التيارات الكهربائية

التيار الكهربائي   
لفظ الكهرباء، مشتق من الكهرب، وهو الاسم القديم لمادة الكهرمان، إذ إنه تم الربط بين الكهرباء والكهرمان، نظراً لاكتساب الأخير، بالاحتكاك، خاصية جذب بعض الأجسام الخفيفة، وهي أحد شواهد الكهربية الإستاتيكية؛ لوحظت هذه الظاهرة منذ قرون طويلة مضت، وورد وصف لها في كتابات الفيلسوف الإغريقي طاليس، عام 600 ق.م.؛ في العصور الحديثة، بدأت شواهد الكهرباء، تأخذ اتجاهاً تجريبياً، إذ أثبت جورج فون كلايست George Von Kleist في عام 1745م، أنه يمكن التحكم في الكهرباء، واخترع نوعاً بدائياً من المكثفات، وفي عام 1750م اكتشف بنيامين فرانكلين Benjamin Franklin أن البرق شحنات كهربية، وصمم أول مانع للصواعق؛ وفي عام 1799 أثبت العالم الكساندرو فولتا Alessandro Volta إمكان توليد الكهرباء باستخدام معدنين مختلفين، ومحلول ملحي، وأنتج أول خلية كهربية؛ و في عام 1831 نجح مايكل فاراداي Michael Faraday في إنتاج التيار الكهربي، من موصل كهربي، يتحرك خلال مجال مغناطيسي؛ يعد هذا الاكتشاف، هو واكتشاف الخلية الكهربية، المولد الحقيقي للكهرباء في العصر الحديث، و نقطة الانطلاق لعلوم الاتصالات والإلكترونيات. 


* الموضوع:

أوضحت الأبحاث، أن انتشار الموجات الكهرومغناطيسية، في طبقات الجو المحيطة بسطح الكرة الأرضية، يختلف طبقاً لطولها الموجي، وبصفة عامة، أي موجة لاسلكية، تتخذ مسارين أحدهما ينتشر موازياً لسطح الأرض، ويطلق عليه اسم "الموجة السطحية"، والآخر ينتشر متخذاً زاوية مع الاتجاه الأفقي، ويطلق عليها اسم "الموجة السماوية"؛ علماً بأن الموجات السطحية تفقد كثيراً من طاقتها، أثناء انتشارها، ويزداد هذا الفقد مع ازدياد التردد؛ أما الموجات السماوية، فتصل إلى طبقات الجو العليا، التي يطلق عليها اسم طبقات الأيونوسفير Ionosphere، فتؤثر في الأيونات، والإلكترونات، الموجودة في هذه الطبقات، وتجعلها تهتز، وتولد بدورها موجات مطابقة للموجات السماوية، قد يرتد بعضها في اتجاه سطح الأرض مرة أخرى. 
هناك موجات يزيد طولها على 3000 متر، تنتشر سطحياً بدون طاقة، أو بفقد ضعيف جداً في الطاقة، بينما يتعرض الجزء الذي ينتشر في اتجاه السماء، إلي فقد كبير جداً في طاقته، وبذلك يمكن للموجات السطحية، عند هذا التردد أن تنتشر سطحياً إلي مسافات، تصل إلى بضعة آلاف من الكيلومترات بينما، لا تحقق الموجات السماوية مسافات تذكر؛ هذه الموجات يعرف باسم الموجات الطويلة Long Waves. 
أما الموجات التي يقع طولها بين 100 و1000 متر، يمكنها الانتشار سطحياً، إلى مسافات اقل نسبياً، بينما يمكنها، بالانتشار السماوي، تحقيق مسافات تصل إلى بضعة آلاف من الكيلومترات؛ يطلق على هذه الموجات اسم الموجات المتوسطة Medium Waves. 
الموجات، التي يقع طولها بين 10 و100 متر، تعاني توهيناً شديداً بالنسبة للموجات السطحية، فلا تحقق مسافات تزيد على مائة كيلومتر، بينما يقل توهين الموجات السماوية، فتحقق مسافات شاسعة؛ هذه الموجات، يطلق عليها اسم الموجات القصيرة Short Waves. 
الموجات التي يقل طولها عن 10 أمتار، تعاني توهيناً شديداً جداً، بالنسبة للموجات السطحية، ولا ترتد من طبقات الجو، تنفذ من خلالها، ولا تتبع في مسارها انحناء سطح الأرض؛ هذه المواصفات، أدت إلى استخدامات جديدة، مثل الاتصالات عبر خط الرؤية المباشرة، والتليفزيون والرادار، إذ يمكن إنتاج هوائيات ذات مواصفات خاصة، يمكنها أن توجه الموجة الكهرومغناطيسية في اتجاه واحد فقط؛ هذه الموجات يطلق عليها اسم الموجات شديدة القصر Ultra Short Waves، ويطلق على الهوائيات الخاصة الهوائيات الاتجاهية Directive antenna. 
* دوائر التيار المتردد 
يستخدم في أجهزة اللاسلكي، كل من التيار المستمر Direct Current، والتيار المتردد Alternating current الذي تتغير قيمته واتجاهه مع تغير الزمن؛ هذا التغير، يمكن أن يتم بصور مختلفة، وطبقاً لقوانين مختلفة، أكثرها شيوعاً هي صورة التيار المتردد الذي يتغير طبقاً لدالة الجيب المثلثية، ويطلق عليها الموجة الجيبية Sine Wave، أو الموجة التوافقية Harmonic Wave، وتكون للتيار المتغير الصياغة الرياضية: 
I = Imaxsint t 
حيث I تعبر عن القيمة اللحظية للتيار الكهربي instantaneous current، وImax تعبر عن القيمة العظمي للتيار Maximum value of current ، و التردد الزاوي للدالة الجيبيةangular frequency of sine function و t الزمن المتغير، ويعرف زمن الدورة الكاملة للتيار المتردد، المعرف وفق الدالة الجيبية، بأنه الزمن المنقضي قبل أن تتكرر قيمة التيار نفسه، وفي الاتجاه نفسه، ويرمز له بالرمز: T الذي تحسب قيمته من المعادلة التالية
ويعرف تردد الموجة الجيبية، بأنه عدد الدورات الكاملة، التي تتم في الثانية الواحدة، ويرمز له بالرمز f الذي تحسب قيمته من المعادلة التالية: 



