ما هو التيار الكهربائي المستمر

النظرية الإلكترومغنطيسية هي نظرية في الفيزياء التي تدرس التفاعل بين الكهرباء والمغناطيسية وتشمل بعض المفاهيم المهمة في الرياضيات التطبيقية، ومنها:

1. مفهوم الحقل الكهربائي: وهو الحقل الذي يحيط بالجسم المشحون كهربائياً، ويمكن استخدام الرياضيات لحساب القوة الكهربائية المؤثرة بين الجسم المشحون وجسم آخر.

2. مفهوم الحقل المغناطيسي: وهو الحقل الذي ينتج من تيار كهربائي المار في الموصل مثل السلك، ويمكن استخدام الرياضيات لحساب قوة المغناطيسية.

3. مفهوم الانتشار الكهرومغناطيسي: وهو الانتشار المنتظم لموجات كهرومغناطيسية مثل الإشعاع الكهرومغناطيسي، ويمكن استخدام الرياضيات لتحليل تلك الموجات وحساب معامل الانكسار والانعكاس.

4. مفهوم الموجات الكهرومغناطيسية: وهي موجات تنتشر في الفراغ وتشمل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والموجات الراديوية، ويمكن استخدام الرياضيات لحساب طاقة الموجات وتحليل نطاق الترددات.

بشكل عام، فإن النظرية الإلكترومغنطيسية تعتمد بشكل كبير على الرياضيات التطبيقية لتحليل وحساب الظواهر الفيزيائية.

يمكن حساب القوة الكهرومغناطيسية في الدوائر الكهربائية باستخدام القوانين الأساسية للكهرومغناطيسية في الفيزياء، وهي قانون كولوم وقانون أمبير وقانون فاراداي، ويمكن تطبيق هذه القوانين على التيارات الكهربائية وشحنات الكهربائية الموجودة في الدوائر الكهربائية. ويمكن حساب القوة الناتجة بين التيارات الكهربائية المارة في أسلاك موازية، أو في حلقات متعامدة، أو في مجالات مغناطيسية ناشئة عن تيارات كهربائية متغيرة بزمن، وتستخدم أدوات الحساب الرياضي التقليدية مثل الجبر والتفاضل والتكامل في الحسابات.

يؤدي الحث المتبادل في الدوائر الكهربائية إلى عدة تأثيرات، منها:

1- زيادة المقاومة الكهربائية: يؤدي التيار الكهربائي المار في ملفات الحث المتبادل إلى إنتاج حقل مغناطيسي، وهذا الحقل يؤدي إلى توليد جهد كهربائي في الملفات المجاورة. هذا الجهد الكهربائي يؤدي إلى تيار كهربائي في هذه الملفات المجاورة، ويزيد هذا التيار من مقاومتها الكهربائية.

2- تأثير على الجهد الكهربائي: يؤدي التغير في التيار الكهربائي المار في ملفات الحث المتبادل إلى توليد جهد كهربائي في الملفات المجاورة. وبالتالي، يؤدي ذلك إلى تأثير على الجهد الكهربائي في هذه الملفات.

3- تأثير على التوافق الكهربائي: قد يؤدي الحث المتبادل إلى تداخل في التوافق الكهربائي بين الأجهزة المختلفة لأن التيارات المارة في الملفات المختلفة قد تؤدي إلى توليد اضطرابات كهرومغناطيسية.

1- قانون كيرشهوف (Kirchhoff’s Law): ينص على أن مجموع التيارات المتدفقة إلى أي نقطة في دائرة كهربائية مغلقة تساوي مجموع التيارات المتدفقة من تلك النقطة.

2- قانون أوم (Ohm’s Law): ينص على أن الجهد (الفرق الكهربائي) بين نقطتين في دائرة كهربائية يساوي ضرب التيار المار في الدائرة بالمقاومة الكهربائية.

3- الدوائر الكهربائية المتوازية (Parallel Circuits): عندما تكون هناك عدة مسارات كهربائية متوازية في الدائرة، فإن التيار يتدفق عبر المسار الأقل مقاومة.

