مقدمة
الأمبير (بالإنجليزية: Ampere)، ويُرمز له بالرمز (A)، هو وحدة قياس التيار الكهربائي في النظام الدولي للوحدات (SI). يُعد الأمبير وحدة أساسية، ويُعرَّف بأنه التيار الثابت الذي إذا مر في موصلين متوازيين مستقيمين طويلين ومهملين المقطع العرضي، وموضوعين في الفراغ على بعد متر واحد من بعضهما البعض، فإنه ينتج بينهما قوة تساوي 2 × 10-7 نيوتن لكل متر من الطول.
ببساطة، يمكن اعتبار الأمبير مقياسًا لعدد الإلكترونات التي تتدفق عبر نقطة معينة في الدائرة الكهربائية في وحدة الزمن. كلما زاد عدد الإلكترونات التي تتدفق، زاد التيار الكهربائي، وبالتالي زاد قيمة الأمبير.
تاريخ الأمبير
تمت تسمية وحدة الأمبير تكريمًا للعالم الفرنسي أندريه ماري أمبير (André-Marie Ampère) (1775-1836)، وهو أحد رواد علم الكهرومغناطيسية. اكتشف أمبير العلاقة بين التيار الكهربائي والمغناطيسية، ووضع العديد من القوانين الأساسية التي تصف هذه العلاقة. في الأصل، تم تعريف الأمبير بناءً على قانون فاراداي للتحليل الكهربائي، ولكن تم إعادة تعريفه لاحقًا ليصبح أكثر دقة وقابلية للتطبيق في القياسات العملية.
تعريف الأمبير
التعريف الحالي للأمبير، الذي اعتمده المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) في عام 2018، يعتمد على تثبيت القيمة العددية للشحنة الأولية (e) لتكون 1.602176634 × 10-19 كولوم. بناءً على ذلك، يُعرَّف الأمبير بأنه التيار الناتج عن تدفق 1/(1.602176634 × 10-19) من الشحنات الأولية (الإلكترونات) في الثانية الواحدة.
هذا التعريف الجديد للأمبير يجعله مرتبطًا بشكل مباشر بالثوابت الفيزيائية الأساسية، مما يضمن استقراره ودقته على المدى الطويل. كما أنه يسهل عملية معايرة الأجهزة المستخدمة لقياس التيار الكهربائي.
العلاقة بين الأمبير والوحدات الأخرى
يرتبط الأمبير ارتباطًا وثيقًا بالعديد من الوحدات الأخرى في النظام الدولي للوحدات، وخاصة الفولت والأوم والواط. يمكن وصف هذه العلاقات باستخدام قانون أوم وقانون القدرة الكهربائية:
- قانون أوم: يربط قانون أوم بين الجهد (V) والتيار (I) والمقاومة (R) في الدائرة الكهربائية: V = I × R. بعبارة أخرى، الجهد يساوي التيار مضروبًا في المقاومة.
- قانون القدرة الكهربائية: يربط قانون القدرة الكهربائية بين القدرة (P) والجهد (V) والتيار (I): P = V × I. بعبارة أخرى، القدرة تساوي الجهد مضروبًا في التيار.
من خلال هذه العلاقات، يمكن حساب الأمبير إذا علمنا قيم الجهد والمقاومة أو الجهد والقدرة.
أهمية الأمبير في الحياة اليومية
يلعب الأمبير دورًا حاسمًا في حياتنا اليومية، حيث أنه الوحدة الأساسية لقياس التيار الكهربائي الذي يشغل جميع الأجهزة والمعدات الكهربائية التي نستخدمها. إليك بعض الأمثلة على أهمية الأمبير:
- تشغيل الأجهزة المنزلية: تحتاج جميع الأجهزة المنزلية، مثل الثلاجات والغسالات والتلفزيونات، إلى تيار كهربائي للعمل. يتم تحديد كمية التيار التي يحتاجها كل جهاز بالأمبير.
- شحن الأجهزة الإلكترونية: تحتاج الأجهزة الإلكترونية المحمولة، مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، إلى شحن بطارياتها باستخدام تيار كهربائي. يتم تحديد كمية التيار التي تحتاجها هذه الأجهزة للشحن بالأمبير.
- تشغيل المصابيح والإضاءة: تحتاج المصابيح والإضاءة إلى تيار كهربائي لإضاءة. يتم تحديد كمية التيار التي تحتاجها هذه المصابيح بالأمبير.
- تشغيل المحركات الكهربائية: تحتاج المحركات الكهربائية، التي تستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية والتجارية، إلى تيار كهربائي للعمل. يتم تحديد كمية التيار التي تحتاجها هذه المحركات بالأمبير.
- نقل الطاقة الكهربائية: يتم نقل الطاقة الكهربائية من محطات توليد الكهرباء إلى المنازل والمصانع باستخدام تيار كهربائي. يتم تحديد كمية التيار التي يتم نقلها بالأمبير.
