اتجاه التيار - يسري من سالب إلى الموجب ؟
اتجاه التيار - هل يسري من سالب إلى الموجب أو العكس ؟
بعد العديد من الرسائل حول موضوع (اتجاه التيار) سنحاول ، وبعون اله ، شرح وسرد ما توصل له علم الإليكترونيات من توضيح ، أو ربما عدم توضيح هذا الموضوع ؟
هناك ظروف كثيرة يتعرض لها المختص تفرض عليه معرفة ، أ و تحديد بيقين ، إلى أين يتجه التيار ؟
ويواجه المختص خلال ممارساته العملية (الغير بحثية) فروضا تجلب له الكوارث مختلفة المدى إذا لم يتقيد بالقطبية والاتجاه . خاصة من خلال التعامل مع الجهود المستمرة والحقول المغناطيسية ، ومحركات الجهد المستمر ، والعناصر القطبية ، مثل الترانزيستور، بأقطابه الثلاثة ، المكثف القطبي ، والصمام الثنائي ، الذي يسري به التيار باتجاه واحد .
والثابت الآن علميا هو "أن الحركة الموجهة أو التنقل الموجه للشحنات يسمى تيار كهربائي" .
وأن التيار الكهربائي يسري من نقطة مرتفعة (فرق) الكمون إلى نقطة يكون فيها (فرق) الكمون منخفضا ، وبأن للتيار الكهربائي اتجاه ، فذلك ثابت أيضا علميا.
والتحديد بأن للتيار اتجاه ، فقد توصل له العلم منذ بداية القرن الثامن عشر، ولكن لم يعرف بعد، إلى أين يتجه ، كما أن مراقبته مستحيلة ، وبما أن التيار لم يظهر للعين المجردة كمادة تتحرك من نقطة إلى أخرى .
وقد تقدم علم الكهرباء كثيرا منذ بداية القرن الثامن عشر حين أتستطاع الإنسان أن ينتج افياض دائمة للشحنات ، وبكميات كافية ، وذلك يرجع إلى تجارب ما يسمى ب "أعمدة فولتا" التي قام بها العالمان الإيطاليان فولتا وجالفاني .
وقام العالم الألماني أورشتيد ( C. Oerstedt ) عام 1820 بإثبات ، ب "أن الشحنات تتحرك" ، وأن التحرك مصاحب بمجال مغناطيسي . ولم يذكر أورشتيد حين ذاك مصطلح "التيار الكهربائي" بعد ، ولا عن اتجاهه ، بل تحدث عن "أزمة كهربائية" تدفع الإبرة المغناطيسية لتحرك ، وكان التصور حين ذاك بأن "الكهرباء الموجبة" و "الكهرباء السالبة" يلتقيان في السلك الموصل وينتج عن ذلك ، كما ذكر أورشتيد ، حرارة ، ظواهر مغنطة ، وظواهر ضوئية".
ثم جاء العالم الفرنسي أمبير( 22/1/1775ــ 10/6/1836) ، وأدخل مصطلح التيار الكهربائي الذي يستعمل حتى الآن ، وقد حدد اتجاهه (عشوائيا) واستنادا لجهاز تحليل الماء (إلكتروليز) . وتم التحديد "بأنه من سلك الأكسجين إلى سلك الهيدروجين" ، ولم يعلم أمبير ، حين ذاك أن القشريات (الحرة) للذرة التي تحوم حول النواة ، أي الإليكترونات الحرة هي وحدها التي تخترق الأيونات المتجمعة والمتماسكة في المعادن) ..
وحتى بداية القرن التاسع عشر لم يكن يعرف بعد ، ما هي المسببات الحقيقية للتيار .
والمعروف علميا أن للمجال الكهربائي "الهادئ" ( ساكن ودون حركة) لا يتأثر من المجال المغناطيسي ، ولكنه ينفعل ويتفاعل مع الشحنات الكهربائية المتحركة . وذلك ما حددته نظرية عالم الفيزياء الهولندي هيندريك لورنس (1853-1928) (أنظر تجربة لورنس) ، وقد سمي الاكتشاف ب-"قوة لورنس" ، وهي القوة التي تتفاعل عموديا لحركة الإليكترونات وعموديا للخطوط المغناطيسية .
وقد حدد "فيض الأيونات الموجبة كاتجاه للتيار". وتم اعتناق ذلك كتعريف ، من حقل "الإليكتروستاتيك" حين ذاك (أي حقل الكهروصوتية) ، اعتقادا بأن نقل الشحنات يتم عن طريق الجزيئات الموجبة ، وقبل أي سابق معرفة عن الإليكترونات ولا عن بنائها وهيكلها (مثل نموذج بور لهيكل الذرة) ، وقبل الاكتشاف بأن الإليكترونات (السالبة) هي التي تتحرك في الموصلات المعدنية ، وأن تنقل الفيض الكهربائي لا يتم إلا عن طريق ما يسمى "بالإليكترونات الحرة" والتي تتنقل من ذرة إلى أخرى خلال الموصل المعدني ، وهذا الإليكترونات هي الناقل الحقيقي للتيار ، مثل لأسلاك النحاسية مثلا ، وبأن البروتونات الموجبة تتماسك مع الذرات خلال التجمع الصلب للمعادن الموصلة ، وبعبارة أخرى كان ذلك تبنيا وليس مثبتا علميا ، وقد سمي الاتجاه المعتنق ب- "الاتجاه التقني " ، بعكس اتجاه الإليكترونات الحقيقي ب- "الاتجاه الفيزيائي" أو "اتجاه الإليكترونات" .
وهنا يجب الذكر بأن الشحنات الموجبة تتنقل أيضا وذلك في بعض المواد مثل السوائل العازلة والمواد النصف موصلة . وداخليا من خلال مصادر مولدة للجهد تنتقل الشحنات (الأيونات) الموجبة من القطب الموجب إلى القطب السالب ، وخارجيا تنتقل الإليكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب .
تجارب حول الموضوع
تحديد اتجاه التيار بالتفاعل الكيميائي - كهربائي
يمكن تحديد اتجاه التيار الكهربائي بوسيلة التحليل (إلكتروليز) لسوائل خليط الماء مع الحوامض والأملاح والقلويات ، حيث تبدأ عملية تحليل (تفكيك) بمجرد توصيل جهد كهربائي فتجتمع الشحنات السالبة حول القطب الموجب وتجتمع الشحنات الموجبة حول القطب السالب .
تجربه مقتبسة لنظرية "قوة لورنس" :
http://home.a-city.de/walter.fendt/phys/lorentzkraft.htmترجمة الأوامر في صفحة "قوة لورنس"
Ein/Aus = وقف وتشغيل
Umpolen = تبديل القطبية
Magnet umdrehen = تغيير قطبية المغناطيس
تجربة كهربائية لتحديد اتجاه التيار (1)
لو علق حزام من ورق الألمنيوم أفقيا و تم توصيله بجهد كهربائي منخفض (بتيار عالي بعض الشيء) فسوف ينحني جانبا ، ولو تم تغير قطبية التيار(أي اتجاه التيار) فسينحني الحزام إلى الجانب الآخر .
تجربة كهربائية لتحديد اتجاه التيار (2)
تحديد اتجاه التيار كهربائيا
رغم أنه لا يمكن رؤية سيران الشحنات ، فهذه التجربة تثبت أن للتيار اتجاه ، كما تشكل هذه التجربة المبدأ البسيط للمحرك الكهربائي ، وتحتاج التجربة العناصر التالية :
- بطارية 1,5 فولت كبيرة الحجم (أو بطارية 4,5 فولت)
- سلك نحاسي (متر أو نصف متر ، وبقطر 0,5 حتى 0,8 ميلي متر) وليس مهم إذا كان معزولا أو لا .
- بوصلة
- وورق لاصق (لتثبيت السلك على الطاولة)
وتوضع البوصلة على الطاولة دون أن يكون حولها أي مغنطة أو مواد مثيرة للمغنطة مثل الحديد ويجب الانتظار حتى يهدأ عقرب البوصلة من الحركة ويستقر على الاتجاه الشمالي - جنوبي ، ثم يلصق السلك ويثبت على الطاولة فوق أو تحت البوصلة (كما هو ظاهر في الشكل )وبالاتجاه الموازي لعقرب البوصلة ، ثم يتم توصيل نهايات السلك بأقطاب البطارية ثم يتم تبديل الأقطاب وخلال ذلك مراقبة عقرب البوصلة .
ملاحظة :
يجب أن لا يمتد التوصيل إلى أكثر من ثواني لأن مقاومة السلك ضئيلة جدا ويشكل السلك كمستهلك وبذلك تكوّن هذه الدارة الكهربائية ما يشبه القصر حيث يسخن السلك وتتفرغ البطارية من الجهد خلال دقائق معدودة .
والى لقاء آخر
محمد زكي (عنتر
