الدوائر الكهربائية

تستطيع الإلكترونات سالبة الشحنة أن تنتقل إلى نواة موجبة الشحنة إذا وجدت قنطرة أو وصله بينها وبين تلك النواة، وهو ما يسمى دائرة كهربية. فعند إنشاء دائرة كهربية تبدأ الإليكترونات في التحرك اعتمادا على مقاومة المادة. وطالما أننا نستطيع تحديد عدد الإلكترونات التي تمر في الدائرة الكهربية خلال زمن معين بالتحكم في مقاومة السلك، فإننا يمكن أن نستفيد من حركة الإلكترونات والكهرباء التي تتولد في الفترة التي نسمح فيها بمرور الإليكترونات، فمثلا يمكننا أن نجعل الإليكترونات تسخن شُعيرة (فتيلة) في مصباح زجاجي مما يؤدي إلي توهجه. فعند غلق الدائرة يمر التيار الكهربي حتى يصل إلى المصباح فينيره أما إذا تم فتح الدائرة فإن التيار الكهربي لا يستطيع الوصول إلى المصباح فينطفئ، ولفتح وغلق الدائرة يلزم وجود مفتاح يمكن من خلاله التحكم في عمليتي الفتح والإغلاق، تماما كما في شكل رقم (1)، وهذا هو ما حدث بالضبط مع "توماس إديسون Thomas Edison"^(*) مخترع المصباح الكهربي.

الشــكل (1): دائرة كهربية بها مفتاح للتحكم في عمليتي الإغلاق والفتح

قد يحدث أن نضغط على المفتاح لتغلق الدائرة فتسري الكهرباء في الأسلاك لتصل إلى المصباح لكنه لا يتوهج أي أن فتيلة المصباح لا تسخن، وقد يرجع ذلك إلى قطع فتيلة المصباح كما هو موضح بشكل رقم (2)، وهو ما يعني فتح الدائرة الكهربية.

الشــكل (2): مصباحان كهربيان أحدهما غير صالح للإستخدام (يمين)، والآخر صالح للإستخدام (شمال)

من الممكن أن تصطدم الإليكترونات -نتيجة لحركتها السريعة- بأحد الأنوية، فتبطئ سرعتها أو يتغير اتجاه حركتها، هذا بالإضافة إلى فقدان جزء من الطاقة كنتيجة للتصادم وهو ما يظهر في شكل حرارة، وقد يحدث هذا الإجراء في الأسلاك ذات المقاومة العالية. يمكن تمثيل أسلاك التوصيل بخرطوم تعبر فيه كمية المياه عن الكهرباء، وضغط الماء عن الجهد في الدائرة، وقطر الخرطوم عن المقاومة في السلك.

أصبح الآن من المعروف أن حركة الشحنات في الدائرة الكهربية تؤدي إلى نشوء تيار كهربي، فالإلكترونات تتحرك من القطب السالب إلى القطب الموجب، فإذا تم توصيل القطبين فإننا نحصل على دائرة كهربية. يطلق على الإليكترونات التي تمر في السلك الكهربي لفظة تيار ""Current، ويقاس التيار الكهربي بوحدة الأمبير الذي  يعرف بأنه 625.000.000.000.000.000.000 (625×¹⁸10) إلكترون تمر عبر الدائرة كل ثانية، ولأن هذا الرقم كبير جدا، فقد أطلق عليه لفظة "كولمب" وذلك إشارة للعالم الفرنسي "شارل كولمب Charles Coulomb"^(**) الذي ساعد في تعريف التيار الكهربي.

تعرف الشحنة بين جانبي الدائرة الكهربية بالجهد "Voltage" وهو ما يقاس بالفولت نسبة إلى العالم "أليكسندر فولتا Alexander Volta"^(***) أول من أخترع البطاريات الجافة. والفولت هو الشحنة الكهربية اللازمة للحصول على واحد كولمب، مما يؤدي إلى الحصول على شغل، والذي يمكن تعريفة بوحدة "الجول".

(*) ولد "توماس ألفا إديسون" في 11 فبراير 1847 بولاية أوهايو الأمريكية، أخترع أول مصباح كهربي وأسس في عام 1892 شركة جنرال إليكتريك لتكون أكبر شركة في مجال الطاقة في ذلك الوقت، وأطلق وقتها شعار "أن الأغنياء سيكونون هم القادرون وحدهم علي شراء الشمع" وذلك في إشارة منه إلي أن الكهرباء سوف تجعل الشمع – أحد وسائل الإنارة الشائعة في ذلك الوقت- نادر الاستخدام مما سيؤدي إلي رفع سعره، ويرجع الفضل لتوماس إديسون في الكثير من الاختراعات، وقد توفي في 18 أكتوبر 1931 بولاية نيو جرسي الأمريكية.

(**) ولد "شارل كولمب" في 14 يونيو 1736 بفرنسا، التحق في مارس 1757 بجمعية العلوم بمدينة مونبلييه وقرأ علي الجمعية العديد من أبحاثة في مجال الميكانيكا والاحتكاك، وعرف نظرية في التجاذب والتنافر بين الأجسام المختلفة والمتشابهة الشحنة، توفي في 23 أغسطس 1806 بباريس .