يتجلى التيار الكهربائي في الدائرة دائمًا بطريقة ما. يمكن أن يكون هذا إما العمل تحت حمل معين أو التأثير المصاحب للتيار. وبالتالي، من خلال تأثير التيار يمكن الحكم على وجوده أو غيابه في دائرة معينة: إذا كان الحمل يعمل، فهناك تيار. إذا تمت ملاحظة ظاهرة نموذجية مصاحبة للتيار، فهذا يعني وجود تيار في الدائرة، وما إلى ذلك.

بشكل عام، التيار الكهربائي قادر على إحداث تأثيرات مختلفة: حرارية، كيميائية، مغناطيسية (كهرومغناطيسية)، ضوئية أو ميكانيكية، وغالبًا ما تحدث أنواع مختلفة من تأثيرات التيار في وقت واحد. سيتم مناقشة هذه الظواهر وتأثيرات التيار في هذه المقالة.

التأثير الحراري للتيار الكهربائي

عندما يمر تيار كهربائي مباشر أو متناوب عبر موصل، يسخن الموصل. يمكن أن تكون موصلات التسخين هذه في ظروف وتطبيقات مختلفة: معادن، إلكتروليتات، بلازما، معادن منصهرة، أشباه الموصلات، أشباه المعادن.

في أبسط الحالات، على سبيل المثال، إذا تم تمرير تيار كهربائي عبر سلك نيتشروم، فسوف يسخن. تستخدم هذه الظاهرة في أجهزة التدفئة: في الغلايات الكهربائية والغلايات والسخانات والمواقد الكهربائية وما إلى ذلك. في اللحام بالقوس الكهربائي، تصل درجة حرارة القوس الكهربائي بشكل عام إلى 7000 درجة مئوية، ويذوب المعدن بسهولة - وهذا أيضًا هو التأثير الحراري من التيار.

تعتمد كمية الحرارة المنبعثة في قسم من الدائرة على الجهد المطبق على هذا القسم وقيمة التيار المتدفق والوقت الذي يتدفق فيه ().

بعد تحويل قانون أوم لقسم من الدائرة، يمكنك استخدام الجهد أو التيار لحساب كمية الحرارة، ولكن بعد ذلك يجب عليك أيضًا معرفة مقاومة الدائرة، لأنها هي التي تحدد التيار، وفي الواقع، تسبب التدفئة. أو، بمعرفة التيار والجهد في الدائرة، يمكنك بسهولة العثور على كمية الحرارة المتولدة.

العمل الكيميائي للتيار الكهربائي

الشوارد التي تحتوي على أيونات تحت تأثير التيار الكهربائي المباشر هي التأثير الكيميائي للتيار. أثناء التحليل الكهربائي، تنجذب الأيونات السالبة (الأنيونات) إلى القطب الموجب (الأنود)، وتنجذب الأيونات الموجبة (الكاتيونات) إلى القطب السالب (الكاثود). أي أن المواد الموجودة في المنحل بالكهرباء يتم إطلاقها عند أقطاب المصدر الحالي أثناء عملية التحليل الكهربائي.

على سبيل المثال، يتم غمر زوج من الأقطاب الكهربائية في محلول حمض أو قلوي أو ملح معين، وعندما يتم تمرير تيار كهربائي عبر الدائرة، يتم إنشاء شحنة موجبة على أحد القطبين وشحنة سالبة على الآخر. تبدأ الأيونات الموجودة في المحلول بالترسب على القطب بالشحنة المعاكسة.

على سبيل المثال، أثناء التحليل الكهربائي لكبريتات النحاس (CuSO4)، تنتقل كاتيونات النحاس Cu2+ ذات الشحنة الموجبة إلى الكاثود سالب الشحنة، حيث تتلقى الشحنة المفقودة وتصبح ذرات نحاس محايدة، وتستقر على سطح القطب. ستتخلى مجموعة الهيدروكسيل -OH عن الإلكترونات عند الأنود، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين. ستبقى كاتيونات الهيدروجين H+ المشحونة بشكل إيجابي والأنيونات سالبة الشحنة SO42- في المحلول.

يُستخدم التأثير الكيميائي للتيار الكهربائي في الصناعة، على سبيل المثال، لتحليل الماء إلى الأجزاء المكونة له (الهيدروجين والأكسجين). يتيح التحليل الكهربائي أيضًا الحصول على بعض المعادن في شكلها النقي. باستخدام التحليل الكهربائي، يتم طلاء طبقة رقيقة من معدن معين (النيكل والكروم) على السطح - هذا، وما إلى ذلك.

في عام 1832، أثبت مايكل فاراداي أن كتلة المادة المنطلقة عند القطب تتناسب طرديًا مع الشحنة الكهربائية q التي تمر عبر المنحل بالكهرباء. إذا مر تيار مباشر I عبر المحلول الكهربائي لفترة زمنية t، فإن قانون فاراداي الأول للتحليل الكهربائي يكون صالحًا:

هنا يسمى معامل التناسب k بالمعادل الكهروكيميائي للمادة. وهي تساوي عدديًا كتلة المادة المنطلقة عند مرور شحنة كهربائية واحدة عبر المنحل بالكهرباء، وتعتمد على الطبيعة الكيميائية للمادة.

