نستعمل عادة جميع حواسنا لإدراك الأشياء. يُرى الضوء بالعينين، ويُستشعر الضغط بالأذنين واليدين، وتُحسُّ الجُزَيئات بالذوق والشم. وتتطلب جميع هذه الحواس تأثيرات متبادلة بين أعضاء الحس في أجسامنا والبنى الخارجية التي من قبيل الجُزَيئات والطاقة والأشياء المادية.

وتتطلب التفاعلات الهامة للذوق والشمّ والبصر تدفق الإلكترونات ضمن أجسامنا. وتنتقل الشحنات الكهربائية أيضاً عبر منظوماتنا العصبية لإعلام الدماغ بأن أحد أصابع قدمنا قد جُرح أو أن إحدى يدينا قد تبللت. وتعتمد جميع هذه الإشارات في الواقع على حركة الشحنة ومن ثَمَّ على قانون كولومب للشحنات المتماثلة والمختلفة. ومرة أخرى، فإن الكيمياء كلّها (وحتى الظواهر الحيوية) تختزل إلى إلكترونات. ونحن نعلم أن المعادن تحتوي على إلكترونات حرة تستطيع نقل الشحنة وبعثرة الضوء. لكن حتى في البنى اللامعدنية التي من قبيل أعصابنا أو أنوفنا تُعتبر التأثيرات الإلكترونية المتبادلة والقوى الكولونية بالغة الأهمية والإلكترونات المتحركة تزود مجتمعنا بالطاقة، وتُشغل تجهيزاتنا، من المصابيح الكهربائية حتى البطاريات والحواسيب.

وعلى غرار قانون كولون الجوهري لوصف القوى العاملة بین الشحنات الكهربائية، ثمة معادلة أيضاً تحدّد تيار الإلكترونات المتحركة عبر المادة. تُسمّى هذه المعادلة قانون أوم Ohm's law. إن أكثر تشبيهات تدفق الإلكترونات شيوعاً هو التشبيه بتدفق الماء في النهر. ويُسمّى تدفق الإلكترونات عبر المادة تيارا current ويُختصر عادة بالرمز I، ويُحدد بعدد الإلكترونات المتدفقة الثانية أو بواحدة أخرى ذات صلة بذلك العدد. وتختصر المقاومة resistance التي تعيق تدفق التيار (والمشابهة للصخور في النهر) بالرمز R. أما الجهد voltage فهو آخر مكوّنات قانون أوم وأصعبها تخيلاً. ويُعرَّف الجهد بأنه القوة المحرّكة التي تدفع التيار عبر المادة كما يدفع انحدار مجرى مائي جبلي الماء نحو الأسفل. يُختصر الجهد بالرمز V. ويُعطى قانون أوم بـ:

V=IR

ينص قانون أوم ببساطة على أن الجهد يساوي ضرب التيار بالمقاومة، وهو ينطبق على جميع الدائرات الكهربائية والإلكترونية التي تتعامل معها في حياتك اليومية. وليس من الصعب أن ترى أن هذا القانون صحيح. فإذا كانت لديك قوة كهربائية محرّكة معيّنة وقمت بزيادتها مع الحفاظ على نفس المقاومة فإن التيار سوف يزداد وإذا أبقيت القوة المحركة ثابتة وزدت المقاومة فإن التيار سوف يقل. وهذا صحيح في جميع الحالات تقريباً. يعمل قانون أوم في مجففات الشعر والحواسيب وخطوط نقل الطاقة. وتعتمد جميع الدارات المتكاملة (الشرائح الميكروية) عليه.

لكن لا تخضع كل الأشياء لقانون أوم. فالنواقل الفائقة هي مواد لا توجد فيها مقاومة ولذا لا ينطبق عليها قانون أوم. وثمة حالات أخرى منها بنى نانوية، كأنابيب الكربون النانوية، لا تخضع أيضاً لقانون أوم. وهذا يقود إلى بعض التطبيقات والتحديات المثيرة.

مواضيع ذات صلة

Thermal conductivity

Molecular diffusion

Ionic conductivity

The drift speed

Electrical transients

الشرر المقدس

الحقول الكهربية والشرر

الخلق غير المرئي

عجائب الكهرباء

مصادر الطاقة الكهربائية

التيارات الكهربائية التي تجري إلى الابد

مبردات الهواء