مقالات كهربية للغير متخصصين او الطلاب

ما هي الكهرباء ؟

   الكهرباء هي إحدى صور الطاقة ، والطاقة في الكون أوجدها الله كالطاقات الناتجة عن الشمس تمد الأرض  بالدفئ والحياة للنبات والحيوان والإنسان ، الطاقة الحرارية ، الطاقة الضوئية ، الطاقة الكميائية ... الطاقة الناتجة من حركة الرياح .. الطاقة الناتجة من سقوط الماء عن ارتفاع كالشلالات والسدود .. الطاقة الناتجة عن حركة الموج والمد والجزر ..الطاقة الحرارية الكامنة بباطن الأرض والطاقة الناتجة عن الوقود الذي يستخرج من باطن الأرض والمسطحات المائية من فحم وغاز طبيعي وسولار ..

   يقوم الإنسان بتحويل الطاقة من صورة إلى أخرى لكي يلبي متطلباته، فالطاقة الكهربية تأتي من تحويل إحدى صور الطاقة الموجودة إلى الطاقة الكهربية ، كتحويل الطاقة الضوئية بأشعة الشمس أو بتحويل الطاقة الحرارية من أشعة الشمس او بتحويل طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية دورانية ومنها إلى طاقة كهربية أو بتحويل طاقة وضع الماء على السدود أو الشلالات إلى طاقة حركية ميكانيكية ومنها إلى طاقة كهربائية أوتحويل طاقة الوقود الذي يستخرج من باطن الأرض والمحيطات والبحار إلى طاقة حرارية تحول الماء إلى صورة غازية بخار مضغوط نحصل منه على طاقة دورانية ميكانيكية ومنها على الطاقة الكهربائية ..أو تحويل طاقة الوقود مباشرة إلى طاقة حركية ميكانيكية ومنها نحصل على الطاقة الكهربائية ...

إذا ما الكهرباء إلا إحدى صور الطاقة ونحصل عليها من صورة أخرى للطاقة موجوة في الطبيعة أو تحويل طاقة إلى طاقة ...إلى الطاقة الكهربائية ، ومع الوقت تتطور سبل وإمكانيات تحويل واستغلال الطاقات فيمكن مثلا استغلال خطوات المشاة على الطريق أو إطارات السيارات على الطرق أو حركة بدالات الدراجات في الحصول على طاقة منها نحصل على طاقة كهربائية ، الفارق أن مصدر ما قد يعطيني طاقة نظيفة وآخر طاقة ملوثة ، طاقة كثيفة وآخر طاقة محدودة ، طاقة رخيصة وآخر طاقة مكلفة ..

إحدى صور الكهرباء موجودة في الطبيعة بشكل مباشر نتلمسها في طاقة البرق الذي يضيء السماء في لحظات ويضرب نقطة ما على الارض او في السماء يعقبها طاقة صوتية صوت الرعد المدوي فهي ظاهرة كهربية ينتج عنها ضوء اي البرق وصوت أي الرعد والظاهرة عموما تنتج لظروف مكان ما الجوية وحركة الهواء من أسفل لاعلى ودرجة حرارة المنخفضة جدا في الارتفاعات العالية حيث تتكون السحب او تتلقح .

لكن يبقى السؤال ما هي طاقة الكهرباء تلك ؟

كلمة السر هي الإلكترونات أو الجسيمات المشحونة

   الكهرباء موجودة في بنية المادة والمادة هي كل ما حولنا الابواب والنوافذ و الأحجار والتراب والرمل والماء والهواء والأشخاص والمعادن المختلفة ذهب نحاس حديد ألمونيوم ...الخ، فالمادة تتكون من جزيئات والجزيئات هي اتحاد الذرات والذرات هي فرااااغ كبير داخله نواة يدور حولها في مستويات او مدارات كمدارات الكواكب حول الشمس الكترونات والالكترونات تدور حول محورها أيضا لها إلا أنها كالكواكب حول الشمس ملتزمة بمداراتها بسبب جاذبية الشمس لها كذلك الالكترونات لها نفسس عدد البروتونات وتحافظ قوة التجاذب بينهما على بقاء الالكترون في مداره حول النواة ، والنواة تتكون من نيوترونات وبروتونات وكلاهما يتكون من كواركات .

المهم ان كل ما حولنا يتكون من ذرات والذرة تتكون مما سبق وتختلف من مادة او عنصر لآخر من حيث عدد البروتونات والنيترونات والالكترونات ونشاط الالكترونات .

