الحرارة – Heat:
ما هو تأثير التسخين الناتج عن التيار الكهربائي؟
التسخين الكهربائي الناتج عن التيار يستخدم في عدة تطبيقات منها:
المجال المغناطيسي – Magnetic Field:
تطبيقات المجال المغناطيسي الناتج عن تأثير التيار الكهربائي:
التأثير الكيميائي – Chemical Effect:
التفاعلات الكيميائية مع الكهرباء:
ما هي التأثيرات الكيميائية للتيار الكهربائي؟
فيما يلي بعض التأثيرات الكيميائية للتيار الكهربائي:
الطلاء الكهربائي – Electroplating:
الحرارة – Heat:



كما نعلم أنّ التيار الكهربائي هو شكل من أشكال الطاقة ويمكن تحويله إلى أشكال أخرى. ولكن عندما يتدفق في موصل، فإنّه يولد حرارة بسبب وجود مقاومة في الموصل، تفقد الإلكترونات بعض الطاقة على شكل حرارة بسبب الاصطدام داخل الموصل. هذه الحرارة المتولدة تتناسب طردياً مع مربع التيار الذي يجعل المقاومة ثابتة، زيادة التيار ستزيد من الحرارة المتولدة وهذا ما قد يسبب حريقاً كهربائياً.



ما هو تأثير التسخين الناتج عن التيار الكهربائي؟



عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر موصل، تولد الطاقة الحرارية في الموصل، تعتمد تأثيرات التسخين للتيار الكهربائي على ثلاثة عوامل:



تعتمد على مقاومة الموصل، تُنتج المقاومة الأعلى مزيداً من الحرارة.


تعتمد على المدة الزمنية التي يتدفق فيها التيار، كلما زادت المدة زادت الحرارة المتولدة.


وأيضاً كلما زاد التيار، تكون كمية الحرارة المتولدة كبيرة.



ومن هنا يأتي تأثير التسخين الناتج عن التيار الكهربائي، (I) هو التيار الكهربائي المار من خلال موصل المقاومة (R)، خلال الزمن (t)، يُعطى بالمعادلة التالية:




H = I2Rt



هذه المعادلة هي معادلة “جول” للتسخين الكهربائي (Joule’s equation).



التسخين الكهربائي الناتج عن التيار يستخدم في عدة تطبيقات منها:


اللمبة الكهربائية – Electric Bulb.


المكوى الكهربائي – Electric Iron.


الصمام الكهربائي – Electric Fuse.


المجال المغناطيسي – Magnetic Field:



عندما يتدفق التيار عبر موصل، فإنّه يخلق مجالاً مغناطيسياً حوله، تعتمد قوة هذا المجال المغناطيسي أيضاً على مقدار التيار الكهربائي الذي يمر عبر الموصل في تلك النقطة، يمكن إستشعار المجال المغناطيسي عن طريق وضع بوصلة على الموصل عندما يحمل تياره، تنحرف الإبرة لتظهر وجود مجال مغناطيسي. الكهرومغناطيسية هي أيضاً ظاهرة يتم فيها إنشاء المجال المغناطيسي باستخدام تدفق الكهرباء عبر موصل، يزيد الموصل من قوة المجال المغناطيسي عند نقطة معينة.



تتعامل الفيزياء مع التيار الكهربائي والمجالات المغناطيسية وتفاعلها على المادة لينتج ما يسمى الكهرومغناطيسية، أحدثت الكهرومغناطيسية ثورة كبيرة في مجال التطبيقات الهندسية، بالإضافة إلى ذلك كان لهذا تأثير كبير في مختلف المجالات مثل الطبية والصناعية والفضائية وغيرها. يمكننا أن نجد تطبيقات عملية هائلة للكهرومغناطيسية في الحياة اليومية من الأجهزة المنزلية إلى تطبيقات الأبحاث.



