الامارات 7 - مبدأ عمل الكهرباء
الكهرباء الساكنة
تتكون الذرة من بروتونات موجبة الشحنة، وإلكترونات سالبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة. عادةً، تكون الذرة متعادلة كهربائيًا بسبب تساوي عدد البروتونات والإلكترونات. لكن عند حدوث اختلال في هذا التوازن، نتيجة اكتساب الذرة مزيدًا من الإلكترونات فتكتسب شحنة سالبة، أو فقدانها لبعض الإلكترونات فتكتسب شحنة موجبة، تتولد الكهرباء الساكنة.
تحدث الكهرباء الساكنة عندما يتم دلك مادتين مختلفتين ببعضهما، مما يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من مادة لأخرى، فتكتسب المادة الأولى شحنة سالبة بينما تصبح الأخرى موجبة. مثال على ذلك هو المشي على سجادة، حيث تنتقل الإلكترونات من السجادة إلى الجسم، مما يجعل الجسم مشحونًا بشحنة سالبة. وعند لمس شخص آخر أو جسم معدني، يُصاب الشخص بصدمة كهربائية بسيطة نتيجة تحرير الإلكترونات الفائضة.
الكهرباء المتحركة
الكهرباء المتحركة، التي تولّد تيارًا كهربائيًا، تحدث بسبب تدفق الإلكترونات في موصل كهربائي داخل دارة كهربائية. يتحرك الإلكترونات بفعل قوة خارجية، مثل تلك التي توفرها البطاريات التي تخزن الطاقة الكهربائية وتحوّلها إلى طاقة حركية لتحريك الإلكترونات.
تتألف الدارة الكهربائية البسيطة من ثلاثة مكونات رئيسية:
مصدر الجهد: مثل البطارية، الذي يوفر القوة الدافعة للإلكترونات.
مسار سير الإلكترونات: وهو المادة الموصلة، مثل الأسلاك النحاسية.
الحمل الكهربائي: الأجهزة التي تحتاج إلى كهرباء، مثل المصابيح والمحركات.
تعمل الأسلاك الكهربائية على توصيل الجهد الكهربائي من مصدر الطاقة إلى الحمل الكهربائي، مما يتيح تدفق التيار وتحويل الطاقة المخزنة إلى أشكال أخرى من الطاقة مثل الطاقة الحرارية أو الضوئية أو الحركية.
الحث الكهرومغناطيسي
يعتبر الحث الكهرومغناطيسي من أهم الخصائص الفيزيائية في توليد الطاقة الكهربائية. يحدث عندما يتعرض موصل كهربائي لمجال مغناطيسي متغير، مما يولد قوة دافعة كهربائية تُنتج تيارًا كهربائيًا مستحثًا في الدارة. يعتمد هذا المبدأ في عمل المولدات الكهربائية، حيث يحتوي المولد على ملفات من الموصلات الملفوفة داخل مجال مغناطيسي. عند تحريك الملف داخل المجال المغناطيسي، تتغير قيمة المجال، مما يسبب توليد قوة دافعة حثية في الملف وتدفق التيار الكهربائي عبره.
خلاصة
الكهرباء هي شكل من أشكال الطاقة الناجمة عن حركة الإلكترونات في الذرات. يمكن أن تكون كهرباء ساكنة ناتجة عن انتقال الإلكترونات بين الأجسام بفعل الاحتكاك، أو كهرباء متحركة ناتجة عن تدفق الإلكترونات داخل دارة كهربائية.
الكهرباء الساكنة
تتكون الذرة من بروتونات موجبة الشحنة، وإلكترونات سالبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة. عادةً، تكون الذرة متعادلة كهربائيًا بسبب تساوي عدد البروتونات والإلكترونات. لكن عند حدوث اختلال في هذا التوازن، نتيجة اكتساب الذرة مزيدًا من الإلكترونات فتكتسب شحنة سالبة، أو فقدانها لبعض الإلكترونات فتكتسب شحنة موجبة، تتولد الكهرباء الساكنة.
تحدث الكهرباء الساكنة عندما يتم دلك مادتين مختلفتين ببعضهما، مما يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من مادة لأخرى، فتكتسب المادة الأولى شحنة سالبة بينما تصبح الأخرى موجبة. مثال على ذلك هو المشي على سجادة، حيث تنتقل الإلكترونات من السجادة إلى الجسم، مما يجعل الجسم مشحونًا بشحنة سالبة. وعند لمس شخص آخر أو جسم معدني، يُصاب الشخص بصدمة كهربائية بسيطة نتيجة تحرير الإلكترونات الفائضة.
الكهرباء المتحركة
الكهرباء المتحركة، التي تولّد تيارًا كهربائيًا، تحدث بسبب تدفق الإلكترونات في موصل كهربائي داخل دارة كهربائية. يتحرك الإلكترونات بفعل قوة خارجية، مثل تلك التي توفرها البطاريات التي تخزن الطاقة الكهربائية وتحوّلها إلى طاقة حركية لتحريك الإلكترونات.
تتألف الدارة الكهربائية البسيطة من ثلاثة مكونات رئيسية:
مصدر الجهد: مثل البطارية، الذي يوفر القوة الدافعة للإلكترونات.
مسار سير الإلكترونات: وهو المادة الموصلة، مثل الأسلاك النحاسية.
الحمل الكهربائي: الأجهزة التي تحتاج إلى كهرباء، مثل المصابيح والمحركات.
تعمل الأسلاك الكهربائية على توصيل الجهد الكهربائي من مصدر الطاقة إلى الحمل الكهربائي، مما يتيح تدفق التيار وتحويل الطاقة المخزنة إلى أشكال أخرى من الطاقة مثل الطاقة الحرارية أو الضوئية أو الحركية.
الحث الكهرومغناطيسي
يعتبر الحث الكهرومغناطيسي من أهم الخصائص الفيزيائية في توليد الطاقة الكهربائية. يحدث عندما يتعرض موصل كهربائي لمجال مغناطيسي متغير، مما يولد قوة دافعة كهربائية تُنتج تيارًا كهربائيًا مستحثًا في الدارة. يعتمد هذا المبدأ في عمل المولدات الكهربائية، حيث يحتوي المولد على ملفات من الموصلات الملفوفة داخل مجال مغناطيسي. عند تحريك الملف داخل المجال المغناطيسي، تتغير قيمة المجال، مما يسبب توليد قوة دافعة حثية في الملف وتدفق التيار الكهربائي عبره.
خلاصة
الكهرباء هي شكل من أشكال الطاقة الناجمة عن حركة الإلكترونات في الذرات. يمكن أن تكون كهرباء ساكنة ناتجة عن انتقال الإلكترونات بين الأجسام بفعل الاحتكاك، أو كهرباء متحركة ناتجة عن تدفق الإلكترونات داخل دارة كهربائية.