آثار التيار الكهربائي: الحرارة والمغناطيسية والكيمياء والضوء

التأثير الحراري: الطاقة تتغير صورتها

في مقاومة أومية مناسبة تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. نحسب القدرة من P=I²R، والطاقة خلال زمن ثابت التيار والمقاومة من E=I²Rt. الوحدات هي الأمبير والأوم والثانية، ويخرج الناتج بالجول. لا نعني أن المقاومة نفسها تتحول إلى مادة اسمها حرارة. ^[1]

لنختر I=0.30 A و R=40 Ω لمدة t=50 s. القدرة P=0.30²×40=3.6 W، والطاقة E=3.6×50=180 J. هذه قيمة الطاقة المنتقلة إلى المقاومة، وليست ارتفاعًا في الحرارة مقداره 180 درجة.

إذا ضاعفنا التيار إلى 0.60 A مع إبقاء R و t ثابتين، تصبح القدرة 14.4 W والطاقة 720 J؛ أي أربعة أمثال القيمة الأولى. لكن سخونة المقاومة قد تغير مقاومتها، فلا نعمم هذه النسبة على جهاز تتغير شروطه.

التأثير المغناطيسي: اتجاه حول مسار التيار

يرتبط التيار في السلك بمجال مغناطيسي حوله. حول سلك مستقيم طويل يكون اتجاه المجال مماسًا لحلقات مركزها السلك. توجه إبهام اليد اليمنى مع التيار الاصطلاحي، فيشير انحناء الأصابع إلى اتجاه تلك الحلقات. ^[2]

عند تمثيل تيار خارج الصفحة بنقطة، يكون دوران المجال عكس عقارب الساعة في الرسم. وعند عكس التيار ينعكس اتجاهه. هذه القاعدة تخص المجال المغناطيسي حول التيار، لا اتجاه المجال الكهربائي أو كل قوة في الدائرة. ^[2]

التأثير الكيميائي: تفاعلات عند الأقطاب

في التحليل الكهربائي يدفع مصدر خارجي تفاعل أكسدة واختزال غير تلقائي. قد يظهر ترسيب أو غاز بحسب الشروط؛ لا يعني التيار أنه كوّن كل الأيونات الموجودة من البداية. ^[3]

يحدد تفسير المشاهدة التفاعلَ والقطب: فقاعات في نموذج ما ليست دليلًا أن كل محلول سيعطي الغاز نفسه. والأيونات تحمل الشحنة داخل الوسط الإلكتروليتي، بينما الإلكترونات تنتقل في الأسلاك؛ لا نخلط المسارين. ^[6]

التأثير الضوئي: التوهج ليس الآلية الوحيدة

في المصباح المتوهج يسخن الفتيل حتى يصدر ضوءًا. أما LED فيستعمل شريحة شبه موصلة، وترتبط الإضاءة باتحاد الإلكترونات والفجوات وإطلاق طاقة ضوئية. الضوء ناتج من الآلية، وليس نوعًا من المقاومات. ^[4]

لذلك لا نرسم فتيلًا ساخنًا داخل كل مصباح. تشابه الوظيفة، وهي الإنارة، لا يعني تشابه طريقة إنتاج الضوء. وصف التقنية يجعل السؤال عن مصدر الضوء أدق.

التأثير في الجسم: لماذا تختلف الإصابة؟

قد يؤدي مرور الكهرباء في الجسم إلى حروق أو أضرار داخلية واضطراب نظم القلب. تتعلق شدة الإصابة بشدة التيار ونوعه ومساره ومدة التعرض، إلى جانب عوامل أخرى. لذلك لا نصف جسم الإنسان بمقاومة ثابتة واحدة أو ننقل إليه المثال الحراري السابق. ^[5]

لفهم جهاز معين حدد أولًا الطاقة الداخلة والمادة والتغير المشاهد. في المقاومة نسأل عن التسخين، وحول السلك عن المجال، وعند القطب عن التفاعل، وفي المصباح عن آلية الضوء. هذا الربط يفسر الأثر بدل الاكتفاء بحفظ اسمه.