چه چیزی برق است و چگونه برق تولید و استفاده می‌شود
هناك بعض الاختراعات التي غيرت الحضارة البشرية. كان أول اختراع هو العجلة، والاختراع الثاني كان الكهرباء، والاختراع الثالث كان التواصل، والاختراع الرابع كان الكمبيوتر. سنناقش مقدمة الكهرباء. كل مادة في هذا الكون تتكون من الكثير من الذرات وكل ذرة تحتوي على نفس عدد الإلكترونات السالبة والبروتونات الموجبة.
وبالتالي، يمكننا القول أن كل مادة محايدة تحتوي على نفس عدد الإلكترونات والبروتونات فيها. البروتونات ثابتة ومثبتة بقوة في نواة الذرات. الإلكترونات مربوطة أيضًا بالذرات وتدور حول النواة في مستويات مختلفة. ولكن بعض الإلكترونات يمكن أن تتحرك بحرية أو تخرج من مداراتها بسبب التأثيرات الخارجية. هذه الإلكترونات الحرة وكذلك الإلكترونات المرتبطة بشكل فضفاض تسبب الكهرباء.
في حالة الحياد، يكون عدد الإلكترونات والبروتونات متساويًا في أي قطعة من المادة. ولكن إذا أصبح عدد الإلكترونات في مادة أكثر من عدد البروتونات، فإن المادة تصبح مشحونة سالبًا لأن الشحنة الصافية لكل إلكترون سالبة. إذا أصبح عدد الإلكترونات في مادة أقل من عدد البروتونات، فإن المادة تصبح مشحونة موجبة.
تركيز الإلكترونات الحرة دائمًا يحاول أن يكون موحدًا. هذا هو السبب الوحيد للكهرباء. دعونا نشرح بمزيد من التفصيل. إذا جاء جسمان موصلان مشحونان بشكل مختلف في اتصال، فإن الإلكترونات من الجسم الذي يحتوي على تركيز أعلى من الإلكترونات ستتحرك إلى الجسم الذي يحتوي على تركيز أقل من الإلكترونات لتوازن تركيز الإلكترونات في كلا الجسمين. هذا الحركة للشحنة (كما أن الإلكترونات هي جسيمات مشحونة) هي الكهرباء.
المصطلحات ذات الصلة بالكهرباء
الشحنة الكهربائية: كما أخبرنا سابقًا أن عدد الإلكترونات وعدد البروتونات متساوٍ في جسم محايد. كمية الشحنة السالبة والموجبة متساوية أيضًا في جسم محايد حيث أن الشحنة الكهربائية للكترون وبروتون متساوية رقميًا ولكن قطبيتها معاكسة. ولكن لأي سبب، إذا تم توزيع توازن عدد الإلكترونات والبروتونات في جسم، يصبح الجسم مشحونًا كهربائيًا. إذا كان عدد الإلكترونات أكبر من البروتونات، يصبح الجسم مشحونًا سالبًا ويعتمد مقدار الشحنة على عدد الإلكترونات الزائدة في الجسم. بنفس الطريقة، يمكننا شرح الشحنة الموجبة للجسم. هنا يصبح عدد الإلكترونات أقل من البروتونات. تعتمد الإيجابية للجسم على الفرق بين البروتونات والإلكترونات في الجسم.
تيار الكهرباء: عندما يتدفق الشحنة من نقطة إلى أخرى لتحقيق توزيع شحنة موحد، فإن معدل تدفق الشحنة يسمى تيار الكهرباء. يعتمد هذا المعدل بشكل أساسي على الفرق بين حالة الشحنة لنقطتين والحالة المسار الذي يتدفق عبره الشحنة. وحدة تيار الكهرباء هي الأمبير وهي لا شيء إلا الكولوم في الثانية.
الجهد الكهربائي: مستوى حالة الشحنة للجسم يعرف بـ الجهد الكهربائي. عندما يتم شحن الجسم فإنه يحصل على القدرة على القيام ببعض الأعمال. الجهد الكهربائي هو قياس القدرة على العمل للجسم المشحون. التيار الكهربائي المتدفق عبر الموصل يتناسب طرديًا مع فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الموصل. يمكن تصور الجهد الكهربائي كفرق مستوى الماء في خزانين متصلين بخط أنابيب. يعتمد سرعة تدفق الماء من الخزان الأعلى إلى الخزان الأدنى على فرق المستوى أو رأس الماء في الخزانات وليس على كمية الماء المخزنة في الخزانات. بنفس الطريقة، يعتمد التيار الكهربائي بين جسمين على فرق الجهد الكهربائي بين الجسمين وليس على كمية الشحنة المخزنة في الجسمين.
الحقل الكهربائي: هناك دائما قوة بين جسمين مشحونين متجاورين. قد تكون القوة جاذبة أو متنافرة اعتمادًا على طبيعة الشحنة لجسمين. عندما يدخل جسم مشحون منطقة قريبة من جسم مشحون آخر، يتم تجربة القوة عمليًا. الفضاء الذي يحيط بجسم مشحون حيث يمكن لجسم مشحون آخر أن يشعر بقوة يسمى الحقل الكهربائي للجسم الأول.
هذه المصطلحات الأربعة المذكورة أعلاه هي العوامل الرئيسية لـ الكهرباء.
هناك ثلاث طرق أساسية نستخدمها عادةً لـ إنتاج الكهرباء.
عملية الكهروميكانيكية: عندما يتحرك موصل في حقل مغناطيسي ويقطع المجال خطوط الفيض، يتم إنتاج الكهرباء في الموصل. بناءً على هذا المبدأ، تعمل جميع المولدات الكهربائية مثل المولدات الكهربائية المباشرة، المولدات المتزامنة، وكافة أنواع الديناموات.
عملية الكهروكيميائية: في جميع أنواع البطاريات، يتم إنتاج الكهرباء بسبب التفاعلات الكيميائية. هنا يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
إنتاج الكهرباء الصلبة: هذه هي العملية الأكثر حداثة لـ إنتاج الكهرباء. هنا، يتم إنتاج الإلكترونات الحرة والفجوات في الوصل PN وتوزيع حاملي الشحنة يصبح غير متوازن عبر الوصل PN عند تعرض الوصل للضوء. هذه الإلكترونات الحرة والفجوات وتوزيعها غير المتوازن عبر الوصل يسبب الكهرباء في الدائرة الخارجية. على هذا المبدأ، تعمل خلايا الطاقة الشمسية الضوئية.