4- الدوائر الكهربائية السلسلية (Series Circuits): عندما تكون المنشآت الكهربائية متصلة بشكل متتالي، فإن التيار يمر من خلال كل منشأة على التوالي، وتتحكم المقاومة الإجمالية في تيار الدائرة.

5- السعة الكهروستاتيكية (Capacitance): تصف القدرة على تخزين الشحنات الكهربائية في الدوائر الكهربائية، وهي تتأثر بحجم المنشأة الكهربائية والمادة المستخدمة في تصنيعها.

6- الـمُستَقِلّ الكهربائي (Electric Inductance): يصف القدرة على توليد تيار كهربائي نتيجة للتغير في الشدة المغناطيسية في المنشأة الكهربائية، ويؤثر على تيار التيار الكهربائي المار في الدائرة.

توجد العديد من الطرق لتوليد الحرارة في الفيزياء الحرارية، وبعض هذه الطرق هي:

1- التحول الحراري: حيث يتم تغيير درجة حرارة المادة بالتحول من حالة إلى أخرى، وهذا النوع من توليد الحرارة يمكن أن يحدث بسبب التحويلات الفيزيائية أو الكيميائية في المادة.

2- التأثير الحراري: يحدث هذا النوع من توليد الحرارة عندما يتم إجراء عملية أو شغل بواسطة الطاقة، مثل الاحتكاك أو التحريك أو الضغط، ويمكن أن يحدث التأثير الحراري بسبب أي نوع من العمليات الميكانيكية.

3- تحليل الكيميائية: يحدث هذا النوع من التوليد عندما يتم تفاعل مادة كيميائية مع مادة أخرى، ويتم تحرير الحرارة كنوع من الطاقة المفرجة بمجرد حدوث التفاعل.

4- الطاقة المشعة: تتولد الحرارة أيضًا عندما تتعرض المادة للإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة الحمراء وغيرها، ويمكن للطاقة المشعة بمختلف المدى الطولي أن تولد حرارة في المواد.

5- الطاقة الكهربائية: يمكن للكهرباء أن تولد حرارة خلال مرورها عبر موصل، وتزداد حرارة الموصل مع زيادة قوة التيار الكهربائي المار فيه.

الترانزستور هو جهاز إلكتروني يستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية والمعدات، ومن بين استخداماته:

1- تحكم في المحركات الكهربائية: يمكن استخدام الترانزستور في تحكم سرعة المحركات الكهربائية، وذلك عبر تحويل تيار الكهرباء المستمر إلى تيار متردد.

2- الإضاءة: يمكن استخدام الترانزستور في تحكم الإضاءة، وذلك عبر تحويل تيار الكهرباء المستمر إلى تيار متردد.

3- المنظمات الكهربائية: يمكن استخدام الترانزستور في المنظمات الكهربائية لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر.

4- الحواسيب: يستخدم الترانزستور في صناعة الحواسيب، حيث يتم استخدامه في المعالجات المركزية والذاكرة العشوائية.

5- الإلكترونيات الصناعية: يمكن استخدام الترانزستور في الإلكترونيات الصناعية، وذلك لتحكم في الكميات الكهربائية المختلفة.

6- المحولات: يمكن استخدام الترانزستور في المحولات الكهربائية، حيث يمكن استخدامه لتحويل التيارات الكهربائية بين المحولات.

7- الأجهزة الطبية: يمكن استخدام الترانزستور في الأجهزة الطبية، وذلك لتحكم في الكميات الكهربائية المختلفة في الجهاز.

توجد العديد من المكونات الإلكترونية والأجهزة الكهربائية المهمة ومنها:

1- المقاومة (Resistor): وهي تستخدم لتقليل تيار الكهرباء المار في الدائرة الكهربائية.

2- الكابستور (Capacitor): وهو يستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية وتوفيرها للدائرة في وقت لاحق.

3- الترانزيستور (Transistor): وهو يستخدم لتحويل التيار الكهربائي من نوع إلى نوع آخر.

4- الدايود (Diode): وهو يستخدم للسماح بتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط.

5- المحول (Transformer): وهو يستخدم لتغيير الجهد الكهربائي من مستوى إلى آخر.

6- المحرك الكهربائي (Electric Motor): وهو يستخدم لتحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية.

7- المولد الكهربائي (Electric Generator): وهو يستخدم لتحويل الحركة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

8- الدارة المتكاملة (Integrated Circuit): وهي تستخدم لتجميع المكونات الإلكترونية في دائرة كهربائية صغيرة.

9- الليد (LED): وهو يستخدم لإصدار الضوء من خلال تيار كهربائي.

10- الشاشة الكريستالية (LCD): وهي تستخدم في العديد من الأجهزة الإلكترونية لعرض النص والصور.

هناك عدة معادلات تستخدم في قياس المغناطيسية الكهربائية، وتختلف حسب الحالة التي يتم فيها القياس والمتغيرات المعنية. ومن بين هذه المعادلات:

1- معادلة لورنتز (Lorentz equation): وهي معادلة تصف القوة المؤثرة على جسيم مشحون في مجال مغناطيسي، وتأخذ الصيغة التالية:

F = q(E + v × B)

حيث F هي القوة، q هي الشحنة، E هي القوة الكهربائية، v هي السرعة، و B هو المجال المغناطيسي.

2- معادلة فاراداي (Faraday’s law): وهي معادلة تصف الجهد الكهربائي المولد في ملف مغناطيسي عند تغير شدة المجال المغناطيسي، وتأخذ الصيغة التالية:

ε = -dΦ/dt

حيث ε هو الجهد الكهربائي، Φ هي التدفق المغناطيسي، و dt هو التغير الزمني.

3- معادلة أمبير (Ampere’s law): وهي معادلة تصف الشدة المغناطيسية الناشئة عن تيار كهربائي يمر في ملف مغناطيسي، وتأخذ الصيغة التالية:

∮B.dl = μI

حيث B هو الشدة المغناطيسية، dl هو عنصر الطول في المسار المغناطيسي، μ هي النسبة المئوية للمغناطيسية، و I هو التيار الكهربائي.

تعتمد محركات الكهرباء على التفاعل بين القوى الكهرومغناطيسية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية. وتشمل هذه المحركات على الأقل ملفين للتيار في مواضع مختلفة، يوجد بينهما مجال مغناطيسي، يؤدي التيار الكهربائي المار في هذه الملفات إلى إنتاج قوة حركية تدور بها العمود الدوار في المحرك. وهناك العديد من أنواع المحركات الكهربائية، ولكن كلها تعتمد على القوى الكهرومغناطيسية لعملها.

الكهرباء والمغناطيسية تعتمدان على الخصائص الفيزيائية للشحنات الكهربائية والمغناطيسية وتتضمن الأسس العلمية التالية:

1- قانون كولوم: يصف علاقة القوة الكهروستاتية بين شحنتين كهربائيتين.

2- الحقل الكهربائي: يصف القوة الناتجة عن وجود شحنة كهربائية معينة في مكان ما وكيفية تأثير هذه القوة على الشحنات الأخرى.

3- الحقل المغناطيسي: يصف القوة الناتجة عن وجود مجال مغناطيسي وكيفية تأثير هذه القوة على الأقطاب المغناطيسية الأخرى.

4- قانون فاراداي للحث: يصف كيفية تولد تيار كهربائي في دائرة كهربائية نتيجة تغير مجال مغناطيسي.

5- قانون أوم: يصف علاقة الجهد الكهربائي وتيار الكهرباء في دائرة كهربائية.

6- قانون بيوت-سافارت: يصف العلاقة بين التيار الكهربائي المار في دائرة مغناطيسية والمجال المغناطيسي الذي يتولد حولها.

7- الكهرومغناطيسية: تشير إلى العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية وتتضمن مثلًا الطريقة التي تنتج بها الأجهزة الكهربائية المجالات المغناطيسية لبث الإشارة الكهرومغناطيسية.