مدل آب برای جریان الكتریكی

حركت بار در یك مدار كامل، شبیه حركت آب در مجموعه‌ای از لوله‌ها می ‌باشد. در این حالت باتری شبیه پمپ، سیم شبیه لوله و لامپ ( كه انرژی را از صورتی به صورت دیگر تبدیل می‌كند) شبیه چرخ آبی عمل می كند. در یك سیستم كامل لوله‌ها، آب از یك طرف پمپ خارج شده و به طرف دیگر پمپ وارد می ‌شود.

این مدل به خوبی تفاوت بین جریان و ولتاژ را نشان می ‌دهد.

این تعریف بسیار شبیه میزان عبور آب داخل لوله‌ ها در واحد زمان است. جریان آب در لوله برحسب لیتر بر ثانیه اندازه‌ گیری می ‌شود. جریان الكتریكی برحسب كولن بر ثانیه كه به اختصار آمپر (A) نامیده می ‌شود، اندازه‌گیری می ‌گردد.

برای اینكه مقدار یك آمپر را بهتر تصور كنید به موارد زیر توجّه كنید: یك باتری معمولی كمتر از یك آمپر جریان تولید می ‌كند. مدارهای داخلی خانه حداكثر می توانند جریانی معادل 20 آمپر را تحمل كنند. در هنگام استارت زدن، باتری ماشین حدود 100 آمپر جریان تأمین می‌ كند.

ولتاژ بین دو نقطه از مدار، نشان دهندة اختلاف پتانسیل الكتریكی بین آن دو نقطه می ‌باشد. به عبارت دیگر، ولتاژ نشان دهندة كار انجام شده بر واحد بار در مدار است و به یك معنی بیانگر فشار وارد بر بار الكتریكی در مدار می باشد. ولتاژ را می توان همانند فشار وارد بر آب در مدل آبی در نظر گرفت.

اگر چه مدل آبی بسیار مفید است ولی این نكته را باید یادآور شد كه محدودیت هایی نیز در این مدل سازی وجود دارد. برای مثال اگر یك قسمت از سیم مدار بریده شود، جریان الكتریكی قطع می ‌شود، اما اگر لوله آب بریده شود، آب از آن محل خارج می  شود (مدار الكتریكی همانند سیستم آب پاش پارك ‌ها نمی‌باشد، یعنی اگر سیم قطع شود بارها از آن محل به بیرون ریخته نمی شوند).

در ضمن، شیر آب مانع جریان آب می ‌شود در حالی كه یك كلید مانع بوجود آمدن هر نوع جریان الكتریكی می ‌گردد.

تفاوت دیگر جریان الكتریكی با مدل آبی این است كه مایع فقط می تواند در یك جهت در مسیر لوله حركت كند ولی یك یا هر دو نوع بار، می‌توانند آزادانه در یك رسانا حركت كنند (در مایعات و گازها هر دو نوع بار می‌توانند حركت كنند).

البته در سال 1879 با در نظر گرفتن نتایج یك سری آزمایش مشخص شد كه در فلزات، تنها بار منفی (الكترون ) است كه حركت می كند.

از دیدگاه بیرونی، عبور بار مثبت در یك جهت  معادل عبور بار منفی در جهت مخالف می ‌باشد.

برای مثال دو كره فلزی خنثی را در نظر بگیرید. اگر یك كولن بار مثبت از كره A به كره B ببرید، كره B حامل 1 كولن بار مثبت اضافی خواهد شد و كره A نیز به اندازة 1 كولن كمبود بار مثبت خواهد داشت، كه معادل داشتن یك كولن بار منفی اضافی است. اگر در ابتدا یك كولن بار منفی نیز از B به كره A می رفت وضعیت بار كره‌ها، به همین شكل می بود.

از آنجا كه حركت بار مثبت در یك جهت، معادل حركت بار منفی در جهت دیگر است و بنا به دلایل تاریخی، وقتی از دیدگاه خارجی، عبور جریان مورد بررسی قرار می‌گیرد، فرض می‌كنیم كه جریان الكتریكی فقط شامل حركت بارهای مثبت است. به این فرض كه در مدار بارهای مثبت در جریان هستند، اصطلاحاً جهت قرار دادی جریان گفته می شود. در مدار شكل فوق جهت حركت واقعی بارهای الكتریكی، در یك رسانای فلزی دیده می شود.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا