عناصر الدارة الكهربائية ورموزها ووظائفها

الدارة الكهربائية

تُعرف الدارة الكهربائية بأنّها المسار المتواصل والمغلق الذي تتدفق خلاله الإلكترونات أيّ التيار الكهربائي، إذ تنشأ الإلكترونات داخل الدارة بواسطة مصدر الطاقة؛ والذي قد يكون إمّا مولدًا أو بطارية، حيث يدفع هذا المصدر بدوره الإلكترونات ويزودها بالطاقة عن طريق توفير قوة دافعة كهربائية ناتجة عن توليد مجال كهربائي، ثم تخرج هذه الإلكترونات من الدارة الكهربائية إلى الأرض عبر الحمل، وبهذا يكون قد اكتمل المسار المغلق، هذا وقد يكون حمل الدارة أيّ جهاز منزلي بسيط كالتلفاز، المصباح، أو الثلاجة، أو قد يكون حملًا أكثر تعقيدًا من ذلك كأحمال محطة توليد الطاقة الكهرومائية^[١]، ومن الجدير بالذكر أنّه يمكن وصف أداء الدوائر الكهربائية رياضيًا من خلال قانونين رئيسين وهما قانون أوم وقوانين كيرشوف^[٢]، وفي هذا المقال سيتم الحديث عن كل ما يخص عناصر الدارة الكهربائية.

عناصر الدارة الكهربائية ورموزها ووظائفها

تُعد الدارة الكهربائية ترابطًا بين عدد من العناصر^[١]، فهي نتاج مجموعة من العناصر الكهربائية المعروفة، إذ أنّ بعض عناصر الدارة الكهربائية توجد بشكل أساسي في أيّ شكل من أشكال الدارة مهما كان بسيطًا؛ وهي أربعة عناصر رئيسة تتمثل بمصدر الطاقة، الحمل، الموصلات، والمفتاح^[٣]، إلا أنّ بعض الدارات الأخرى تضم بالإضافة إلى تلك العناصر الرئيسة عددًا من العناصر الإضافية تبعًا لوظيفة تلك الدارة، وفيما يأتي جميع عناصر الدارة الكهربائية الأساسية والإضافية ورموزها ووظائفها:

البطارية

والتي تُعد عنصرًا رئيسًا؛ حيث يتم دفع التيار الكهربائي داخل الدارة عن طريق مصدر الطاقة؛ والذي يُمكن أنّ يكون بطارية، إذ تُعد البطارية مخزنًا صغيرًا للكهرباء يسهل حمله^[٤]، فهي تزود الشحنات بالطاقة اللازمة لكي تتحرك^[٥]، ومن الجدير بالذكر أنّ البطارية هي نوع من الأجهزة التي تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية بشكل مباشر إلى طاقة كهربائية، هذا وتحتوي كل بطارية على مهبط أيّ صفيحة موجبة، و مصعد أيّ صفيحة سالبة، حيث يتم فصل هذه الأقطاب الكهربائية وغمرها في كهرل يسمح بمرور الأيونات بين الأقطاب الكهربائية^[٦]، ويرمز للبطارية في الدارة الكهربائية بالرمز ـــــــI |ـــــــ.^[٥]

المصباح الكهربائي

المصباح الكهربائي وهو أيضًا أحد عناصر الدارة الكهربائية الرئيسة والذي يُعد مثالًا على الأحمال، فهو جهاز بسيط يتكوّن من فتيلة تستند على سلكين أو ترتبط بهما، ومن الجدير بالذكر أنّ الأسلاك والفتيلة هي مواد موصلة أيّ أنّها تسمح للشحنات بالمرور عبرها^[٧]، حيث يُضيء المصباح عندما تتحرك الشحنات خلاله، ويرمز للمصباح داخل الدارة الكهربائية بدائرة داخلها x .^[٥]

المفتاح

المفتاح وهو ثالث عناصر الدارة الكهربائية الرئيسة، وهو أداة مصممة لفصل تدفق التيار الكهربائي في الدارة، والذي يجب أنّ يتوّفر واحدًا منه على الأقل في أيّ تطبيق للكهرباء والإلكترونيات؛ وذلك لتشغيل وإيقاف الجهاز، ولذلك فإنّ المفاتيح تُعد جزءًا من نظام التحكم، فعندما يتم إغلاق ملامسات المفتاح، تُغلق الدارة ويتدفق التيار وبالتالي يستهلك الحمل الطاقة من المصدر، أمّا عند فتح ملامسات المفتاح، تفتح الدارة ولا يتم استهلاك أيّ طاقة من قبل الحمل^[٨]، ويرمز للمفتاح في الدارة الكهربائية بالرمز ـــــ /ـــــ .^[٥]

