التيار الكهربائي هو ظاهرة فيزيائية ناتجة عن إزاحة الإلكترونات أو الأيونات التي تحفز المجالات الكهربائية، ومن خلال الاتفاقية يعتبر التيار بمثابة تدفق شحنات موجبة، وشدة التيار هي كمية الشحنة التي تمر في موصل لكل وحدة زمنية، ويتم قياس شدة التيار بالأمبير، والتيار الكهربائي هو معدل تدفق الشحنة الكهربائية ويقال أن التيار الكهربائي موجود عندما يكون هناك تدفق صاف للشحنة الكهربائية عبر المنطقة 832 في الدوائر الكهربائية، وغالبا ما يتم شحن هذه الشحنة بواسطة إلكترونات تتحرك عبر سلك، كما يمكن حملها بواسطة أيونات في الإلكتروليت أو عن طريق كل من الأيونات والإلكترونات كما هو الحال في الغاز المتأين (البلازما) .

قوانين التيار الكهربائي

القانون الأول

شدة التيار الكهربائي مقاسا بوحدة الأمبير = الشحنة الكهربائية المارة بمقطع موصل مقاسة بوحدة الكولوم ÷ زمن مرور الشحنة، مقاسا بوحدة الثانية، “وبالرموز : ت = ش÷ ز” .

القانون الثاني

شدة التيار الكهربائي = عدد الجسيمات المشحونة لكل وحدة حجم × مساحة المقطع العرضي للموصل × الشحنة الموجودة في كل جسيم × سرعة الانسياق .

القانون الثالث

شدة التيار الكهربائي مقاساً بوحدة الأمبير = فرق الجهد الكهربائي مقاساً بوحدة الفولت ÷ المقاومة الكهربائية مقاسة بوحدة الأوم، “وبالرموز: ت = ج \ م” .

وحدة التيار الكهربائي

وحدة SI للتيار الكهربائي هي الأمبير، وهو تدفق الشحنة الكهربائية عبر سطح بمعدل كولوم واحد في الثانية، ورمز الأمبير هو (A)، وهو وحدة أساسية، ويتم قياس التيار الكهربائي باستخدام جهاز يسمى مقياس التيار الكهربائي، والتيارات الكهربائية تسبب تسخين جول مما يخلق الضوء في المصابيح المتوهجة، كما أنها تخلق مجالات مغناطيسية تستخدم في المحركات والمحثات والمولدات، وتسمى الجزيئات المتحركة المشحونة في التيار الكهربائي بحاملات الشحن، وفي المعادن يرتبط إلكترون واحد أو أكثر من كل ذرة بشكل فضفاض بالذرة، ويمكنه التحرك بحرية داخل المعدن، وإلكترونات التوصيل هذه هي حاملات الشحنة في الموصلات المعدنية .

رمز التيار الكهربائي

الرمز التقليدي للتيار الحالي هو I ، والذي ينشأ من العبارة الفرنسية ” intensité du courant”  والتي تعني “الشدة الحالية”، وغالبا ما يشار إلى شدة التيار ببساطة كتيار وتم استخدام الرمز I بواسطة ” André-Marie Ampère”، وبعده تم تسميته وحدة التيار الكهربائي، وفي صياغة قانون قوة الأمبير (1820) سافر الترميز من فرنسا إلى بريطانيا العظمى حيث أصبح معيارا، وعلى الرغم من أن مجلة واحدة على الأقل لم تتغير من استخدام C إلى I حتى عام 1896 .

توصيلات شدة التيار الكهربائي

في مادة موصلة تسمى الجسيمات المتحركة المشحونة التي تشكل التيار الكهربائي باسم حاملات الشحنة، وفي المعادن التي تشكل الأسلاك والموصلات الأخرى في معظم الدوائر الكهربائية، يتم الاحتفاظ بالنواة الذرية المشحونة إيجابيا للذرات في وضع ثابت، والإلكترونات سالبة الشحنة هي ناقلات الشحنة وحرة في التحرك في المعدن، وفي مواد أخرى، ولا سيما أشباه الموصلات يمكن أن تكون حاملات الشحنة موجبة أو سلبية، واعتمادا على المنشطات المستخدمة قد تكون موجات الشحنة الموجبة والسالبة موجودة في نفس الوقت، كما يحدث في المنحل بالكهرباء في خلية كهروكيميائية .

يعطي تدفق الشحنات الموجبة نفس التيار الكهربائي، وله نفس التأثير في الدائرة كتدفق متساوي لشحنات سالبة في الاتجاه المعاكس، ونظرا لأن التيار يمكن أن يكون عبارة عن تدفق الشحنات الموجبة أو السالبة أو كليهما، يلزم وجود اتفاقية لاتجاه التيار المستقل عن نوع حاملات الشحن، ويتم تعريف اتجاه التيار التقليدي بشكل تعسفي على أنه نفس اتجاه تدفق الشحنات الموجبة، ونظرا لأن الإلكترونات حاملات الشحن في الأسلاك المعدنية ومعظم الأجزاء الأخرى من الدوائر الكهربائية لها شحنة سالبة، وبالتالي فإنها تتدفق في الاتجاه المعاكس لتدفق التيار التقليدي في دائرة كهربائية .

الاتجاه المرجعي للتيار الكهربائي

نظرا لأن التيار في سلك أو مكون يمكن أن يتدفق في أي من الاتجاهين، فعندما يتم تعريف المتغير I لتمثيل هذا التيار، يجب تحديد الاتجاه الذي يمثل التيار الإيجابي، وعادة بواسطة سهم على الرسم التخطيطي للدارة، وهذا ما يسمى الاتجاه المرجعي للتيار الأول، وإذا كان التيار يتدفق في الاتجاه المعاكس فإن المتغير I له قيمة سالبة، وعند تحليل الدوائر الكهربائية يكون الاتجاه الفعلي للتيار من خلال عنصر دائرة محدد عادة غير معروف .

وغالبا ما يتم تعيين الاتجاهات المرجعية للتيارات بشكل تعسفي، وعندما يتم حل الدائرة فإن القيمة السلبية للمتغير تعني أن الاتجاه الفعلي للتيار من خلال عنصر الدائرة هذا عكس الاتجاه المرجعي المختار، وفي الدوائر الإلكترونية غالبا ما يتم اختيار اتجاهات التيار المرجعي بحيث تكون جميع التيارات باتجاه الأرض، وغالبا ما يتوافق هذا مع الاتجاه الحالي الفعلي لأن جهد التيار الكهربائي إيجابي في العديد من الدوائر فيما يتعلق بالأرض .

التيار المتردد والمباشر

في أنظمة التيار المتردد تعمل حركة الشحن الكهربائي على عكس الاتجاه بشكل دوري، والتيار المتردد هو شكل من أشكال الطاقة الكهربائية الأكثر شيوعا التي يتم توصيلها إلى الشركات والمساكن، والموجي المعتاد لدائرة طاقة التيار المتردد هو موجة جيبية، وتستخدم بعض التطبيقات أشكال موجية مختلفة مثل الأمواج المثلثة أو المربعة، وإشارات الصوت والراديو المحمولة على الأسلاك الكهربائية هي أيضا أمثلة على التيار المتناوب، والهدف المهم في هذه التطبيقات هو استعادة المعلومات المشفرة (أو المعدلة) على إشارة AC .

في المقابل التيار المباشر (DC) هو التدفق أحادي الاتجاه للشحنة الكهربائية أو النظام الذي تكون فيه حركة الشحن الكهربائي في اتجاه واحد فقط، ويتم إنتاج التيار المباشر بمصادر مثل البطاريات والمزدوجات الحرارية والخلايا الشمسية والآلات الكهربائية من نوع عاكس الحركة من النوع الديناميكي، وقد يتدفق التيار المباشر في الموصل مثل السلك، ولكن يمكن أيضا أن يتدفق عبر أشباه الموصلات والعوازل، أو حتى من خلال فراغ كما هو الحال في أشعة الإلكترون أو الحزم الأيونية، وكان الاسم القديم للتيار المباشر هو التيار الكلفاني .