في حالة وجود تيار كهربائي في أي موصل (صلب أو سائل أو غازي)، يلاحظ مجال مغناطيسي حول الموصل، أي أن الموصل الذي يحمل التيار يكتسب خصائص مغناطيسية.

لذلك، إذا قمت بإحضار مغناطيس إلى موصل يتدفق من خلاله التيار، على سبيل المثال، على شكل إبرة بوصلة مغناطيسية، فإن الإبرة ستتحول بشكل عمودي على الموصل، وإذا قمت بلف الموصل حول قلب حديدي ومرر التيار المباشر من خلال الموصل، سوف يصبح القلب مغناطيسًا كهربائيًا.

في عام 1820، اكتشف أورستد التأثير المغناطيسي للتيار على الإبرة المغناطيسية، ووضع أمبير القوانين الكمية للتفاعل المغناطيسي للموصلات مع التيار.

يتولد المجال المغناطيسي دائمًا عن طريق التيار، أي عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية، وخاصة عن طريق الجسيمات المشحونة (الإلكترونات والأيونات). التيارات ذات الاتجاه المعاكس تتنافر، والتيارات أحادية الاتجاه تتجاذب.

يحدث هذا التفاعل الميكانيكي بسبب تفاعل المجالات المغناطيسية للتيارات، أي أنه في المقام الأول تفاعل مغناطيسي، ثم ميكانيكي فقط. وبالتالي، فإن التفاعل المغناطيسي للتيارات هو أولي.

في عام 1831، أثبت فاراداي أن المجال المغناطيسي المتغير من إحدى الدوائر يولد تيارًا في دائرة أخرى: إن القوة الدافعة الكهربية المتولدة تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي. من المنطقي أن العمل المغناطيسي للتيارات يستخدم حتى يومنا هذا في جميع المحولات، وليس فقط في المغناطيسات الكهربائية (على سبيل المثال، في الصناعية).

في أبسط صوره، يمكن ملاحظة التأثير المضيء للتيار الكهربائي في المصباح المتوهج، الذي يتم تسخين دوامته بواسطة التيار المار عبره إلى حرارة بيضاء وينبعث الضوء.

بالنسبة للمصباح المتوهج، تمثل الطاقة الضوئية حوالي 5% من الكهرباء الموردة، ويتم تحويل 95% المتبقية منها إلى حرارة.

تعمل مصابيح الفلورسنت على تحويل الطاقة الحالية إلى ضوء بشكل أكثر كفاءة - حيث يتم تحويل ما يصل إلى 20٪ من الكهرباء إلى ضوء مرئي بفضل الفوسفور، الذي يستقبل من التفريغ الكهربائي في بخار الزئبق أو في غاز خامل مثل النيون.

يتم تحقيق التأثير المضيء للتيار الكهربائي بشكل أكثر كفاءة في مصابيح LED. عندما يتم تمرير تيار كهربائي عبر تقاطع pn في الاتجاه الأمامي، تتحد ناقلات الشحنة - الإلكترونات والثقوب - مع انبعاث الفوتونات (بسبب انتقال الإلكترونات من مستوى طاقة إلى آخر).

أفضل بواعث الضوء هي أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة (أي تلك التي تسمح بالانتقالات المباشرة لنطاق النطاق البصري)، مثل GaAs، أو InP، أو ZnSe، أو CdTe. من خلال تغيير تركيبة أشباه الموصلات، من الممكن إنشاء مصابيح LED لأطوال موجية مختلفة من الأشعة فوق البنفسجية (GaN) إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (PbS). تصل كفاءة LED كمصدر للضوء إلى 50٪ في المتوسط.

كما ذكرنا أعلاه، فإن كل موصل يتدفق من خلاله التيار الكهربائي يشكل دائرة حول نفسه. يتم تحويل الإجراءات المغناطيسية إلى حركة، على سبيل المثال، في المحركات الكهربائية وأجهزة الرفع المغناطيسية والصمامات المغناطيسية والمرحلات وما إلى ذلك.

يوصف العمل الميكانيكي لتيار على آخر بقانون أمبير. تم إنشاء هذا القانون لأول مرة من قبل أندريه ماري أمبير في عام 1820 للتيار المباشر. ويترتب على ذلك أن الموصلات المتوازية ذات التيارات الكهربائية التي تتدفق في اتجاه واحد تتجاذب، وتتنافر في اتجاهين متعاكسين.

قانون أمبير هو أيضًا القانون الذي يحدد القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على جزء صغير من الموصل الذي يحمل تيارًا. إن القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على عنصر موصل يحمل التيار الموجود في مجال مغناطيسي تتناسب طرديًا مع التيار في الموصل والمنتج المتجه لعنصر طول الموصل والحث المغناطيسي.

يعتمد على هذا المبدأ، حيث يلعب الدوار دور الإطار مع التيار الموجه في المجال المغناطيسي الخارجي للجزء الثابت مع عزم الدوران M.