   النواة متعادلة الشحنة الكهربية بسبب النيوترونات والبروتونات ، ، كل مادة تختلف عن أخرى من حيث ترابط الذرات مع بعضها ومن حيث التركيب النواة فمثلا ذرة الهيدروجين تحتوي على بروتون واحد ، بينما ذرة النحاس تحتوي على 29 بروتون ونظيرهم الذري من النيوترونات وهو موضوع مهم لتناول الطاقة النووية .

ما يهمنا هنا هو الالكترونات وما يهمنا هو عدد الالكترونات في مدار او يسمى مستوى التكافؤ وهو المستوى البعيد عن النواة المدار الخارجي فالالكترونات بهذا المستوى يمكن ان تتحرر من النواة وتصبح حرة وبالتالي يمكن ان ينتقل الالكترون أو الشحنة الكهربية من ذرة إلى أخرى إلى أخرى حتى تصل للمكان المطلوب بسرعة أقل من سرعة الضوء في حالة الانتقال خلال سلك مثلا .

إذا الكهرباء هي حركة الالكترونات وإنتاج الكهرباء هي إنتاج الالكترونات ونقلها هو نقل الالكترونات ...وبالتالي الإنسان لكي يحصل على الكهرباء كان عليه أن يجد طريقة للحصول على الالكترونات حرة الحركة وطريقة لنقلها والتحكم فيها ..

   فالبرق هو التالي لحركة شحنات أو الكترونات بين السحاب المشحون والأرض أو الأرض والسحاب

فالتيار الكهربي في ناقل كسلك ، يمكن تشبيهه كمثال لتيار الماء في ناقل كخرطوم – هنا حركة الالكترونات وهناك حركة جزيئات الماء – فالماء مدفوع بفرق الضغوط على طرفي الخرطوم والالكترونات مدفوعة بفرق الجهد على طرفي السلك .الماء له لمصدر او خزان محدود يمدنا بكمية معينة كبيرة او صغيرة وفي الطرف الآخر مستهلك يستهلك هذا الماء عبر الخرطوم من خلال دش أو حنفية أو رشاش ري أو سخانات مياة ولابد أن يناسبها ضغط الماء فالمطلوب لخرطوم مطافي يدمر الحنفية العادية بالمنازل ، كذلك للالكترونات أو للشحنة الكهربية مصدر قادر على امدادنا بكمية محدودة من الطاقة وفي الطرف الآخر مستهلك مصباح او سخان او ثلاجة او غسالة يناسبها الضغط او الجهد المنقول به هذه الالكترونات .

ولان كل شيء يحتوي على الالكترونات فكل شيء يعتبر مكهرب وكهربي ولكن في مستويات متفاوتة بسبب عدد الالكترونات وحساسيتها للقوى المؤثرة عليها قوة تحريرها أو درجة أو قوة ارتباط الكترون التكافؤ بالذرة – لذلك يمكن ان يصنف ما حولنا إلى ما هو قوي كهربائيا فيناسبه ان يطلق عليه كهربي أو موصل كهربي وهناك ما هو شبه موصل وهناك ما هو عازل ولكل منهم له أهميته واستخداماته .

فالموصل الكهربي او المادة ممتازة او جيدة التوصيل الكهربي هي القادرة على تمرير أو تحريك الالكترونات من خلالها بسلاسة وبأقل مقاومة او احتكاك تذكر وهي تلك تحتوي على الكترون واحد في مستوى التكافؤ للذرة التي تحدثنا عنه هذه المواد مثل الفضة والنحاس والألمونيوم .

بينما المواد سيئة التوصيل الكهربي او تسمى عازل فهي سيئة لكون مستوى التكافؤ ممتلئ بالالكترونات فتحتاط مجهود خارجي أكبر كي يستطيع تحرير تلك الالكترونات وجعلها تتنقل وتلك المواد مثل البلاستيك والزجاج والخشب .

ويوجد مواد شبه موصلة وهي بين ذلك وتلك فمستوى التكافؤ غير ممتلئ وغير فارغ يوجد 4 الكترونات بمجهود مقبول يمكن تحريرهم وتحويلها إلى مادة موصلة بينما تكون عازل إذا كان المجهود المبذول لتحرير الالكترونات متواضع أقل من المطلوب وهي مثل السيليكون والكربون .