الكهرباء ظاهرة شائعة وحيوية لمعظم الناس. ومثل أي شيء مألوف ، نادرًا ما يكون ملحوظًا. قلة من الناس يتساءلون من أين أتت ، وكيف تعمل ، وما الذي يمكن فعله بها. ومع ذلك ، فقد تم إجراء بحثه قبل وقت طويل من عصرنا ، وحتى الآن ، لا تزال بعض الألغاز دون إجابة.
محتوى
ما هو المقصود بالتيار الكهربائي
الكهرباء عبارة عن مجموعة من الظواهر المرتبطة بوجود الشحنات الكهربائية. غالبًا ما تعني هذه الكلمة التيار الكهربائي وجميع العمليات التي تسببها.
التيار الكهربائي هو الحركة الموجهة للجسيمات التي تحمل شحنة تحت تأثير مجال كهربائي.
من اخترع الكهرباء - التاريخ
تمت دراسة مظاهر معينة للكهرباء قبل وقت طويل من عصرنا.لكن دمجها في نظرية واحدة تشرح ومضات البرق في السماء ، وجاذبية الأشياء ، والقدرة على إحداث حرائق وخدر في أجزاء الجسم ، أو حتى موت شخص ، اتضح أنه مهمة صعبة.
منذ العصور القديمة ، درس العلماء ثلاثة مظاهر للكهرباء:
- الأسماك التي تولد الكهرباء.
- كهرباء ساكنة;
- المغناطيسية.
في مصر القديمة ، علم المعالجون بالقدرات الغريبة لسمك السلور النيلي وحاولوا علاج الصداع والأمراض الأخرى به. استخدم الأطباء الرومان القدماء منحدرًا كهربائيًا لأغراض مماثلة. درس الإغريق القدماء بالتفصيل القدرات الغريبة لسمك الراي اللساع وعرفوا أن المخلوق يمكن أن يصعق الإنسان دون اتصال مباشر من خلال شباك الصيد وشباك الصيد.
في وقت سابق إلى حد ما ، تم اكتشاف أنه إذا قمت بفرك العنبر على قطعة من الصوف ، فسوف تبدأ في جذب الصوف والأشياء الصغيرة. في وقت لاحق ، تم اكتشاف مادة أخرى ذات خصائص مماثلة - التورمالين.
حوالي 500 قبل الميلاد. علم العلماء الهنود والعرب بالمواد القادرة على جذب الحديد واستخدموا هذه القدرة بنشاط في مختلف المجالات. حوالي 100 قبل الميلاد. اخترع العلماء الصينيون البوصلة المغناطيسية.
في عام 1600 ، اكتشف ويليام جيلبرت ، طبيب بلاط إليزابيث الأولى وجيمس الأول ، أن الكوكب بأكمله عبارة عن بوصلة واحدة ضخمة وقدم مفهوم "الكهرباء" (من الكلمة اليونانية "العنبر"). في كتاباته ، بدأت التجارب التي أجريت على فرك الصوف بالعنبر وقدرة البوصلة على الإشارة إلى الشمال بالدمج في نظرية واحدة. في الصورة أدناه ، يُظهر المغناطيس لإليزابيث الأولى.
في عام 1633 ، اخترع المهندس Otto von Guericke آلة كهروستاتيكية لا يمكنها جذب الأشياء فحسب ، بل أيضًا صدها ، وفي عام 1745 قام Peter van Muschenbroek ببناء أول جهاز تخزين شحن كهربائي في العالم.
في عام 1800 ، اخترع الإيطالي أليساندرو فولتا الأول المصدر الحالي - بطارية كهربائية تنتج العاصمة. كان قادرًا أيضًا على نقل التيار الكهربائي عبر مسافة. لذلك ، يعتبر الكثيرون هذا العام عام اختراع الكهرباء.
في عام 1831 ، اكتشف مايك فاراداي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ويفتح الطريق لاختراع أجهزة مختلفة تعتمد على التيار الكهربائي.
في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين ، تم تحقيق عدد كبير من الاكتشافات والإنجازات بفضل أنشطة نيكولا تيسلا. من بين أمور أخرى ، اخترع المولد عالي التردد و محول، محرك كهربائي ، هوائي لإشارات الراديو.
العلم الذي يدرس الكهرباء
الكهرباء ظاهرة طبيعية. يدرس جزئيا في علم الأحياء والكيمياء والفيزياء. تعتبر الشحنات الكهربائية الأكثر اكتمالا في إطار الديناميكا الكهربائية - أحد فروع الفيزياء.
نظريات وقوانين الكهرباء
هناك القليل من القوانين التي تحكم الكهرباء لكنها تصف الظاهرة بشكل كامل:
- قانون الحفاظ على الطاقة هو قانون أساسي تخضع له الظواهر الكهربائية أيضًا ؛
- قانون أوم هو القانون الأساسي للتيار الكهربائي ؛
- قانون الحث الكهرومغناطيسي - حول المجالات الكهرومغناطيسية والمغناطيسية ؛
- قانون أمبير - حول تفاعل اثنين من الموصلات مع التيارات ؛
- قانون جول لينز - حول التأثير الحراري للكهرباء ؛
- قانون كولوم - حول الكهرباء الساكنة ؛
- قواعد اليد اليمنى واليسرى - تحديد اتجاهات خطوط المجال المغناطيسي وقوة أمبير التي تعمل على موصل في مجال مغناطيسي ؛
- قاعدة لينز - تحديد اتجاه تيار الحث ؛
- قوانين فاراداي تدور حول التحليل الكهربائي.
التجارب الأولى مع الكهرباء
كانت التجارب الأولى مع الكهرباء مسلية بشكل أساسي. كان جوهرها في الأشياء الخفيفة التي تم جذبها وصدها تحت تأثير قوة غير مفهومة جيدًا. تجربة مسلية أخرى هي نقل الكهرباء من خلال سلسلة من الناس ممسكين بأيديهم. تمت دراسة التأثير الفسيولوجي للكهرباء بنشاط من قبل جان نوليت ، الذي جعل شحنة كهربائية تمر عبر 180 شخصًا.
مما يتكون التيار الكهربائي؟
التيار الكهربائي هو حركة موجهة أو منظمة للجسيمات المشحونة (الإلكترونات والأيونات). تسمى هذه الجسيمات حاملات الشحنة الكهربائية. لكي تظهر الحركة ، يجب أن تكون هناك جزيئات مشحونة مجانية في المادة. تحدد قدرة الجسيمات المشحونة على التحرك في مادة ما موصلية تلك المادة. من خلال الموصلية ، يتم تمييز المواد في الموصلات وأشباه الموصلات والعوازل الكهربائية.
في المعادن ، تتحرك الشحنة بواسطة الإلكترونات. في الوقت نفسه ، لا تتسرب المادة نفسها في أي مكان - يتم تثبيت أيونات المعادن بإحكام في عقد الهيكل وتتأرجح قليلاً فقط.
في السوائل ، تحمل الأيونات الشحنة: كاتيونات موجبة الشحنة وأنيونات سالبة الشحنة. تندفع الجسيمات إلى الأقطاب الكهربائية ذات الشحنة المعاكسة ، حيث تصبح محايدة وتستقر.
تتكون البلازما في غازات تحت تأثير قوى ذات إمكانات مختلفة. يتم نقل الشحنة بواسطة الإلكترونات والأيونات الحرة لكلا القطبين.
في أشباه الموصلات ، تتحرك الشحنة بواسطة الإلكترونات ، وتتحرك من ذرة إلى ذرة ، وتترك وراءها انقطاعات تعتبر موجبة الشحنة.
من أين يأتي التيار الكهربائي
يتم توليد الكهرباء التي تصل من خلال الأسلاك إلى المنازل عن طريق مولد كهربائي في محطات توليد الطاقة المختلفة. عليهم ، المولد متصل بتوربينات تدور باستمرار.
في التصميم مولد كهرباء يوجد دوار - ملف يقع بين أقطاب المغناطيس. عندما يدور التوربين هذا الجزء المتحرك في مجال مغناطيسي ، وفقًا لقوانين الفيزياء ، يظهر تيار كهربائي أو يتم تحريضه. وبالتالي ، فإن الغرض من المولد هو تحويل القوة الحركية للدوران إلى كهرباء.
