وحدة الأمبير
الأمبير هو الوحدة الأساسية المعترف بها دولياً لقياس التيار الكهربائي، وفقاً للمعايير التي وضعتها المنظمة العالمية للقياس (SIQ). يرتبط الأمبير ارتباطاً وثيقاً بمفهوم التيار الكهربائي، والذي يُعد أساساً لقياس العديد من الكميات المشتقة الأخرى، مثل الجهد الكهربائي والمقاومة الخاصة بالأجهزة، وكذلك القدرة والطاقة. وقبل التعمق في مفهوم الأمبير، من الضروري شرح ما هو التيار الكهربائي.
التيار الكهربائي
يُعرّف التيار الكهربائي على أنه الحركة المنظمة للشحنات الكهربائية، والتي يمكن أن تكون سالبة مثل الإلكترونات أو موجبة مثل الأيونات. وتُعتبر حركة الشحنات الكهربائية خلال فترة زمنية معينة هي العنصر المركزي في تعريف التيار. وتجدر الإشارة إلى أن حركة الشحنات تكون في الغالب بطيئة وغير منتظمة.
يمكن تشبيه تدفق التيار الكهربائي بتدفق المياه، حيث تنتقل المياه من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض. بالمثل، تتحرك الشحنات الكهربائية من المناطق ذات الطاقة الأعلى (الموجب) إلى المناطق ذات الطاقة الأقل (السالب). في حالة الشحنات السالبة، يكون الاتجاه معكوساً.
يتدفق التيار عبر المواد الموصلة مثل النحاس والألمنيوم والرصاص والذهب، مما يجعل هذه المواد ضرورية في الدوائر الكهربائية. وعلى النقيض، فإن المواد غير الموصلة (اللافلزات) لا تسمح بتدفق التيار. كما يتولد التيار الكهربائي من خلال تأثير المجال المغناطيسي، حيث عند وضع ملف حلزوني بالقرب من دائرة كهربائية، تنشأ قوة دافعة حثية أثناء تفاعل المجال المغناطيسي، مما يسبب توليد تيار حثي. يتم تحديد اتجاه هذا التيار باستخدام قاعدة لنز.
أنواع التيار الكهربائي
- التيار المستمر: يُعرف اختصارًا بـ DC، وهو التيار الذي يتدفق بشكل ثابت من جهد عالٍ إلى جهد منخفض. يمكن تصوير شكل التيار المستمر باستخدام جهاز القياس الرقمي ليظهر كخط مستقيم. ويتولد هذا النوع من التيار عادة في البطاريات وغيرها من مصادر الجهد.
- التيار المتناوب: يُعرف أيضاً بالتيار المتردد، حيث يتغير اتجاه التيار بين الموجب والسالب، مما يظهر على شكل موجة جيبية (sin wave) أو موجة مربعة (square wave) عند القياس بواسطة جهاز القياس الرقمي. ويتولد هذا النوع من التيار في المولدات الكبيرة.
حساب التيار الكهربائي
يمكن حساب التيار الكهربائي باستخدام عدة قوانين، منها قانون أوم، الذي يُعبّر عنه بالمعادلة:
الجهد = التيار × المقاومة.
كما يمكن حساب التيار باستخدام الصيغة التالية:
التيار = الشحنة ÷ الزمن.
معلومات عن الأمبير
استناداً إلى المعادلة السابقة (التيار = الشحنة ÷ الزمن)، فإن الأمبير يُعرّف على أنه مرور شحنة مقدارها كولوم واحد خلال ثانية واحدة، وبالتالي، يُسجل الأمبير ككولوم لكل ثانية. وفقاً لقانون أوم، يمكن أيضاً التعبير عن الأمبير كفولت لكل أوم. وتُعزى تسمية الأمبير إلى العالم الفرنسي أندريه أمبير الذي قام بدراسات معمقة حول الظواهر الكهربائية.
يمكن تحديد التيار المستخدم في جهاز معين من خلال معرفة قدرته، والتي تظهر عادةً على الجهاز نفسه. ومعظم الدول تحتوي على جهد كهربائي ثابت، مما يمكّننا من حساب التيار باستخدام المعادلة:
التيار = القدرة ÷ الجهد.
تتعدد تطبيقات الأمبير في حياتنا اليومية؛ حيث لا يخلو أي منزل من الأجهزة الكهربائية التي تحتاج إلى جهد كهربائي لتوليد التيار، مثل الثلاجات، والغسالات، والتلفاز، وغيرها الكثير.