الموصلات أو أسلاك التوصيل

وهي آخر عناصر الدارة الكهربائية الرئيسة، والتي تستخدم لربط جميع عناصر الدارة مع بعضها البعض^[٥]، وتقوم بإكمال مسار الدارة وذلك لتدفق التيار الكهربائي خلالها، ومن الجدير بالذكر أنّه عادةً ما تُصنع الموصلات من الأسلاك أو المعادن الأخرى^[٣]، ويرمز للموصلات في الدارة الكهربائية بالرمز _______.^[٥]

المقاومة

تُعد المقاومة أحد عناصر الدارة الكهربائية والتي تساعد على ضبط تدفق التيار الكهربائي في الدارة، فكلما زادت قيمة المقاومة قلت قيمة التيار المتدفق وذلك عند قيمة جهد معينة، حيث تتصادم الإلكترونات مع الأيونات داخل المقاومة؛ الأمر الذي يؤدي إلى إبطاء تدفق الكهرباء^[٩]، ويرمز للمقاومة في الدارة الكهربائية بالمستطيل المفرغ أو ___\/\/\/\/___.^[٥]

الفولتميتر

وهو أداة قياس يستخدم لقياس الجهد أو الفرق في الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدارة الكهربائية، وذلك بدون إحداث أيّ تغيير في الجهد في تلك الدارة^[١٠]، ويرمز للفولتميتر في الدارة الكهربائية بدائرة داخلها حرف V.^[٥]

الأميتر

وهو أداة قياس تستخدم لقياس التيار الكهربائي سواء كان تيار مستمر أو تيار متردد، حيث يتم قياس التيار من خلال مجموعة من الملفات ذات المقاومة المنخفضة والمفاعلات الحثية^[١١]، ويرمز للأميتر في الدارة الكهربائية بدائرة داخلها حرف A.^[٥]

المحثات

تُعرف المحاثات بأنّها لفائف معدنية تستخدم في الدوائر الكهربائية، والتي تمتلك القدرة على توليد المجالات المغناطيسية عند مرور تيارًا كهربائيًا، بالإضافة إلى أنّها قادرة على إحداث مجالات مغناطيسية في الأسلاك القريبة منها^[١٢]، وتقوم المحثات بتخزين الطاقة على شكل مجال كهرومغناطيسي، ويرمز لها في الدارة الكهربائية على شكل أسلاك لولبية.^[١]

المواسعات

تُعد المواسعات أحد عناصر الدارة الكهربائية التي تخزن الشحنة، فهي تتكوّن من لوحين قريبين متوازيين على الأغلب، ومن الجدير بالذكر أنّه من الممكن شحن مواسع ما عن طريق توصيله ببطارية، كما يمكن تفريغه عن طريق إزالة البطارية وتوصيلها بأحد عناصر الدارة الكهربائية الأخرى، كما يمكن للمواسعات إطلاق الشحنة بشكل أسرع من البطاريات والقيام بذلك دوريًا؛ إذ يمكن شحنها، ثم إطلاق شحنتها، ثم شحنها أكثر من مرة، الأمر الذي يتم استغلاله في بعض الدوائر، كالفلاش في الكاميرا، ويرمز للمواسعات في الدارة الكهربائية بالرمز ___| |___ .^[١٣]

الفيوز أو المنصهر

هو جهاز يستخدم لحماية الدوائر الكهربائية من خطر الزيادة المفاجئة في التيار الكهربائي، أو الأحمال الكهربائية، والتأكد من حماية الدارة، فالفيوزات عبارة عن أشرطة معدنية تتكوّن من النحاس، الفضة، السبائك، الزنك أو الألمنيوم، والتي تبدأ بالإنصهار مباشرةً عند حدوث زيادة في الأحمال أو التيار؛ الأمر الذي يؤدي إلى فصل الدارة الكهربائية عن المصدر، وبهذا يقوم بحماية الدارة بأكملها، ويرمز له بمستطيل داخله خط.^[١٤]

القاطع الكهربائي

القاطع هو جهاز يستخدم للتحكم في فصل أو تشغيل الدارة الكهربائية تلقائيًا أو يدويًا أو بواسطة جهاز تحكم عن بعد سواء في الظروف العادية أو عند حدوث عطل ما، كالزيادة المفاجئة في قيمة التيار أو حدوث دارة قصر، حيث يقوم كل من المفتاح الكهروميكانيكي والريليه داخل القاطع بعملية فصل الدارة عند زيادة قيمة التيار المار في الدارة المتصلة بالقاطع، حيث يحمي القاطع الدارة المتصلة به عن طريق فصلها عن مصدر الطاقة أثناء حدوث العطل.^[١٤]

