الشحنة الكهربائية Electrical Charge :لن نتعمق كثيراً في عالم الفيزياء أو نسبر أغوار الحقول الكهرطيسية لفهم الدارات الكهربائية، بل سنكتفي بذكرثلاث فرضيات تكفينا في التطبيق العملي إن سلمنا بها، أما مفهوم الشحنة العام فهو مفهوم مساعد لدراسة الظواهر الفيزيائية، ولذلك لسنا بحاجة للغوص كثيراً في هذه المرحلة لفهم ماهية الشحنة.. والفرضيات هي :
1. الشحنة الكهربائية حقيقة موجودة ويمكن قياس قيمتها وكشف وجودها، وتقاس بواحد الكولومب Coulomb.
2. يمكن للشحنة أن تكون سالبة أو موجبة.
3. الشحنة لا تخلق ولا تفنى، وإذا كان لجسمين شحنتان متطابقتان في القيمة ومتعاكستان في الإشارة فإن حصيلتهما جسم متعادل كهربياً، أي شحنته صفر.
الجهد الكهربائي Volatge :
نفرض أنك تملك جسمين مشحونين كهربياً، وبشحنتين متعاكستين، وقربتهما من بعضهما، فسينجذبان حتماً.. أليس كذلك؟ حسناً، جرّب أن تبعدهما مرة أخرى لمسافة r بينهما، فيكون العمل الميكانيكي الذي بذلته لتحقيق هذا الفصل هو قيمة الجهد الكهربائي أو فرق الكمون بينهما، وواحدته الفولط V. وكلما كانت قيمة شحنة الجسمين أكبر كانت قيمة الكمون أكبر.
هذا هوا المفهوم الفيزيائي للجهد، ولفهم طبيعته وعلاقته بالشحنة بشكل أفضل يمكننا (كما يحدث في العادة) استخدام الماء للتعبير عن هذه الكميات الكهربائية، وهو ما نسميه النموذج المائي للدارة الكهربائية، وهو يساعد في فهم المبادئ بشكل جيد :
يبين الشكل 3 خزانا مرتفعا عن سطح الأرض يحتوي كمية من الماء، ويتصل بأنبوب يتدفق فيه الماء نحو مكان ما، يمكننا ربط المصطلحات الكهربائية بهذا النموذج كما يلي :
- الشحنة الكهربائية: كمية الماء الموجودة في الخزان.
- الناقل الكهربائي: الأنبوب الذي يجري فيه الماء.
- التيار الكهربائي: كمية الماء المتدفق ضمن الأنبوب خلال زمن معين.
- الجهد الكهربائي: ضغط الماء، وهو ناتج في هذا المثال عن ارتفاع مستوى الخزان عن مستوى المصرف.
يقاس الجهد أو فرق الكمون دائماً بين نقطتين تمثل إحداهما الشحنة الموجبة والأخرى تمثل السالبة، وإذا ما كنا بحاجة للعمل مع أكثر من نقطة فإننا نستخدم نقطة مرجعية لمقارنة الكمون معها، ونصطلح على أن كمونها يساوي الصفر، والتي تسمى عادة الأرضي Ground فيكون فرق الكمون بين النقطة المدروسة والأرضي هو الجهد الكهربائي.
التيار الكهربائي Current:هو تدفق الشحنة الكهربائية خلال الزمن، وواحدة قياسه الأمبير [A]، فالأمبير الواحد هو شحنة متدفقة قيمتها كولومب واحد خلال زمن قدره ثانية واحدة.
التيار مقدار له جهة، فيكون موجباً عند انتقال الشحنة من نقطة موجبة A إلى نقطة سالبة B، أي من قطب البطارية الموجب إلى قطبها السالب، وهذا اصطلاح، لأن التيار ينتج حقيقة عن حركة الشحنات السالبة (الإلكترونات) من النقطة السالبة إلى الموجبة، ولكن كما قلنا.. هكذا اصطلحت جهته.
الاستطاعة Power:
تتشكل حرارة في مواد الدارة الكهربائية نتيجة لمرور التيار الكهربائي فيها بين النقاط المختلفة في كمونها، فتكون الطاقة التي أنتجت هذه الحرارة هي الاستطاعة الكهربائية، وتقاس بواحدة الواط Watt.