طبيعة الكهرباء ومفهوم الكهرباء

الكهرباء هي أشيع أشكال الطاقة. تستخدم الكهرباء في العديد من التطبيقات مثل الإضاءة والنقل والطهي والتواصل وإنتاج مختلف البضائع في المصانع وغيرها الكثير. لا يعرف أي منا بدقة ما هي الكهرباء. يمكن تطوير مفهوم الكهرباء والنظريات المتعلقة بها من خلال ملاحظة سلوكها المختلف. لدراسة طبيعة الكهرباء، من الضروري دراسة بنية المواد. كل مادة في هذا الكون تتكون من جسيمات صغيرة للغاية تُعرف بالجزيئات. الجزيء هو أصغر جسيم من المادة الذي تحتفظ فيه جميع خصائص تلك المادة. تتكون الجزيئات من جسيمات أصغر تُعرف بـ الذرات. الذرة هي أصغر جسيم من العنصر يمكن أن يوجد.

هناك نوعان من المواد. المادة التي يتكون جزيئاتها من ذرات متشابهة تُعرف بالعنصر. المادة التي تتكون جزيئاتها من ذرات مختلفة تُسمى المركب. يمكن تحقيق مفهوم الكهرباء من خلال بنية الذرات للمواد.

بنية الذرة

تتكون الذرة من نواة مركزية. تتكون النواة من البروتونات الموجبة والنيوترونات المحايدة الشحنة. هذه النواة محاطة بعدد من الإلكترونات الدائرية. لكل إلكترون شحنة سالبة قدرها – 1.602 × 10– 19 كولوم ولكل بروتون في النواة شحنة موجبة قدرها +1.602 × 10 – 19 كولوم. بسبب الشحنات المتعاكسة، هناك قوة جذب بين النواة والإلكترونات الدائرية. للإلكترونات كتلة ضئيلة مقارنة بكتلة النواة. كتلة كل بروتون ونيوترون تساوي 1840 مرة كتلة الإلكترون.

نظرًا لأن قيمة الوحدة لكل إلكترون وكل بروتون متساوية، فإن عدد الإلكترونات يساوي عدد البروتونات في الذرة المحايدة كهربائيًا. تصبح الذرة أيونًا موجبًا عندما تخسر الإلكترونات وبالمثل تصبح الذرة أيونًا سالبًا عندما تكسب الإلكترونات.

قد تحتوي الذرات على إلكترونات مرتبطة بشكل ضعيف في مداراتها الخارجية. تتطلب هذه الإلكترونات كمية صغيرة جدًا من الطاقة للتخلص منها عن ذراتها الأم. تُشار إلى هذه الإلكترونات بأنها إلكترونات حرة تتحرك بشكل عشوائي داخل المادة وتنتقل من ذرة إلى أخرى. يعتبر أي قطعة من المواد التي تحتوي بشكل عام على عدد غير متساوٍ من الإلكترونات والبروتونات مشحونة كهربائيًا. عندما يكون عدد الإلكترونات أكبر من البروتونات، تُقال المادة أنها مشحونة سالبًا وإذا كان عدد البروتونات أكبر من الإلكترونات، تُقال المادة أنها مشحونة موجبًا.

الطبيعة الأساسية للكهرباء هي أنه عند ربط جسم مشحون سالبًا بجسم مشحون موجبًا بواسطة موصل، تبدأ الإلكترونات الزائدة في الجسم السالب بالتدفق نحو الجسم الموجب لتغطية نقص الإلكترونات في ذلك الجسم الموجب.
آمل أن تكون قد حصلت على مفهوم الكهرباء الأساسي من الشرح أعلاه. هناك بعض المواد التي تحتوي على الكثير من الإلكترونات الحرة في درجة حرارة الغرفة العادية. أمثلة معروفة جدًا لهذا النوع من المواد هي الفضة والنحاس والألومنيوم والزنك وما إلى ذلك. يمكن توجيه حركة هذه الإلكترونات الحرة بسهولة في اتجاه معين إذا تم تطبيق الفرق الكهربائي عبر قطعة من هذه المواد. نظرًا لكثرة الإلكترونات الحرة، فإن هذه المواد لها проводимость электричества جيدة. تُعرف هذه المواد بأنها موصلات جيدة. التدفق الإلكتروني في الموصل في اتجاه واحد يُعرف باسم تيار. في الواقع، تتدفق الإلكترونات من الجهد الأقل (-Ve) إلى الجهد الأعلى (+Ve)، ولكن الاتجاه التقليدي للتيار يعتبر من أعلى نقطة جهد إلى أقل نقطة جهد، لذا يكون الاتجاه التقليدي للتيار معاكسًا لاتجاه تدفق الإلكترونات. في المواد غير المعدنية مثل الزجاج والميكا والصفيح والخزف، تكون المدار الخارجي مكتملًا وليس هناك فرصة تقريبًا لفقدان الإلكترونات من القشرة الخارجية. وبالتالي، لا توجد إلكترونات حرة تقريبًا في هذا النوع من المواد.
وبالتالي، لا يمكن لهذه المواد أن توصل الكهرباء، بمعنى آخر، فإن طبيعة الكهرباء هي التدفق عبر الموصل بينما يتم تطبيق فرق جهد كهربائي عليه، ولكن ليس عبر عازل حتى لو تم تطبيق فرق جهد كهربائي عالٍ عليها.

المصدر: Electrical4u

بيان: احترام الأصلي، المقالات الجيدة مستحقة للتبادل، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال لحذف.