الريليه

هو أحد عناصر الدارة الكهربائية التي تُستخدم للحماية، فهو مفتاح كهرومغناطيسي يعمل بواسطة تيار كهربائي صغير نوعًا ما إلا أنّه يمكنه تشغيل أو إيقاف تيار كهربائي أكبر بكثير، ومن الجدير بالذكر أنّه يمكن للريليهات أنّ تعمل إما كمفاتيح أيّ تشغيل أو إيقاف، أو كمضخمات أيّ تحويل التيارات الصغيرة إلى تيارات أكبر.^[١٥]

أنواع الدارة الكهربائية

بعد معرفة عناصر الدارة الكهربائية لا بدّ من الحديث عن أنواعها؛ فهناك العديد من الطرق المستخدمة في تصنيفها، إذ يمكن أولًا تصنيف الدوائر إمّا إلى دارات كهربائية متصلة على التوالي أو دارات كهربائية متصلة على التوازي، حيث يُطلق على الدارة التي يتم فيها توصيل مكوناتها في حلقة واحدة متواصلة باسم الدارة الكهربائية المتصلة على التوالي، أمّا الدارة الكهربائية المتصلة على التوازي فهي الدارة التي يتم فيها توصيل مكوناتها في فروع منفصلة، ومن الجدير بالذكر أنّ أغلب الدوائر الكهربائية في الحقيقة هي مزيج فيما بينهما؛ وذلك لما يتميز به كل نوع من خصائص مختلفة؛ فعندما يتعطل أيّ عنصر في الدارة الكهربائية المتصلة على التوالي، تتوقف الدارة بأكملها عن العمل، الأمر الذي لا يحدث في دارة التوازي، ولهذا قد تكون دارة التوالي مفيدة لميزات الأمان كالفيوزات، إلا أنّها لا تصلح بشكل كبير لأضواء عيد الميلاد، وبالإضافة إلى ذلك فإنّ إنتاج دارات التوازي مكلفة أكثر من إنتاج دارات التوالي.^[١٦]

أمّا الطريقة الثانية لتصنيف الدوائر وهي الطريقة المعتمدة على نوع الطاقة؛ وبذلك تكون إمّا دارات تيار مستمر DC أو دارات تيار متردد AC، إذ أنّ التيار المستمر هو تدفق التيار الكهربائي باتجاه واحد فقط، أمّا التيار المتردد هو تدفق التيار الكهربائي ذهابًا وإيابًا في كلا الاتجاهين، ومن الجدير بالذكر أنّ نوع التيار الذي يتم الحصول عليه من القابس في المنازل أو المنشآت هو تيار متردد AC؛ ويعود ذلك لسهولة توليد كهرباء التيار المتردد، ونقلها لمسافات طويلة دون فقدان الكثير من الطاقة خلال الطريق، إلا أنّه ومع ذلك لا تزال العديد من الأجهزة وخاصة الأجهزة الصغيرة تستخدم التيار المستمر.^[١٦]

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت} "Basic Electrical Circuits-Components,Types", www.electronicshub.org, Retrieved 17/06/2020.
2. ↑ "Electric circuit", www.britannica.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
3. ^ ^{أ ب} "Parts of a Circuit: Lesson for Kids", study.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
4. ↑ "All in a Circuit", science.jrank.org, Retrieved 17/06/2020. Edited.
5. ^ ^{أ ب ت ث ج ح خ د ذ} "Electric Circuits - Grade 10", cnx.org, Retrieved 17/06/2020. Edited.
6. ↑ "Battery", www.britannica.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
7. ↑ "Requirements of a Circuit", www.physicsclassroom.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
8. ↑ "Types Of Switches", www.electronicshub.org, Retrieved 17/06/2020. Edited.
9. ↑ "Uses of Resistors", sciencing.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
10. ↑ "What is a Voltmeter? - Definition & Uses", study.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
11. ↑ "How Does an Ammeter Work?", sciencing.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
12. ↑ "What Is the Difference Between an Inductor & a Choke?", sciencing.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
13. ↑ "Electrical Energy Storage of Capacitors: Physics Lab", study.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
14. ^ ^{أ ب} "Main Difference between Fuse and Circuit Breaker", www.electricaltechnology.org, Retrieved 17/06/2020. Edited.
15. ↑ "Relays", www.explainthatstuff.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.
16. ^ ^{أ ب} "Types & Components of Electric Circuits", study.com, Retrieved 17/06/2020. Edited.