هناك العديد من الطرق لجعل التوربينات تدور باستخدام مجموعة متنوعة من مصادر الطاقة. وهي مقسمة إلى ثلاثة أنواع:
- الطاقة المتجددة - الطاقة المستمدة من موارد لا تنضب: تيارات المياه وضوء الشمس والرياح ومصادر الطاقة الحرارية الأرضية والوقود الحيوي ؛
- غير متجددة - الطاقة التي يتم الحصول عليها من الموارد التي تنشأ ببطء شديد ، ولا تتناسب مع معدل الاستهلاك: الفحم والنفط والجفت والغاز الطبيعي ؛
- النووية - الطاقة التي يتم الحصول عليها من عملية انقسام الخلايا النووية.
في أغلب الأحيان ، يتم توليد الكهرباء من خلال عمل:
- محطات الطاقة الكهرومائية (HPP) - المبنية على الأنهار وتستخدم قوة تدفق المياه ؛
- محطات الطاقة الحرارية (TPPs) - تعمل على الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الوقود ؛
- محطات الطاقة النووية (NPPs) - تعمل على الطاقة الحرارية التي يتم الحصول عليها من عملية التفاعل النووي.
يتم توفير الطاقة المحولة عن طريق الأسلاك لمحطات المحولات الفرعية والمفاتيح الكهربائية وعندها فقط تصل إلى المستهلك النهائي.
الآن ما يسمى أنواع الطاقة البديلة تتطور بنشاط. وتشمل هذه توربينات الرياح والألواح الشمسية واستخدام مصادر الطاقة الحرارية الأرضية وأي طرق أخرى للحصول على الكهرباء من خلال الظواهر غير العادية. تعد الطاقة البديلة أقل شأناً بكثير من حيث الإنتاجية والعائد إلى المصادر التقليدية ، ولكنها تساعد في بعض المواقف على توفير المال وتقليل الحمل على شبكات الطاقة الرئيسية.
هناك أيضًا أسطورة حول الوجود BTG - مولدات عديمة الوقود. يوجد على الإنترنت مقاطع فيديو توضح عملهم ويتم عرض بيعها. لكن هناك الكثير من الجدل حول مصداقية هذه المعلومات.
أنواع الكهرباء في الطبيعة
أبسط مثال للكهرباء التي تحدث بشكل طبيعي هو البرق. تتصادم جزيئات الماء في السحب باستمرار مع بعضها البعض ، فتكتسب شحنة موجبة أو سالبة. ينتهي الأمر بالجسيمات الأخف شحنة موجبة أعلى السحابة ، بينما تتحرك الجسيمات السالبة الأثقل إلى أسفل. عندما تكون غيمتان متشابهتان على مسافة قريبة بدرجة كافية ، ولكن على ارتفاعات مختلفة ، تبدأ الشحنات الموجبة لإحداهما في الانجذاب المتبادل بواسطة الجسيمات السالبة للأخرى. في هذه اللحظة يحدث البرق. كما أن هذه الظاهرة تحدث بين السحب وسطح الأرض نفسه.
مظهر آخر من مظاهر الكهرباء في الطبيعة هو الأعضاء الخاصة في الأسماك والشفنين والثعابين. بمساعدتهم ، يمكنهم إنشاء شحنات كهربائية للدفاع عن أنفسهم من الحيوانات المفترسة أو صعق فرائسهم. وتتراوح إمكاناتها من تصريفات ضعيفة للغاية ، غير محسوسة للإنسان ، إلى تصريفات مميتة.تخلق بعض الأسماك مجالًا كهربائيًا ضعيفًا حولها ، مما يساعدها على البحث عن الفريسة والتنقل في المياه الموحلة. أي جسم مادي يشوهه بطريقة ما ، مما يساعد على إعادة إنشاء الفضاء المحيط و "الرؤية" بدون عيون.
تتجلى الكهرباء أيضًا في عمل الجهاز العصبي للكائنات الحية. ينقل الدافع العصبي المعلومات من خلية إلى أخرى ، مما يسمح لك بالاستجابة للمحفزات الخارجية والداخلية والتفكير والتحكم في حركاتك.
مقالات مماثلة:
