تعریف آمپر و انرژی الکتریکی

آمپر و انرژی الکتریکی:
همان طور که قبلا گفتیم، واحد بار الکتریکی برابر با کولن است. در واقع می توان گفت که جریان بارهای الکتریکی در حلقه یک مدار، برابر با گردش جریان در آن مدار است.

انرژی_الکتریکی3

در این جا از حرف C به عنوان نماد کولن استفاده کرده ایم که نباید آن را با حرف C اشتباه گرفت که نماد خازن است.

به همین دلیل گاهی از حرف Q یا q برای نشان دادن بار الکتریکی استفاده می شود. به یاد داشته باشید که بار Q می تواند یا مثبت (Q+) و یا منفی (Q-) باشد که به ترتیب نشان دهنده اضافه بودن پروتون یا الکترون در بار است.

جریان بار در یک مدار بسته، در قالب الکترون ها، جریان الکتریکی نام دارد. با این حال، استفاده از اصطلاح «جریان بار» (Flow of Charge) به حرکت اشاره دارد، بنابراین می توان دریافت که برای برقراری جریان الکتریکی در یک مدار، بارها باید حرکت کنند.

این امر ممکن است منجر به این پرسش شود که چه چیزی بارها را مجبور به حرکت می کند؟

در پاسخ به این پرسش باید گفت که ولتاژ یا اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه انرژی الکتریکی لازم را برای حرکت بارهای الکتریکی در یک مدار در قالب جریان الکتریکی فراهم می کند.

پس کار انجام شده برای حرکت بارها توسط اختلاف پتانسیل ایجاد می شود و اگر هیچ اختلاف پتانسیلی بین دو نقطه وجود نداشته باشد، هیچ باری در مدار حرکت نخواهد کرد و هیچ جریانی نیز برقرار نخواهد شد.

یک بار ثابت و بدون حرکت، «الکتریسیته استاتیک» (Static Electricity) نام دارد.

اگر حرکت بارها، جریان الکتریکی نام داشته باشد، آن گاه به درستی می توانیم بگوییم که جریان برابر با نرخ حرکت یا نرخ شارش بارها است، اما چه مقدار بار یک جریان را نشان می دهد؟

اگر یک نقطه دلخواه را در یک مدار انتخاب کنیم و مقدار باری را اندازه بگیریم که دقیقا در یک ثانیه از آن نقطه عبور می کند، آن گاه می توانیم شدت جریان الکتریکی را بر حسب آمپر محاسبه کنیم و با نماد A آن را نشان دهیم.

بنابراین یک آمپر جریان برابر با یک کولن بار است که در واحد زمانی یک ثانیه از یک نقطه مفروض مدار می گذرد.

هر چه بارهای الکتریکی بیشتری از آن نقطه عبور کنند، شدت جریان الکتریکی بزرگ تر خواهد بود. یک آمپر جریان الکتریکی را به صورت یک کولن بار الکتریکی تعریف می کنیم.

برای واحد جریان الکتریکی معادله زیر برقرار است:

در این رابطه، Q برابر با بار الکتریکی (بر حسب کولن) و t برابر با زمان عبور بار بر حسب ثانیه است. جریان الکتریکی هم دارای دامنه (مقدار بار) و هم جهت متناضر با آن است. نماد بسیار متداول برای جریان الکتریکی، حرف I یا i، برگرفته از کلمه «شدت» (Intensity) است؛ زیرا جریان در واقع شدت یا تمرکز عبور بار در مدار است.

برای یک جریان ثابت یا DC، حرف I معمولا مورد استفاده قرار می گیرد، در حالی که برای یک جریان متغیر با زمان یا AC معمولا از حرف کوچک i استفاده می شود.i(t) برابر با مقدار لحظه ای جریان دقیقا در لحظه t است.

گاهی اوقات ساده تر است که این روابط را با استفاده از یک تصویر به یاد بسپاریم. به عنوان مثال در تصویر زیر، سه مقدار Q و I و t در یک مثلث وارد شده اند که نشان دهنده محل واقعی هر کمیت در در فرمول جریان است.

رابطه بین سه مقدار Q و I و t