إنتاج التيار المتردد: 
عندما يدور ملف، من سلك معزول، على شكل مستطيل، بسرعة زاوية ثابتة ، في مجال مغناطيسي منتظم، تتولد في الملف قوة دافعة كهربية مستحدثة؛ وعندما يكون مستوى الملف عمودياً، على اتجاه الفيض المغناطيسي، فإن اتجاه حركة السلك توازي خطوط الفيض، فلا تقطعها، وتكون القوة الدافعة الكهربية المستحثة = صفراً، وشدة التيار المستحث I = صفراً؛ عندما يكون مستوى الملف موازياً للفيض المغناطيسي، فإن اتجاه حركة السلك تكون عمودية على خطوط الفيض المغناطيسي، فيقطعها، وتبلغ القوة الدافعة الكهربية المستحثة، وكذلك شدة التيار المستحث نهاية عظمى. 
التيار المتردد الناتج من دورة كاملة للملف، حيث تكون زاوية دوران الملف t، ممثلة على المحور الأفقي بفواصل 45 درجة، والقوة الدافعة الكهربية المستحثة، أو شدة التيار المستحث، ممثلة على المحور الرأسي، ومن الشكل البياني يتضح أن: 
1. التيار المتولد يغير اتجاهه كل نصف دورة.
2. يمثل تغير شدة التيار منحنى جيبي.
3. عندما يدور الملف دورة كاملة، يكون التيار قد أتم ذبذبة كاملة.
4. تزداد شدة التيار من صفر إلى نهاية عظمي، خلال الذبذبة الكاملة، ثم تتناقص إلى الصفر، خلال النصف الأول من الدورة، ثم يعكس التيار اتجاهه في الدائرة، وتزداد شدته من صفر إلى نهاية عظمى، ثم تتناقص إلى الصفر مرة أخرى، خلال النصف الثاني منها.
المكونات الأساسية الدوائر التيار المتردد 
تحتوي دوائر التيار المتردد عادة على مقاومات أومية، وملفات، ومكثفات، ولكل من هذه المكونات تأثير على شدة التيار المتردد وجهده