ما هي الدائرة الكهربائية؟
تُعرف الدائرة الكهربائية بأنها مسار مغلق يتم فيه حركة الإلكترونات، مما ينتج تيارات كهربائية. يتمثل هذا المفهوم البسيط في ثلاثة مكونات أساسية: مصدر الطاقة الكهربائية، الحمل الكهربائي (الجهاز)، و حلقة مغلقة (أسلاك التوصيل) مصنوعة من مواد موصلة.
المكونات الأساسية للدوائر الكهربائية
مصدر الطاقة الكهربائية
يعتبر مصدر الطاقة الكهربائية (مثل مصدر الجهد أو التيار) المكون الأول في الدائرة، حيث يقوم بدور القوة الدافعة التي تسهل حركة الإلكترونات. يمكن أن يكون هذا المصدر بطارية، خلية شمسية، أو محطة توليد الطاقة الكهرومائية. يحتوي مصدر الطاقة على طرف موجب وآخر سالب لتدفق الشحنة بينهما، ويُعرف هذا الدفع باسم الجهد الذي يُقاس بوحدات الفولت.
الجهاز أو الحمل الكهربائي
الحمل الكهربائي هو الجهاز الذي يمكن توصيله بالدائرة واستخدامه مع الكهرباء، حيث يستجيب للتيار الذي يمر فيه عن طريق إغلاق حلقة الدائرة. يُمكن أن يتكون الحمل من عناصر مثل الأسلاك أو الشرائح المعدنية المستخدمة في الأجهزة مثل التلفزيونات، والتي تُركب على أسطح بلاستيكية أو حتى تُشكل هيكل الجهاز كجزء من الدائرة المغلقة.
مقاومة الدائرة الكهربائية
تحتوي كل دائرة كهربائية على مقاومة ناتجة عن تدفق الإلكترونات، فعندما تصطدم الإلكترونات بذرات السلك، يتم تحويل بعض من الطاقة الكهربائية إلى حرارة. ومن المهم ملاحظة أنه لا يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى بدون فقدان جزء منها كحرارة.
مفاتيح التبديل، المصهر (الفيوز)، وقواطع الدائرة
للتحكم في الدوائر الكهربائية، يعتمد الأمر على وجود مفتاح الدائرة، وهو جهاز يُستخدم لفتح الحلقة المغلقة للمادة الموصلة. تحتوي معظم الأجهزة الكهربائية، مثل المصابيح اليدوية، على مفاتيح (زر تشغيل أو إغلاق). عندما يكون المفتاح مفتوحًا، لا يتدفق التيار، ولكن بمجرد أن يتم إغلاقه، يبدأ التدفق.
تعمل جميع الدوائر بهذا المبدأ، بما في ذلك الدوائر المتصلة بالجدران كإضاءة، حيث تمتد أسلاك الكهرباء من منزلك إلى محطة الطاقة، مما يمكن التحكم فيه بواسطة المقابس والأزرار. من المهم أيضًا الإشارة إلى استخدام المصهرات والقواطع الكهربائية للحماية من الحرائق الناتجة عن الأحمال الزائدة؛ حيث تُصمم المصهرات لتفصل الدائرة عند تجاوز التيار، في حين تعمل القواطع الكهربائية على مبدأ التبديل الكهرومغناطيسي.
مثال على الدوائر الكهربائية البسيطة
المصباح اليدوي (الكشاف) يمثل دائرة كهربائية بسيطة، حيث يتكون من مكونات ثلاث رئيسية: مصدر الطاقة المتمثل في البطاريتين، الحمل الكهربائي وهو اللمبة الموجودة في نهاية المصباح، التي يتدفق فيها التيار عبر خيط دقيق يسخن بفعل المقاومة، مما يتسبب في توهجه. أيضًا، يتصل سلك معدني بأطراف البطارية والحمل الكهربائي، مما يُكمل الدائرة.
أنواع الدوائر الكهربائية
تنقسم الدوائر الكهربائية المستخدمة في المنازل والأجهزة الشائعة إلى نوعين رئيسيين:
الدوائر المتسلسلة
تتكون الدوائر المتسلسلة من عدة أجهزة موصولة في حلقة واحدة. على الرغم من اختلاف الفولتية لكل جهاز، إلا أن نفس التيار يتدفق من خلال جميع الأجهزة في هذه الدائرة. إذا تم كسر أي جهاز أو فتح الأسلاك، ستفشل الدائرة بالكامل. على سبيل المثال، إذا كانت هناك ثلاثة مصابيح موصولة في سلسلة، فإن إزالة أي مصباح يؤدي إلى انقطاع الدائرة بالكامل.
الدوائر المتوازية
في الدوائر المتوازية، تُرتب الأجهزة بطريقة يتلقى كل جهاز الجهد من مصدر واحد عبر أسلاك خاصة. في هذه الحالة، يظل الجهد متساويًا عبر جميع الأجهزة، ولكن تتدفق تيارات مختلفة تتناسب عكسًا مع مقاومة كل جهاز. تعد هذه الدوائر مفيدة؛ فحتى إذا تعطل أحد الأجهزة، ستظل باقي الأجهزة تعمل. فعلى سبيل المثال، إذا تم توصيل مصباحين كهربائيين بشكل متوازٍ، فإن انقطاع أحدهما لن يؤثر على الآخر.