الفرق بين التيار المستمر و التيار المتناوب

يمثل كلّ من التيار المستمر و التيار المتناوب نوعي التيار الكهربي في الدائرة الكهربية، ففي التيار المستمر تكون الشحنة الكهربية أو التيار في اتجاهٍ واحدٍ، أما التيار المتناوب يكون في اتجاهين متناوبين.

هو خط سير الجسيمات المشحونة، أو بالأخص في هذه الحالة التي نتحدث فيها عن التيار المستمر والتيار المتناوب، هو سير الإلكترونات.

يتمثل التيار المتناوب (أو ما يسمى بالتيار المتردد) في سير الشحنات مغيرة اتجاهها بشكلٍ دوريٍّ. ونتيجةً لتغير هذا الاتجاه، يتغير فرق الجهد في الدائرة. ومن تطبيقات التيار المتردد هو استخدامه في توصيل التيار الكهربي للمنازل والمباني وغيرها. يُنتج التيار المتردد باستخدام نوعٍ خاصٍ من أنواع المولدات الكهربائية المتخصصة.

التيار الكهربي الواصل للمنازل والمكاتب يكون تيارًا مترددًا، وذلك لأن توليد ونقل التيار المتناوب يكون سهلًا نسبيًّا. في حالات فروق الجهد المرتفعة (ما فوق 110 ڤولت) تكون الطاقة المهدَرة أثناء نقل القدرة الكهربائية (القدرة المسؤولة عن تشغيل الآلات والأجهزة الكهربائية وكل ما يحتاج الكهرباء ليعمل).

كذلك يستطيع التيار المتردد أن يشغل المحركات الكهربية. إنّ المحركات والمولدات الكهربية هي نفس الجهاز، ولكن الفرق هو أن المحرك يحول الطاقة الكهربية إلى طاقةٍ ميكانيكيةٍ، والمولد الكهربائي بقوم بالعكس. إنّ هذا المثال في غاية الأهمية، لدخوله في عمل الكثير من الأجهزة الكهربائية المهمة في حياتنا، كغسالة الأطباق والثلاجات وغيرهم الكثير.

التيار المستمر يتميز بالبساطة عن التيار المتردد. فهو لا يتردد أو يتغير كحال التيار المتناوب، بل يمثّل جهدًا ثابت القيمة. يمكن الحصول على التيار المستمر بعدة طرقٍ مختلفةٍ؛ فإما عن طريق مولد تيار متردد ملحق به جهاز عاكس للتيار (Commutator) يمكنه إنتاج تيارٍ مستمرٍ. أو عن طريق جهاز مقوّم للتيار (Rectifier) يستخدم في تحويل التيار المتناوب إلى تيارٍ مستمرٍ. أو من خلال بطارياتٍ تنتج التيار المستمر من خلال تفاعلاتٍ كيميائيةٍ تحدث داخل البطارية.

تقريبًا كل الأجزاء والمعدات الإلكترونية تعمل من خلال تيارٍ مستمرٍ، كذلك كل ما يحتاج إلى إعادة شحن وتنفذ بطاريته يتم إعادة شحنه من خلال التوصيل بكابل USB يعمل بتيارٍ مستمرٍ. وإليكم بعض الأمثلة على هذه التطبيقات:

الفرق الجوهري بين التيار المستمر DC والتيار المتناوب AC هو اتجاه تدفق الإلكترونات؛ فالتيار المستمر ثابتٌ ويسير في اتجاهٍ واحدٍ (ولكي توضح الفرق أكثر؛ وفي حال قمنا بتمثيل تغيّر الجهد كخطّ بياني لتابع، سيتمثل التيار المستمر في خطٍ مستقيمٍ يعبر عن سيره في اتجاهٍ واحدٍ، أما عن التيار المتناوب فيتمثل في خطٍ موجيٍّ، أي على شكل موجة).

من الطرق الأخرى للتمييز بينهما، النظر إلى كيفية عملهما في الأجهزة التي نستخدمها. المصباح الذي يضيء لك الغرفة يستخدم تيارًا متناوبًا، وذلك لأن الكهرباء التي تصله تأتيه من مكانٍ بعيدٍ، وهذا السلوك الموجي في حركة التيار المتناوب تجعله أهلًا للنقل من مسافاتٍ بعيدةٍ.

أما إذا كنت تستخدم كشافًا ضوئيًّا لينير لك بدلًا من المصباح الكهربي، فأنت الآن تستهلك تيارًا مستمرًا، ففي البطارية التي تشغل الكشاف، يوجد قطب موجب وقطب سالب، تنتقل خلالها الشحنة الكهربية في اتجاهٍ واحدٍ بمعدلٍ ثابتٍ (وهو ما نعبر عنه بالخط المستقيم في الرسم السابق).

الصورة السابقة توضح رسم لدارة بسيطة تعمل بالتيار المتناوب كمصدر جهد. وكما نرى في الصورة، فإن فرق الجهد يتغير بين الطرفين (الموجب والسالب)، ونحصل على فرق الجهد من خلال العلاقة:

V = V₀ Sin 2πft

حيث أن V تعبر عن فرق الجهد في الزمن t، بينما V₀ تعبر عن فرق الجهد عند القمة (قمة الموجة كما موضح بالصورة السابقة). كما يعبر رمز f عن التردد بالهرتز، ورمز t عن الزمن. وإذا كانت هناك مقاومة بسيطة في الدائرة، ستصبح قيمة التيار الذي نعبر عنه بالعلاقة I = V / R عن طريق التعويض بمعادلة فرق الجهد السابقة كالتالي:

I = I₀ Sin 2πft

حيث تعبر I عن التيار الكهربي عند زمن t، بينما تعبر I₀ عن التيار عند قمة الموجة.

أما التيار المستمر، فعلاقاته أبسط من التيار المتناوب بكثيرٍ، حيث نعبر عن العلاقة بين التيار وفرق الجهد من خلال العلاقة الرياضية التالية: I = V / R (وهو ما يسمى بقانون أوم)، حيث تعبر R عن المقاومة في الدائرة الكهربية.