وحدات القياس المشتقة من الأمبير
توجد العديد من وحدات القياس المشتقة من الأمبير، والتي تستخدم لقياس كميات كهربائية أخرى ذات صلة بالتيار الكهربائي. بعض هذه الوحدات تشمل:
- الكولوم (Coulomb): وحدة قياس الشحنة الكهربائية. الكولوم الواحد يساوي كمية الشحنة التي يحملها تيار مقداره أمبير واحد في الثانية الواحدة. (1 كولوم = 1 أمبير × 1 ثانية)
- الفاراد (Farad): وحدة قياس السعة الكهربائية. الفاراد الواحد يساوي كمية الشحنة التي يجب تخزينها في مكثف لرفع جهده بمقدار فولت واحد. (1 فاراد = 1 كولوم / 1 فولت)
- الهنري (Henry): وحدة قياس المحاثة الكهربائية. الهنري الواحد يساوي كمية الجهد المستحث في ملف عندما يتغير التيار فيه بمعدل أمبير واحد في الثانية الواحدة. (1 هنري = 1 فولت × ثانية / 1 أمبير)
أجهزة قياس التيار الكهربائي
توجد العديد من الأجهزة المستخدمة لقياس التيار الكهربائي، وأكثرها شيوعًا هو الأميتر (Ammeter). يتم توصيل الأميتر في الدائرة الكهربائية على التوالي لقياس التيار المار فيها. يجب أن تكون مقاومة الأميتر صغيرة جدًا لتقليل تأثيره على التيار المراد قياسه.
هناك أيضًا أجهزة أخرى لقياس التيار الكهربائي، مثل:
- الكلفانومتر (Galvanometer): جهاز حساس للغاية يستخدم لقياس التيارات الصغيرة جدًا.
- مقياس التيار المتردد (AC Ammeter): جهاز يستخدم لقياس التيار المتردد.
- مقياس التيار المستمر (DC Ammeter): جهاز يستخدم لقياس التيار المستمر.
- الكلامب ميتر (Clamp Meter): جهاز يستخدم لقياس التيار الكهربائي دون الحاجة إلى قطع الدائرة الكهربائية. يعتمد هذا الجهاز على قياس المجال المغناطيسي الناتج عن التيار.
الأمبير في السياقات المختلفة
تختلف قيم الأمبير المستخدمة في التطبيقات المختلفة بشكل كبير. إليك بعض الأمثلة:
- الأجهزة الإلكترونية الصغيرة: قد تحتاج الأجهزة الإلكترونية الصغيرة، مثل الهواتف الذكية والساعات الذكية، إلى تيارات صغيرة جدًا تقاس بالمللي أمبير (mA) أو الميكرو أمبير (µA).
- الأجهزة المنزلية: قد تحتاج الأجهزة المنزلية، مثل الثلاجات والغسالات، إلى تيارات تتراوح بين بضعة أمبيرات إلى عشرات الأمبيرات.
- الآلات الصناعية الثقيلة: قد تحتاج الآلات الصناعية الثقيلة، مثل المحركات الكهربائية الكبيرة وآلات اللحام، إلى تيارات كبيرة جدًا تصل إلى مئات أو حتى آلاف الأمبيرات.
- خطوط نقل الطاقة الكهربائية: تحمل خطوط نقل الطاقة الكهربائية تيارات عالية جدًا قد تصل إلى آلاف الأمبيرات، وذلك لتقليل فقد الطاقة أثناء النقل.
السلامة الكهربائية
التعامل مع التيار الكهربائي يتطلب الحذر الشديد واتباع إجراءات السلامة اللازمة. حتى التيارات الصغيرة يمكن أن تكون خطيرة وقد تسبب صدمة كهربائية أو حروق. يجب دائمًا فصل التيار الكهربائي قبل إجراء أي إصلاحات أو تعديلات على الأجهزة أو الأسلاك الكهربائية. كما يجب استخدام الأدوات والمعدات المناسبة والتحقق من سلامتها قبل استخدامها.
من المهم أيضًا ارتداء معدات السلامة المناسبة، مثل القفازات والأحذية العازلة، عند التعامل مع التيار الكهربائي. يجب تجنب العمل في الأماكن الرطبة أو المبللة، حيث أن الماء يزيد من خطر الصدمة الكهربائية.
خاتمة
الأمبير هو وحدة قياس أساسية للتيار الكهربائي، وهو يلعب دورًا حيويًا في تشغيل الأجهزة والمعدات الكهربائية التي نستخدمها في حياتنا اليومية. فهم الأمبير وكيفية قياسه واستخدامه بشكل آمن أمر ضروري لضمان سلامتنا وسلامة أجهزتنا الكهربائية.