جریان الکتریکی

جریان الکتریکی یکی از پدیده‌های مهم و پایه‌ای در فیزیک است که در بسیاری از حوزه‌های مختلف از جمله الکترونیک، الکترومغناطیس، مهندسی برق، نورپردازی، رادیو ،بازی و… به کار می‌رود. در این مقاله به معرفی و توضیح جریان الکتریکی  و به بررسی برخی از ویژگی‌های آن پرداخته می‌شود.

جریان الکتریکی چیست؟

جریان الکتریکی به معنی جابجایی الکترون‌ها در یک رسانا است که توانایی عبور جریان الکتریکی را دارد. در واقع، هرگاه الکترون‌ها در یک رسانا جابجا شوند، جریان الکتریکی ایجاد می‌شود. این جریان به صورت نوسانی با فرکانس‌های مختلف می‌تواند ایجاد شود و به دو صورت AC (متناوب) و DC (پیوسته) باشد. برای توصیف جریان الکتریکی از واحد آمپر (A) استفاده می‌شود. همچنین، برای محاسبه جریان الکتریکی در یک رسانا، از قانون اهم استفاده می‌شود که بیانگر رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت است. بر اساس این قانون، جریان الکتریکی برابر با نسبت ولتاژ به مقاومت رسانا است.

برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی، از ابزارهایی مانند آمپرمتر استفاده می‌شود. آمپرمتر یکی از دستگاه‌های قابل اتصال به مدار الکتریکی است که به منظور اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی در مدار استفاده می‌شود. برای اندازه‌گیری دقیق جریان الکتریکی، معمولاً از آمپرمتر‌های حساس و با دقت بالا استفاده می‌شود.

در جریان الکتریکی، مفاهیم مختلفی وجود دارند که می‌تواند به بررسی آن‌ها نیز پرداخت. از جمله این مفاهیم می‌توان به مقاومت الکتریکی، توان الکتریکی، جریان متناوب، جریان پیوسته و… اشاره کرد. همچنین، در این حوزه از نمودار کاربردی مشهوری به نام نمودار کاراکتریستیک رساناها است که با استفاده از آن می‌توان ویژگی‌های رساناها را به صورت گرافیکی نمایش داد.

تاریخچه جریان الکتریکی

تاریخچه جریان الکتریکی با بازگشت به دهه ۱۷۳۰ میلادی آغاز می‌شود، زمانی که کارل فرادیک روبنر، فیزیکدان سوئدی، اولین توضیحات را دربارهٔ اثرات الکتریسیته و مغناطیس در همان سال ارائه داد. در سال ۱۸۳۱، مایکل فارادی، فیزیکدان انگلیسی، نشان داد که هنگامی که میدان مغناطیسی به یک رسانا اعمال می‌شود، جریان الکتریکی در آن ایجاد می‌شود. این پدیده از طریق قانون فارادی از نام او شناخته می‌شود. در دهه ۱۸۵۰، چارلز فردریک برنز، فیزیکدان آلمانی، جریان الکتریکی را به صورت ریاضی شرح داد و بنیانگذار نظریهٔ الکترومغناطیسی شد. این نظریه بعداً توسط جیمز کلرک ماکسول، فیزیکدان اسکاتلندی، گسترش یافت و معروف به معادلات ماکسول شد. این تئوری جدید برای پیش‌بینی پدیده‌های الکترومغناطیسی در طیف گسترده‌ای از مقیاس‌ها کاربرد دارد.

کاربردهای جریان الکتریکی

• یکی از کاربردهای مهم جریان الکتریکی در الکترونیک است. الکترونیک به مطالعه و طراحی سیستم‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی اشاره دارد که با استفاده از الکترون‌ها و جریان الکتریکی کار می‌کنند. برای طراحی و ساخت سیستم‌های الکترونیکی، شناخت ویژگی‌های جریان الکتریکی بسیار مهم است.
• یکی دیگر از کاربردهای جریان الکتریکی در الکترومغناطیس است. الکترومغناطیس به مطالعه و بررسی رفتار و تعامل بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌پردازد. جریان الکتریکی با ایجاد میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، نقش مهمی در ایجاد پدیده‌های الکترومغناطیسی دارد.
•  در صنعت و مهندسی برق، به منظور کنترل و مدیریت جریان الکتریکی، از ابزارهایی مانند رله، مقاومت، خازن و … استفاده می‌شود. این ابزارها با استفاده از خواص الکتریکی مانند مقاومت، خازن و اندازه جریان، به منظور کنترل جریان الکتریکی در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند.
• در مطالعات علوم زمین و اکتشافات معدنی، از جریان الکتریکی برای بررسی ساختارهای زیرزمینی و شناسایی معادن استفاده می‌شود. در این روش، با اعمال جریان الکتریکی به زیر زمین، تغییرات میدان الکتریکی بررسی می‌شود و با استفاده از این اطلاعات، ساختار زیرزمینی شناسایی می‌شود.
• جریان الکتریکی با شدت مشخص، میدان الکتریکی خود را ایجاد می‌کند که به عنوان میدان الکتریکی جریان نامیده می‌شود. این میدان الکتریکی در کنار میدان مغناطیسی که توسط جریان الکتریکی ایجاد می‌شود، در تعیین خواص مدارهای الکتریکی و دستگاه‌های الکترونیکی نقش مهمی دارد.
• جریان الکتریکی با توجه به مبانی فیزیکی آن، در کنترل پدیده‌های مختلفی مانند گرمایش و سرمایش، تولید انرژی الکتریکی، ایجاد میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، تولید نور و… استفاده می‌شود.

علاوه بر کاربردهای گوناگون، جریان الکتریکی نیز از نظر تئوری و مبانی فیزیکی، بسیار مهم و جالب است. برای مثال، جریان الکتریکی در اثر تغییرات میدان مغناطیسی به وجود می‌آید و این پدیده به عنوان قانون فارادی در فیزیک شناخته می‌شود.

در نهایت، جریان الکتریکی یکی از پدیده‌های پایه و حیاتی در علوم و مهندسی برق است که در بسیاری از حوزه‌های مختلف به کار می‌رود. شناخت ویژگی‌های جریان الکتریکی، به طور گسترده در طراحی و ساخت سیستم‌های الکترونیکی و الکترومغناطیسی استفاده می‌شود و برای دانشجویان و پژوهشگران حوزه الکترونیک و برق، موضوعی بسیار جذاب و پویاست. با توجه به کاربردهای گوناگون جریان الکتریکی، اهمیت آن در صنایع مختلف و تحقیقات علمی و فنی مشخص است. این پدیده برای دانشجویان و علاقمندان به حوزه الکترونیک و برق، فرصتی برای بررسی و کشف جوانب مختلف و بسیار جذاب است.