ماذا تعرف عن وحدة القياس الكهربائي الأمبير؟

ما هو الأمبير؟

الأمبير (رمز الوحدة  A:SI) ورمز البُعد له (SI : I)، غالباً ما يتم اختصاره إلى (Amp)، هو وحدة (SI) للتيار الكهربائي (رمز الكمية: I ،i) وهي واحدة من الوحدات الأساسية السبع للنظام الدولي للوحدات. سميت على اسم “أندريه ماري أمبير” (1775م – 1836م)، عالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي، الذي يُعتبر والد الديناميكا الكهربائية. من الناحية العملية، الأمبير هو مقياس لمقدار الشحنة الكهربائية التي تمر نقطة في دائرة كهربائية لكل وحدة زمنية مع (6.241 × 1018) إلكتروناً، أو كولوم واحد في الثانية يشكل أمبيراً واحداً.

الأمبير، وحدة التيار الكهربائي في النظام الدولي للوحدات (SI) كما تحدثنا سابقاً، يستخدمها كل من العلماء والتقنيين. في عام 2018، وافق المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) على أنّه في 20 مايو 2019، سيتم تحديد الأمبير من الآن فصاعداً بحيث تكون الشحنة الأولية مساوية لـ (1.602176634 × 10⁻¹⁹) كولوم.

في وقت سابق، تم تعريف الأمبير على أنّه التيار الثابت الذي إذا تم الحفاظ عليه في موصلين متوازيين مستقيمين بطول لانهائي من مقطع عرضي دائري مهمل ووضعهما على بعد متر واحد في الفراغ، سينتج بين هذين الموصلين قوة تساوي (2 × 10⁻⁷) نيوتن لكل متر من الطول. تم تسميته على اسم عالم الفيزياء الفرنسي “أندريه ماري أمبير” في القرن التاسع عشر، ويمثل تدفقاً واحداً من الكولوم من الكهرباء في الثانية. ينتج تدفق واحد من الأمبير في مقاومة مقدارها أوم بفرق جهد واحد فولت.

الفرق بين الأمبير والكولوم؟

قد يؤدي التعريف العملي إلى الخلط مع تعريف كولوم (1 أمبير ثانية)، ولكن من الناحية العملية، هذا يعني أنّ قياسات تيار ثابت، على سبيل المثال، التدفق الشكلي (nominal flow) للشحنة في الثانية عبر دائرة بسيطة، يتم تحديدها بالأمبير على سبيل المثال، “دائرة 20 مللي أمبير”، وسيتم تحديد تدفق الشحنة عبر دائرة خلال فترة زمنية في كولوم ، على سبيل المثال، “دائرة تيار متغير تتدفق (10) كولوم على مدى (5) ثواني “.

وبهذه الطريقة، يمكن النظر إلى الأمبيرات على أنّها معدل تدفق، أي عدد الجسيمات (المشحونة) العابرة لكل وحدة زمنية، والكولوم ببساطة هو عدد هذه الجسيمات.

تعريف قانون قوة أمبير:

ينص “قانون قوة أمبير” على وجود قوة تجاذب أو تنافر بين سلكين متوازيين يحملان تياراً كهربائياً. تُستخدم هذه القوة في التعريف الرسمي للأمبير، والذي ينص على أنّ:

“التيار الثابت هو الذي سينتج قوة جذب مقدارها (2 ×10^-7) نيوتن لكل متر من الطول بين موصلين مستقيمين متوازيين بطول لانهائي ودائرية لا تذكر المقطع العرضي على بعد متر واحد في الفراغ”.

وحدة الشحنة في النظام الدولي للوحدات هي “الكولوم”، “هي كمية الكهرباء المنقولة في ثانية واحدة بواسطة تيار (1) أمبير”. وعلى العكس، تيار واحد أمبير هو كولوم واحد من الشحنة يتجاوز نقطة معينة في الثانية، بشكل عام، يتم تحديد الشحنة (Q) بواسطة تيار ثابت (I) يتدفق لفترة زمنية (t) بالمعادلة التالية:

 Q = I × t

Ampere = 1 Coloumb/second

يتم تحقيق الأمبير القياسي بشكل أكثر دقة باستخدام توازن واط، ولكن يتم الحفاظ عليه عملياً من خلال قانون أوم من وحدات القوة الدافعة الكهربائية والمقاومة، الفولت والأوم، حيث يمكن ربط الاثنين الأخيرين بظواهر فيزيائية يسهل نسبياً القيام بها. مثل ظاهرة الإنتشار، وتقاطع جوزيفسون (Josephson junction) وتأثير هول الكم (quantum Hall effect)، على التوالي. في الوقت الحالي، تمتلك تقنيات إثبات تحقيق الأمبير ارتياباً نسبياً يصل إلى بضعة أجزاء تقريباً في (107)، وتنطوي على إدراك للواط والأوم والفولت.

