نبذة تعريفية عن الدائرة الكهربائية وآلية عملها

1998 موسوعة الكويت العلمية للأطفال الجزء التاسع

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الدائرة الكهربائية آلية عمل الدارة الكهربائية الفيزياء

يمكنك أن تجعل مصباحا كهربائيا صغيرا يضيء إذا وصلته بقطبي خلية كهربائية جافة، أو بطارية، بواسطة سلك من مادة جيدة التوصيل للكهرباء، مثل النحاس.

إن ما عملته الآن هو "دائرة كهربائية" بسيطة مكونة من بطارية ومصباح كهربائي.

ويستخدم عادة مفتاح كهربائي لقطع التيار الكهربائي في الدائرة الكهربائية أو توصيله.

 

عند غلق الدائرة، يسخن السلك الرفيع (الفتيلة) داخل المصباح ويتوهج لأنه يقاوم سريان التيار الكهربائي. 

ويعمل ذلك على تحويل جزء من الطاقة الكهربائية التي تولدها البطارية إلى طاقة حرارية وضوء. وكلما كان السلك أدق وأرفع كانت مقاومته لسـريان التيار الكهربائي أكبر.

وتقاس المقاومة الكهربائية لمادة ما بوحدة تسمى "الأوم"، نسبة إلى عالم الفيزياء الألماني جورج سيمون أوم (1789 – 1854) صاحب القانون المعروف باسمه لحساب المقاومة في الدوائر الكهربائية.

 

ويستخدم لذلك جهاز يسمى أوميتر. ويقاس جهد البطارية، أو قوتها الدافعة الكهربائية، بوحدة الڨولت، نسبة إلى العالم الإيطالي أليساندرو ڨولتا (1745 – 1827)، ويستخدم لهذا الغرض جهاز يسمى ڨولتميتر.

أما شدة التيار الكهربائي المار في الدائرة الكهربائية فتقاس بوحدة الأمبير، نسبة إلى العالم الفرنسـي أندريه أمبير (1775 – 1836) وذلك بواسطة جهاز يسمى أميتر.

وتعتبر المقاومة الكهربائية من العناصر الأساسية التي تستخدم في نظم توصيل الدوائر الكهربائية لتجزيء التيارات والجهود.

 

فعند توصيل مصباحين جنبا إلى جنب بطرفي بطارية، يقال إنهما يمثلان مقاومتين متصلتين "على التوالي".

وفي هذه الحالة يتوزع جهد البطارية على المقاومتين، بينما يظل التيار الكهربائي المار خلالهما ثابتا في مسار واحد لا يتغير.

وعند رفع أحد المصباحين، أو فصله، من دائرة التوالي فإن التيار الكهربائي يمر في الدائرة كلها.

 

ويمكنك توصيل مصابيح أكثر على التوالي، ولكن البطارية في هذه الحالة سوف تنفد بسـرعة، وسوف تحتاج إلى توصيل بطارية أخرى، أو أكثر، على التوالي لزيادة الجهد اللازم لإضاءة المصابيح.

ويتم توصيل البطاريات على التوالي بوصل الطرف السالب لإحداها بالطرف الموجب للبطارية الثانية، ثم وصل الطرف السالـب للبطارية الثانية بالطرف الموجب للبطارية الثالثة، وهكذا.

وفي نظام توصيل آخر في الدوائر الكهربائية يتم توصيل طرفي أحد المصباحين بطرفي المصباح الآخر.

ويمثل المصباحان في هذه الحالة مقاومتين متصلتين على التوازي، ويكون فرق الجهد بين طرفيهما مساويا لجهد البطارية، بينما يتجزأ التيار الكهربائي في المصباحين.

 

وهنا نلاحظ أن عمل أي من المصباحين لا يتأثر برفع المصباح الآخر، أو فصله من دائرة التوازي. وهذه إحدى مميزات التوصيل على التوازي، ويفاد منها عادة في نظم إضاءة المنازل والشوارع.

ويعبر عن المقاومة الثابتة في الرسم التخطيطي للدوائر الكهربائية بالرمز ، وإذا كانت المقاومة متغيرة القيمة فيعبر عنها بالرمز 

هناك أيضا، غير المقاومة، عنصـران أساسيان يستخدمان في الدوائر الكهربائية والإلكترونية، هما: المكثف وملف الحث.

أما المكثف فيتكون من لوحين معدنيين مستويين بينهما مادة عازلـة كهربائيا، ويبرز منه طرفان لتسهيل توصيله في الدائرة الكهربائية، حيث تتدفق الإلكترونات لحظيا من الطرف السالب للبطارية إلى أحد لوحي المكثف ويستمر شحنه حتى يصبح وكأنه بطارية أخرى موصلة عكس البطارية الأصلية.

 

وتستخدم المكثفات في تخزين الطاقة الكهربائية بواسطة شحنها، ثم تفريغها في توقيت معين يعتمد على ظروف الدائرة والغرض منها.

وتعرف سعة المكثف بأنها كمية الكهرباء التي تختزن على لوحيه لكل واحد ڨولت، وتقاس بوحدة تسمى الفاراد، نسبة إلى العالم الإنجليزي ميخائيل فراداي (1791 – 1867)، والرمز المستعمل للمكثف في الدوائر الكهربائية هو، وإذا كانت سعة المكثف متغيرة فيعبرعنها بالرمز 

وأما ملف الحث فهو عبارة عن سلك ملفوف، بحيث عندما يمر التيار الكهربائي من خلاله، ينشأ عنه مجال مغناطيسـي بطريق الحث.

 

ويقاس الحث المغناطيسـي للملف بوحدة تسمى الهنري نسبة إلى العالم الأمريكي جوزيف هنري (1797 – 1878).

وتستخدم ملفات الحث في كثير من الدوائر الكهربائية، وفي صناعة المحولات والعديد من الأجهزة الكهربائية، وفي صناعة المغناطيس الكهربائي الذي يستخدم في جذب قطع المعادن،وفي تحريك قطع الحديد والصلب الثقيلة في المصانع.

ولتحقيق الأمان بالنسبة للأجهزة الكهربائية ينصح باستخدام المصهر في بعض الدوائر الكهربائية بالمنازل.

 

والمصهر عبارة عن سلك رفيع من فلز ينصهر بسهولة أكثر من أي سلك آخر في الدائرة الكهربائية، وهذا يؤدي إلى قطع الدائرة وتوقف التيار الكهربائي عن المرور. 

فلا ترتفع درجة حرارة الأسلاك. فمثلا، إذا تلامس سلكان عاريان نتيجة خطأ في التوصيلات الكهربائية بالمنزل، فإنه يحدث ما يسمى بدائرة القصـر، وتسخن الأسلاك بشدة، وقد يؤدي هذا إلى حرائق خطيرة. والمصهرات في الدوائر الكهربائية تساعد على أن تكون الكهرباء أكثر أمانا للاستخدام.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]