جریان الکتریکی

جریان الکتریکی نرخ عبور بارهای الکتریکی از یک نقطه یا یک سطح است. جریان الکتریکی زمانی به وجود می‌آید که یک جریان خالص از بارهای الکتریکی در یک منطقه وجود داشته باشد.

اغلب در مدارهای الکتریکی این بار توسط الکترون‌هایی که از طریق سیم حرکت می کنند، حمل می‌شود.

همچنین این بار می‌تواند توسط یون‌های موجود در یک الکترولیت، یا توسط یون‌ها و الکترون‌ها (مانند آنچه در یک گاز یونیزه یا پلاسما رخ می‌دهد) حمل شود.
واحد جریان الکتریکی در سیستم SI آمپر است که مقدار عبور جریان بار الکتریکی از یک سطح را با نرخ یک کولن بر ثانیه نشان می‌دهد.

آمپر (نماد: A) یک واحد پایه در سیستم SI است.

جریان الکتریکی با استفاده از یک آمپرسنج اندازه گیری می‌شود.

جریان الکتریکی باعث گرمای ژولی می ‌شود که این پدیده مسبب ایجاد نور در لامپ های رشته ‌ای است و همچنین میدان‌ هایی مغناطیسی ایجاد می‌کند که در موتورها، واسطه ها و ژنراتور‌ها استفاده می‌شود.

ذرات شارژ شده متحرک در یک جریان الکتریکی، حامل شارژ نامیده می‌ شوند.

در فلزات، یک یا چند الکترون از هر اتم، آزادانه به اتم متصل می‌ شوند، به این صورت که می ‌توانند آزادانه در اطراف فلز حرکت کنند. این الکترون‌های هدایت کننده، حامل‌ بار در سیم‌های فلزی هستند.

جریان الکتریکی ۱

نماد

نماد قرار دادی برای جریان، I است، که از اصطلاح فرانسوی intensité du courant (شدت جریان) به دست آمده است.

شدت جریان اغلب برای سادگی با عنوان جریان استفاده می ‌شود.

نماد I اولین بار توسط آندره ماری آمپر استفاده شد، همان کسی که واحد جریان الکتریسیته از نام وی برگرفته شده است.

جریان الکتریکی ۲

قراردادها

در مواد رسانا، ذرات شارژ شده متحرک که جریان الکتریکی را تشکیل می‌دهند، حامل‌ های بار نامیده می‌شوند.

در فلزات، که سیم‌ ها و دیگر هادی‌ ها را در اکثر مدار های الکتریکی تشکیل می دهند، اتم ‌ها ذرات بار مثبت اتم را در موقعیت ثابت نگه داشته و الکترون‌ها با بار منفی، حامل‌ بار هستند که به راحتی در فلز حرکت می‌کنند.

در مواد دیگر، به خصوص نیمه هادی‌ ها، حامل‌ بار می‌تواند مثبت یا منفی باشد. حامل ‌های مثبت و منفی بار حتی ممکن است هم زمان حضور داشته باشند، همانطور که در الکترولیت در سلول الکتروشیمیایی اتفاق می‌افتد.

جریان بارهای مثبت، جریان الکتریکی مشابهی را به وجود می آورد و در مدار اثری مشابه با جریان بارهای منفی دارد که می‌توان آن را به عنوان جریانی برابر با بار منفی در جهت مخالف در نظر گرفت.

از آنجا که جریان می تواند توسط بارهای مثبت یا منفی یا هر دو حمل شده باشد، قراردادی برای جهت جریان لازم است که مستقل از نوع حامل‌ بار مورد نیاز باشد.

جهت جریان کنونی به صورت قراردادی به عنوان مسیر جابجایی بار های مثبت تعریف می‌شود. از آنجا که الکترون ها، حامل‌ بار در سیم‌ های فلزی و بیشتر قسمت ‌های مدارهای الکتریکی هستند، دارای بار منفی می باشند و در نتیجه در جهت مخالف جریان قراردادی در یک مدار الکتریکی جریان می ‌یابند.

جریان الکتریکی ۳

قانون اهم

قانون اهم اینطور می گوید که جریان در یک رسانا بین دو نقطه، به طور مستقیم با اختلاف پتانسیل در آن دو نقطه متناسب است.

معادله ریاضی این رابطه به صورت زیر است:

به صورتی که I جریان رسانا در واحد آمپر، V تفاوت پتانسیل در رسانا در واحد ولت و R مقاومت رسانا در واحد اهم اندازه گیری شده است. به طور خاص، قانون اهم می‌گوید : مستقل از جریان، R در این رابطه ثابت است.

جریان متناوب و مستقیم

در سیستم های جریان متناوب  (AC)، حرکت بار الکتریکی به طور دوره‌ای مسیر خود را تغییر می‌دهد.

AC نوعی از قدرت الکتریکی است که به طور معمول برای کسب و کار و در ساخت و سازها استفاده می‌شود. برای کاربرد های مختلف از شکل های مختلف موج مانند امواج مثلثی یا مربعی استفاده می‌کنند.

سیگنال‌ های صوتی و رادیویی که بر روی سیم ‌های الکتریکی اعمال می ‌شوند نیز نمونه‌ هایی از جریان متناوب هستند.

هدف مهم در این کار، بازیابی اطلاعاتی است که روی سیگنال AC قرار می ‌گیرند.

در مقابل، جریان مستقیم (DC) یک جریان الکتریکی است که در آن حرکت بار الکتریکی تنها در یک جهت است. جریان مستقیم توسط منابعی مانند باتری‌ ها، ترموکوپل ‌ها، سلول‌های خورشیدی و … تولید می‌شود.

جریان مستقیم ممکن است در یک رسانا مانند سیم جریان یابد. نام قدیم جریان مستقیم، جریان گالوانیک بود.

پدیده ها

نمونه های قابل مشاهده طبیعی از جریان الکتریکی وجود دارد مانند رعد و برق، تخلیه الکتریکی استاتیک و باد خورشیدی، منبع شفق‌های قطبی. منابع الهامی که باعث شد انسان جریان الکتریکی را کشف کند شامل جریان الکترون های رسانا در سیم های فلزی مانند خطوط برق فوقانی است که انرژی الکتریکی را در فاصله های طولانی فراهم می‌کند و همچنین سیم ‌های کوچکتری که در تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی وجود دارند.

جریان چرخان، جریانی الکتریکی است که در رسانا های در معرض تغییر میدان مغناطیسی رخ می ‌دهد.

به طور مشابه، جریان های الکتریکی به ویژه در سطح هادی ‌هایی که در معرض امواج الکترومغناطیسی قرار دارند، رخ می‌دهد. هنگامی که نوسانات جریان الکتریکی در ولتاژ های صحیح درون آنتن ‌های رادیویی جریان می‌یابند، امواج رادیویی تولید می ‌شوند.