سريان الشحنة الكهربائية

صاعقة البرق تُطلق كمية هائلة من الطاقة الكهربائية في لحظة واحدة ثم تنتهي. أما المصباح والثلاجة والهاتف فتحتاج إلى طاقة كهربائية ثابتة ومستمرة يمكننا التحكم فيها، وهذه الطاقة يوصلها لنا التيار الكهربائي.

ما الشحنات التي تتدفّق؟ يعتمد ذلك على المادة:

• في المواد الصلبة كالأسلاك النحاسية: تتدفّق الإلكترونات.
• في السوائل: تتدفّق الأيونات، وقد تكون موجبة أو سالبة الشحنة.

لنفهم الكهرباء، نتخيّل الماء. انظر إلى هذه الحلقة:

1. المضخة ترفع الماء من الأسفل إلى الأعلى، فتزيد طاقة وضعه.
2. عندما يهبط الماء، تتحول طاقة وضعه إلى طاقة حركية تُدير التوربين.
3. يعود الماء إلى المضخة، فترفعه من جديد… وهكذا.

حتى يستمر هذا الدوران، يجب أن يتدفّق الماء في مسار مغلق؛ فلو انقطع الأنبوب في أي مكان لتوقّف كل شيء.

أبسط دائرة كهربائية تتكوّن من:

• مصدر للطاقة الكهربائية مثل البطارية.
• أسلاك توصيل تصنع المسار المغلق.
• وغالبًا جهاز يستفيد من الطاقة، مثل المصباح.

يستمر سريان التيار في الدائرة، ولا يتوقف إلا إذا حدث قطع في أي جزء منها.

المضخة ترفع الماء فتزيد طاقة وضعه. والبطارية تقوم بالعمل نفسه في الدائرة: إنها تزيد طاقة الوضع الكهربائية للإلكترونات، وهذه الطاقة تتحوّل في المصباح إلى ضوء وحرارة.

كلما ازداد الجهد الكهربائي، ازدادت الطاقة التي يمكن أن تتحوّل إلى أشكال أخرى، كالضوء والحرارة والحركة.

قد تظن أن كل إلكترون ينطلق بسرعة ويُكمل دورة كاملة حول الدائرة. الحقيقة مختلفة!

• عند توصيل السلك بالبطارية، تُنتج البطارية مجالًا كهربائيًا داخل السلك.
• هذا المجال يدفع الإلكترونات نحو القطب الموجب.
• لكن الإلكترون في طريقه يتصادم مع الشحنات الأخرى داخل السلك فينحرف، ثم يعود ليتحرك من جديد.
• عدد هذه التصادمات قد يزيد على 10 تريليون مرة في الثانية الواحدة!

لذلك يتحرك الإلكترون ببطء شديد، وقد يحتاج إلى عدة دقائق ليقطع سنتيمترًا واحدًا فقط داخل السلك.