الخصائص الأساسية
هناك ثلاث خصائص رئيسية تجعل الكهرباء تعمل: الجهد والتيار والمقاومة. تعمل هذه الخصائص معاً داخل دائرة تسمى بالدائرة الكهربائية، مما يسمح للكهرباء بالانتقال من مكان إلى آخر. يقيس العلماء الجهد بوحدات تسمى الفولت، والتيار بالأمبير، والمقاومة بالأوم.
تؤدي هذه الكميات الثلاث
إلى علاقة رياضية بسيطة تسمى قانون أوم، حيث يعطي جهد واحد فولت عبر مقاومة
مقدارها واحد أوم تياراَ مقداره واحد أمبير.
حركة الإلكترونات
تبدأ عملية الكهرباء عندما تحفز
الطاقة الصادرة من الضوء أو الحرارة أو المجالات المغناطيسية إلكترونات الذرة، مما
يجعلها تتحرك. تمسك بعض الذرات إلكتروناتها بالقرب من النواة والبعض الآخر لا.
الذرات التي تفلت إلكتروناتها بسهولة هي الأفضل في توصيل التيار الكهربائي.
الموصلات والعوازل
تحتوي المواد مثل الفضة والذهب
والنحاس والألمنيوم على ذرات ذات إلكترونات غير مترابطة أي سهلة الإفلات، وهذه
العناصر كلها معادن، ومعظم المعادن موصلات جيدة للكهرباء. المواد مثل الزجاج
والهواء والبلاستيك تسمى العوازل. تركيب الإلكترون الخاص بهم يعيق تدفق التيار
الكهربائي.
التيار والجهد
لكي تتدفق الكهرباء على شكل تيار
كهربائي، يجب أن يكون هناك نوع من القوة أو الضغط يدفع الإلكترونات على طول وعلى
الدوام. تسمى هذه القوة بالقوة الدافعة الكهربائية أو EMF، والتي تسمى أيضاً بالجهد.
أجزاء من دائرة كهربائية
تحمل الدائرة التيار الكهربائي. وهي
تتألف من مصدر كهربائي وحمل وموصلات مثل الأسلاك التي تحمل التيار بين المصدر وذلك
الحِمِل. مثال على مصدر كهربائي هو البطارية. ومثال على الحِمِل الكهربائي هو
المصباح. كما ويمكن أن يكون الحِمِل تقريباً أي نوع من المكونات الإلكترونية، من
مصباح كهربائي بسيط إلى أجهزة معقدة مثل الهواتف الذكية.
الجهد والتيار
يحدد مقدار القوة الدافعة الكهربائية
المطبقة بواسطة المصدر؛ مقدار الجهد الذي يمر عبر الدائرة. على النقيض من ذلك،
التيار هو كمية الإلكترونات التي تتدفق عبر نقطة في الدائرة في فترة زمنية معينة.
المقاومة الكهربائية
يتعلق الجزء الأخير من أحجية الكهرباء
بنوع المقاومة التي تعمل ضد التيار الكهربائي. على سبيل المثال، إذا كنت ستستخدم
سلكين من العيار الثقيل في دائرتك، فسوف يتدفق تيار أكثر مما لو كنت ستستخدم سلكين
رفيعين. تتميز الأسلاك السميكة بمقاومة أقل وتسمح بتيار أكبر. إنه مشابه لتدفق
المياه عبر الأنبوب: يمكن أن يحمل الأنبوب الكبير كمية من الماء أكثر من الأنبوب
الضيق.
الكهرباء والطاقة
تحمل الكهرباء الطاقة، ويمكنك حساب
الطاقة الكهربائية بالواط بضرب الفولت في الأمبير. يتدفق التيار من المصدر
الكهربائي إلى الحمل والعودة مرة أخرى؛ يستخدم الحمل الطاقة الكهربائية لإنجاز
مهمة مفيدة، مثل إضاءة مصباح مطبخ أو تشغيل محرك كهربائي في سيارة هجينة.