دروس جافاسكريبت بالعربي _ الحلقة ١

 أساسيات الكهرباء

 Electricity Basics

 

الشحنات الكهربية   Electric Charges

منذ القدم أكتشف العلماء أن الكهرباء يمكن التنبؤ بها و قياسها، و تم وضع القوانين و القواعد المعروفة الآن و التى تمكنا من فهم كيف تعمل الدوائر الكهربائية، فكل المواد تحتوي على ذرات و كل الذرات تتكون من إلكترونات و برتونات و نيترونات و مكون من هذه المكونات يحتوي علي شحنة كهربية، فالإلكترونات تحتوي علي شحنة سالبة و البرتونات تحمل شحنة موجة أما النيترونات فهى متعادلة الشحنة.

معظم المواد متواجدة فى الطبيعة متعادلة الشحنة أو غير مشحونة بمعنى أن عدد الشحنات الموجبة و السالبة داخل المادة متساوي، و لكن يمكن تغيير هذه الحالة المتعادلة بعدة طرق مختلفة و منها:

1.الدلك 

  فعند دلك قضيب من المطاط بالفراء مثلا تنتقل الإلكترونات من الفراء للقضيب و بالتالى يحمل شحنة سالبة.

2.الضغط 

  و هذه خاصية تتمتع بها بعض المواد و تسمي Piezo-electricity فعندما يتغير الضغط علي مادة مثل Quartz crystal ينشأ فرق جهد على طرفيها يؤدي الى مرور التيار الكهربي في حالة و جودها فى دائرة مغلقة، و تستخدم مثل هذه المواد في بعض أجهزة القياس.

3.الكهرباء الحرارية Thermo-electricity 

  و تنشأ عن طريق تسخين نقطة التوصيل بين معدنين مختلفين مثل النحاس و الحديد.

4.الكهرباء الضوئية  Photoelectricity 

   و ينشأ هذا النوع من الكهرباء عند تعريض مواد حساسة للضوء photoelectric material لمصدر ضوئي مثل أشعة الشمس فينشأ فرق جهد بين طرفيها و هذه الخاصية التي يتم من خلالها توليد الطاقة الكهربية من الخلايا الضوئية المصنوعة من هذه المادة.

5.التفاعلات الكيميائية

    و أبرز مثال على ذلك هو توليد الكهرباء من خلال التفاعل الكيميائي داخل البطاريات سواء الحمضية أو الجافة.

6.المولد الكهربائي    Electric Generator  

   و ينتج المولد الكهربى الكهرباء عن طريق تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية و ذلك من خلال تحريك موصل بين قطبي مغناطيس فيقطع خطوط المجال المغناطيسى و يتولد قودة دافعة كهربية بين طرفى الموصل.

المواد فى علم الكهربية    Electrical Materials

تنقسم المواد إلى  ثلاث أنواع من المواد في الكهرباء و هى:

1. الموصلات أو المواد الموصلة  Conductors

و هى المواد التى تسمح بمرور التيار الكهربى بسهولة، فالموصلات هى مواد تتمتع بوفرة في الإلكترونات الحرة  free electrons و لديها من واحد إلى ثلاث إلكترونات فى المدار الأخير في التوزيع الإلكتروني لذراتها، و من أشهر أنواع المواد الموصلة و الأكثر إنتشاراً و إستخداماً النحاس و الألمنيوم، و تعتبر كل المعادن موصلة للتيار الكهربى و 

 يعتبر الفضة و النحاس و الذهب و الألمنيوم هم أعلى المعادن فى التوصيل الكهربى. 

 2. المواد العازلة  Insulators

و هى المواد التى لا تسمح بمرور التيار الكهربى بطبيعتها و هذه المواد لديها من خمس إلى ثمانى إلكترونات فى المدار الأخير للتوزيع الإلكتروني فى ذراتها. و من أمثلتها المطاط و الزجاج و الميكا mica.

3. أشباه الموصلات  Semiconductors

و هى مواد يمكن أن يمر التيار الكهربى من خلالها و لكن ليس بسهولة، و تحتوي ذراتها على أربعة إلكترونات فى المدار الأخير فى التوزيع الإلكتروني لذراتها و أمثلتها الكربون و السيلكون و الجرمانيوم، و تستخدم هذه المواد فى صناعة المقاومات و فى صناعة الرقائق الإلكترونية و الترانزستور و غيرها.

الكميات الكهربية  Electrical Quantities

1. التيار الكهربى  Electrical Current

الإلكترون تقريبا أخف 2000 مرة من البرتون و لذلك الإلكترون يتحرك بخلاف البرتون، و يعرف التيار الكهربى بأنه إنجراف  drift أو حركة الإلكترونات أو الشحنات السالبة داخل وسط موصل للكهرباء، و لتحديد كمية التيار الكهربى تستخدم وحدة الكولوم coulomb، و الكولوم الواحد يساوي  6.242x10¹⁸ الكترون.

أما الأمبير فيعرف بأنه مرور واحد كولوم خلال مقطع موصل فى ثانية واحدة، ويرمزللتيار الكهربى برمز I و يعبر عنه بوحدة الأمبير و يرمز للأمبير بالرمز A.

اتجاه مرور التيار

هناك طريقتان للتعبير عن إتجاه مرور التيار الكهربى و هما الإتجاه التقليدي و هو من الموجب للسالب و هو المستخدم دائما فى التعبير عن اتجاه التيار فى الدوائر الكهربية أو الاتجاه الأخر و هو اتجاه حركة الإلكترونات من السالب إالي الموجب، وأياً كان الإتجاه الذي تختارة فى حل الدوائر الكهربية فهو صحيح مادمت تحافظ على اعتبار هذا الاتجاه هو الموجب طوال عملية الحل كما سيتضح لك بعد ذلك.

2. القوة الدافعة الكهربية  (Electromotive Force (EMF

نظراً لأن الإلكترونات تكون موزعة داخل المادة و تكون المواد فى الحالة الطبيعية فى حالة متعادلة أو غير مشحونة لذلك لابد من وجود قوة لتحريك الإلكترونات و هى لازمة لفك الترابط بين الإلكترونات و بين الذرات، و هذه القوة الدافعة الكهربية أو الضغط الكهربى يسمى أيضا الجهد الكهربى Electrical Potential  أو الفولتية  Voltage.

الوحدة المستخدمة لقياس الجهد هى الفولت volt  ويرمز لها بالرمز V و كلما ارتفع الفولت ذاد الضغط المؤدي لحركة الالكترونات و بالتالى ذات التيار و هذا ما سيتضح عند دراستنا لقانون أوم فيما بعد.

3. المعاوقة Opposition

عند حركة الإلكترونات داخل المادة فإنها تصطدم ببعضها و تصطدم بالذرات داخل المادة مما يمثل مقاومة لها و تعتمد هذه المقاومة على عدة خصائص فزيائية و كهربية، المعاوقة التى تحدث نتيجة التركيب الجزيئي للمادة تسمى مقاومة Resistance و تقاس بوحدة الأوم Ohm و يرمز لها بالرمز  Ω