تطبيقات المجال المغناطيسي الناتج عن تأثير التيار الكهربائي:



في التطبيقات المنزلية، يمكننا ملاحظة الظواهر الكهرومغناطيسية في الإضاءة والتدفئة وأدوات المطبخ، وفي أنظمة الإتصالات الموجودة في جميع معدات الاتصالات وشبكات الإتصالات، وفي الأنظمة الصناعية يمكن تطبيق ذلك في المحركات والمولدات وأجهزة الإستشعار وأجهزة التشغيل.



إذا قطع موصل حامل تيار لنواة عالية النفاذية (أو قلب حديدي) يخلق مغناطيساً كهربائياً. إذا كان هذا المغناطيس الكهربائي مرتبطاً بمصدر إمداد، فسيتم إنتاج المجال المغناطيسي. تعتمد قوة التدفق المغناطيسي على التيار المتدفق عبر المغناطيس الكهربائي وعدد الدورات المسلطة عليه. على الرغم من أنّ جميع الموصلات الحاملة للتيار الكهربائي تنتج مجالات مغناطيسية، إلّا أنَّ المغناطيس الكهربائي مصمم خصيصاً لزيادة قوة المجال المغناطيسي.



التأثير الكيميائي – Chemical Effect:



التيار الكهربائي عبارة عن تدفق الإلكترونات، لذا فإنّ تمرير تيار عبر مادة كيميائية سيؤدي إلى تفاعل كيميائي، التحليل الكهربائي أو الطلاء الكهربائي هي بعض العمليات التي تستخدم تأثيرها الكيميائي. ومن التأثيرات الكيميائية للتيار الكهربائي، خلال مواسم الأمطار، يُطلب منك غالباً الإبتعاد عن أعمدة الكهرباء؟ هل تساءلت يوماً عن سبب ذلك؟ هذا لأنّه مع تدفق الماء بشكل مستمر، يتحول العازل إلى موصل، نتيجة لهذه الكهرباء يمكن أن تتدفق عبر جسمك.



التفاعلات الكيميائية مع الكهرباء:



هل السوائل توصل الكهرباء؟ يجب أن نعرف ما هي الموصلات وما هي العوازل؟ العناصر أو المواد التي توصل الكهرباء من خلالها هي شيء نسميه الموصلات. على سبيل المثال: النحاس والألومنيوم. كما أنّ المواد التي لا تسمح بمرور الكهرباء من خلالها هي العوازل. على سبيل المثال: الخشب، الورق.



ما هي التأثيرات الكيميائية للتيار الكهربائي؟



عندما يمر تيار كهربائي عبر محلول موصل، يحدث بعض التفاعل الكيميائي في المحلول، هذا من بين التأثيرات الكيميائية للتيار الكهربائي. على سبيل المثال، عندما يمر بعض التيار الكهربائي عبر الماء، يتأيّن الماء في أيونات “H + aq” و “(OH – (aq” حيث تتجه أيونات “(H + (aq” نحو الكاثود لاكتساب الإلكترونات وتشكيل H2 بينما تذهب أيونات “(OH- (aq” نحو القطب الموجب لتفقد الإلكترونات وتشكيل جزيئات (O2).



فيما يلي بعض التأثيرات الكيميائية للتيار الكهربائي:


قد تتشكل فقاعات من الغاز عند الأقطاب الكهربائية.


يمكن رؤية رواسب المعدن على الأقطاب الكهربائية.


قد يحدث تغيّر في لون المحلول.


الطلاء الكهربائي – Electroplating:



إنّها عملية يتم فيها طلاء طبقة من معدن بمعدن آخر عن طريق التحليل الكهربائي. فيما يلي بعض استخدامات الطلاء الكهربائي:



الاستخدام الأكثر شمولاً لطلاء الذهب هو في علب المجوهرات والساعات.


تمنع طلاءات الزنك تآكل المواد الفولاذية.


تستخدم المواد المطلية بالنيكل والكروم في السيارات والأجهزة المنزلية.