرّةٍ، تنتقل من ذرةٍ إلى أخرى عند تطبيق التباينات المحتملة عليها. يسمى هذا التدفق للإلكترونات في دارةٍ مغلقةٍ بالتيار، ويُصنّف التيار الكهربائي على أساس اتجاه حركة الإلكترونات في دارةٍ مغلقةٍ بشكلٍ رئيسيٍّ إلى نوعين، هما التيار المستمر أو المباشر ((Direct current (DC)، والتيار المتناوب ((alternative current (AC).

التيار المباشر: يتدفق بشكلٍ دائمٍ في اتجاه واحدٍ عبر الدارة الكهربائية، وهنا لديك حالتان، أولهما هي حالة الوصل ومرور التيار الكهربائي، وفيها تنتقل الإلكترونات ضمن الدارة من القطب السالب للبطارية إلى القطب الموجب، وتندفع جميعها في نفس الاتجاه على طول السلك.

أمّا في حالة الفصل، وتوقّف مرور التيار الكهربائي عبر السلك، فتتحرّك الإلكترونات في السلك بسرعةٍ تصل إلى 600 ميل (1000 كيلومتر) في الثانية، ولكن في اتجاهاتٍ عشوائيةٍ؛ لأن السلك لديه درجة حرارةٍ محدودةٍ، وبما أنّ الإلكترونات تتحرك باتجاهاتٍ قد تكون متعاكسة، يتحرك أحدها للأمام، وآخر للخلف، على طول السلك، فلا يتم نقل أيّ شحنةٍ صافيةٍ على طول السلك، وتصل سرعة الإلكترونات على طول السلك لأقلّ من بوصةٍ (بضعة مليمترات) في الثانية، لذلك يستغرق الإلكترون الواحد وقتًا طويلاً للوصول إلى جميع أنحاء الدارة، فتصطدم الإلكترونات ببعضها البعض -مثل الدومينو- وهناك تحوّلٍ صافٍ في الشحنات الكهربائية حول الدارة التي يمكن أن تحدث بسرعاتٍ تصل إلى سرعة الضوء.

التيار المتناوب: هوالتيار الذي يغير اتجاهاته بشكلٍ دوريٍّ، كما يتغير حجمه وقطبيته مع الوقت، ففيه تتحرك الإلكترونات الحرة (الشحنة الكهربائية) إلى الأمام، وكذلك يتحرك بعضها متراجعًا للخلف، كما يختلف تردد (frequency) التيار المتناوب وفقًا للبلد بين  50 إلى 60 هرتز، فيتحول بواسطة المحول من القيمة العالية إلى القيمة المنخفضة والعكس بالعكس؛ وبالتالي، يُستخدم بشكلٍ رئيسيٍّ في النقل والتوزيع.

توفر المنافذ في منازلنا تيارًا متناوبًا، تغير فيه الإلكترونات اتجاهها 60 مرة كلّ ثانيةٍ، ولا تهتم الأجهزة الكهربائية التي نستخدمها بالاتجاه الذي تتحرك فيه الإلكترونات، لأن نفس كمية التيار تتدفق عبر الدارة بغض النظر عن اتجاهه.

هناك علاقةٌ قويةٌ بين الكهرباء والمغناطيسية، حيث تولّد الحقول المغناطيسية عن طريق تحريك الجسيمات المشحونة، فلوحظ أنّ الإلكترونات التي تتحرّك عبر السلك تخلق مجالًا مغناطيسيًا لم يكن موجودًا عند إيقاف التيار، فتخلق الإلكترونات مجالاتٍ مغناطيسيةٍ فقط عندما تتحرك، هذا يعني أن لديك مغناطيسًا فعالًا يمكن تشغيله وإيقافه بنقرة مفتاح.

أي يتمّ إنشاء الحقول المغناطيسية عن طريق تدوير الشحنات الكهربائية، حيث تمتلك الإلكترونات خاصية الزخم الزاوي أو الدوران، وتميل إلى تكوين أزواجٍ تدور باتجاهاتٍ متعاكسةٍ، فتتعاكس مجالاتها المغناطيسية وفقًا لمبدأ استبعاد باولي، الذي ينصّ على أنه لا يمكن لإلكترونين أن يشغلا نفس حالة الطاقة في نفس الوقت، في هذه الحالة تكون مجالاتها المغناطيسية في اتجاهين متعاكسين، لذا فإنها تلغي بعضها البعض. ومع ذلك، تحتوي بعض الذرات على إلكترونٍ واحدٍ أو أكثر من الإلكترونات التي يمكن أن ينتج دورانها مجالًا مغناطيسيًا، يتحدد اتجاهه باتجاه دوران الإلكترون.

الحقول المغناطيسية ثنائية القطب، تمتلك قطبين مغناطيسيين متعاكسين ومتجاذبين، شماليٌّ وجنوبيٌّ، الأمر الذي يمنح الحقل المغاطيسي شكلًا حلقيًا أو على شكل كعكةٍ، حيث ينتشر اتجاه المجال إلى الخارج من القطب الشمالي ويدخل عبر القطب الجنوبي.

وفقًا لما سبق، يمكنك اعتبار الأرض ذاتها مغناطيسًا عملاقًا، فتمتلك حقلًا مغناطيسيًا ينتج عن تدوير التيارات الكهربائية داخل القلب المعدني المنصهر.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي أنواع التيار؟ وكيف يتولد الحقل المغناطيسي؟"؟