رمز الأمبير ووحدات الأمبير:

رمز الأمبير:

جدول وحدات الأمبير:

تحويلات الأمبير – Ampere Conversion:

تحويل الوحدة أمر بالغ الأهمية في حل المسائل. فيما يلي قائمة تحويل الأمبير من مقياس إلى آخر:

تحويل الأمبير إلى الكيلو أمبير:

كيلو أمبير واحد (kA) يساوي ألف أمبير (A):

1 kA = 1000 A or 1 × 10³  A

على سبيل المثال، يمكن تحويل (5) أمبير من التيار إلى كيلو أمبير كما يلي:

5 A × 1000 = 5000 A or 5 kA

تحويل الأمبير إلى الميلي أمبير:

واحد ميلي أمبير يساوي (10^-3) أمبير:

1 mA = 1 / 1000 A

على سبيل المثال، يتم تحويل 2A إلى ملي أمبير كما يلي:

2 A/1000 = 0.002 A or 2 × 10^-3 A = 2 mA

تحويل الأمبير إلى الميكرو أمبير:

واحد أمبير يساوي 1000000 أو 10^-6 ميكرو أمبير:

1 μA = 1 / 1000000 A

على سبيل المثال، يتم تحويل (5A) إلى ميكرو أمبير كما يلي:

5 A / 1000000  = 0.000005 A or 5 × 10^-6 A = 5 μA

العلاقة بين التيار والجهد:

يمكن حساب الأمبير باستخدام الفولت (V) والوات (W) والأوم (Ω) ولكن لا يمكنك تحويل هذه الوحدات إلى أمبير لأنّ هذه تمثل كميات مختلفة.

حساب الأمبير بالواط والجهد:

نعلم أنّه يمكن حساب قوة الدائرة باستخدام الصيغة التالية:

P = V × I

الآن، يمكننا حساب التيار من المعادلة أعلاه على النحو التالي:

I = P / V

على سبيل المثال، ما هو تدفق التيار في دائرة تستهلك (50) واط من الطاقة وبجهد إمداد (10) فولت؟

I (A) = 50 W/10 V = 5 A

حساب الأمبير بالفولت والأوم:

نعلم أنّه يمكن حساب مقاومة الدائرة باستخدام الصيغة التالية:

V = I × R

يمكن حساب التيار من المعادلة أعلاه على النحو التالي:

I = V / R

على سبيل المثال، يمكن حساب التيار في دائرة بجهد (25) فولت بمقاومة (5 Ω) على النحو التالي:

I = 25 V/5 Ω = 5 A

مقياس الأمبير – Ampere Meter:

مقياس الأمبير، المعروف باسم (Ammeter)، هو أداة كهربائية تستخدم لقياس التيار الكهربائي بالـ (Amperes). يتم قياس التيار الكهربائي على الحمل بمساعدة مقياس أمبير عن طريق توصيله على التوالي بالحمل. لديها مقاومة صفرية وبالتالي تظل الدائرة المقاسة غير متأثرة.

لا يمكن توصيل مقياس التيار بالتوازي مع الحمل بسبب مقاومته المنخفضة. إذا تم توصيله بالتوازي، فإنّه يصبح مساراً قصيراً (short circuit) للدائرة، يعني أنّه يسمح لكل التيار بالتدفق خلاله مما قد يؤدي إلى احتراق العداد بسبب ارتفاع قيمة التيار. مقياس التيار المثالي لديه مقاومة صفرية بحيث يكون فقد الطاقة في الجهاز صفراً. لكن هذا الشرط المثالي لا يمكن تحقيقه عملياً.

أنواع مقياس التيار الكهربائي:

يعتمد تصنيف مقياس التيار على تصميم البناء ونوع التيار الذي يتدفق عبر مقياس التيار، بناءً على تصميم البناء يتم تصنيفها على النحو التالي:

• مقياس الحديد المتحرك – Moving iron ammeter.

• مقياس التيار الكهربائي – Rectifier type ammeter.

• مقياس التيار الكهربائي الدائم الملفوف – Permanent moving coil ammeter.

• مقياس التيار الكهربائي – Electro-dynamometer ammeter.

بناءً على نوع التيار الذي يتدفق خلاله، فإنّه يصنف على النحو التالي:

• مقياس التيار المستمر – DC ammeter.

• مقياس التيار المتردد – AC ammeter.

أجهزة قياس التيار المستمر هي في الغالب مقياس التيار الكهربائي من نوع الملف المتحرك الدائم (permanent moving coil). يمكن للأنواع الأخرى من مقياس التيار قياس التيار المتردد والتيار المستمر.