مقالات كهربية للغير متخصصين او الطلاب

ما هي أنواع الكهرباء ؟

إذا الكهرباء هي طاقة و هي حركة إلكترونات بين طرفين .. ولكن الكهرباء هي لفظ عام ولكي نستطيع ودراستها يعبر عنها بالعديد من الكميات او المصطلحات كالشحنة الكهربية ، التيار ، الجهد ، القدرة ، والطاقة ، القطبية ، التردد .. الخ

فان جاز يمكن التعبير عن الشحنة بنقطة ماء تكاد لا ترى بينما التيار هو سيل من تلك النقاط كسيل الماء المتدفق ولكنه بالطبع غير مرئي لانه سيل داخل بنية المادة ، وكما لكل كمية وحدة فالوزن وحدته الكيلو والطول وحدته المتر ، فالشحنة الكهربية وحداتها الكولوم وهي الالكترونات السالبة او الفجوات الموجبة أو أحيانا في حالات معينة الأيونات والكولوم وحدة كبيرة مثل الكيلومتر بالنسبة للمتر مثلا ، فالالكترون الواحد يحمل شحنة قيمتها جزء صغير جدا من الكولوم ومقدارها 0.16 على مليار على مليار من الكولوم ،.

والتيار ووحدته هو الأمبير وهو مقدار الشحنات المارة خلال مقطع الناقل سلك مثلا خلال زمن 1 ثانية فمثلا 100 أمبير تعني ان المصدر يولد او السلك ينقل او الحمل يستقبل 100 شحنة كهربية بالكولوم خلال ثانية واحدة أو ( 100 *6.24*مليار * مليار الكترون خلال 1 ثانية). والتيار لا يمر هكذا فحسب دون ضجيج فالبغبار تعرف الخيل والاثر يدل على المسير ومرور هذا التيار يسبب ارتفاع درجة الحرارة ، كما ينتج مجالات مغناطيسية وهي غير مرئية حول السلك وبالطبع يزداد تأثيرهما مع زيادة التيار .

أما الجهد أو قد يسمى الضغط الكهربي أو يسمى القوة الدافعة الكهربية ، ووحدته الفولت فهو الطاقة المبذولة لكل شحنة كهربية لنقل الشحنة من مكان لاخر وعمليا لا يوجد جهد ولكن يوجد فرق جهد بين نقطتين ففرق جهد قيمته 100 فولت معناه ان قادر على تمرير 100 كولوم اي (100*6.24*مليار *مليار الكترون ) خلال سلك مقاومته 1 اوم خلال 1 ثانية .ويكون الجهد ثابت على امتداد طول الناقل او السلك من المصدر حتى الحمل في الحالة المثالية إلا أن في الواقع يقل الجهد شيئا فشيئا كلما ابتعدنا عن المصدر بسبب ما يفقد بسبب مقاومة السلك

وجود الجهد يسبب تواجد مجالات كهربية

أما المقاومة فهي ما يعوق من مرور التيار في السلك أي المقاومة التي تواجه مرور تلك الشحنة الكهربية داخل بنية المادة او بين ذراتها فهي الناتجة عن الاحتكاك والتصادم بين الالكترونات والذرات والجسيمات الاخرى مسببة حرارة والسلك ذو المقاومة الاقل يعتبر ذو موصلية عالية اي افضل في توصيل التيار او توصيل الالكترونات بأقل خسائر أو مفاقيد ممكنة وكلما زاد طول السلك أو قل مقطعه كلما زادت المقاومة وزاد ضحاياها من الالكترونات وزاد الجهد المفقود وكما علمنا ان لكل معدة جهد مصممة على العمل عنده بكفاءة وتسحب تيارها الذي تريده هي اذا توفر هذا الجهد اما اذا اقل فيتأثر عملها ففي المحركات مثلا تجدها تسحب اكبر مما هو مطلوب فيتأثر عمله وترتفع حرارته ، أو كما في حالة المصابيح العادية يقل جهدها فيقل نصيبها من القدرة عما هو مقدر لها فتخفت اضائتها ويقل عمرها .

أما القدرة فهو ما تقدر المصادر على امداد الاحمال به ، فالاحمال تستهلك قدرة والقدرة بشكل عام هي حاصل ضرب التيار والجهد ووحدتها الوات أو الكيلو وات وهو 1000 وات .. أو الميجا وات وهو مليون وات .. أو الجيجا وات وهو مليار وات ..

ولكن يجب ان نعلم أن المصدر يجب ان تكون قدرته أكبر من قدرة الحمل لنعوض ما يفقد من قدرة في شكل حرارة وهي في طريقها بين المصدر والحمل . كما أنه هناك عوامل أخرى تضاف إلى معادلة حساب القدرة ولكن ليس هذا وقتها .

فنرجع حيث بدأنا فالكهرباء طاقة فما الطاقة الكهربية ..هي القدرة على مدار الزمن او مجموع ما تراكم من القدرة خلال زمن محدد ..اي حاصل ضرب القدرة في الزمن ووحدتها هي الوات ساعة . فالمصباح الذي يعمل 10 ساعات يوميا ويستهلك قدرة 100 وات فتكون الطاقة التي يستهكلها خلال يوم واحد هي 1000 وات ساعة أو 1 كيلو وات ساعة .

إذا ما هي أنواع الكهرباء ؟

هناك كهرباء ساكنة او استاتيكية وكهرباء ديناميكية ، طالما يوجد تيار فنحن نتحدث عن كهرباء ديناميكية اي عندما تتدفق الالكترونات ، بينما الكهرباء الساكنة هي خاصة بالعوازل في المقام الاول فالعازل او المواد المختلفة عن بعضها عندما يتم حكها معا كحك قدم الانسان على سجادة الصلاة تكتسب مادة الكترونات فتصبح سالبة الشحنة ، وتفقد أخرى الكترونات فتصبح موجبة الشحنة وتتراكم الشحنات على كل طرف او مادة حتى يتكون بينهما فرق جهد قد يصل لعشرات الكيلو فولت ، ويظل الحال على ما هو عليه حتى يجد جديد اي يحتفظ كل منهما بحالته الجديدة . فالانسان الذي احتك بالسجادة اكتسب شحنة سالبة وهو جاهز لتفريغها في يد شخص آخر او في مقبض باب الغرفة فيشعر بوغز سريع .. فقد فرغ الشحنة سريعا . والبرق يشمل النوعين او العلمين .

وهناك كهرباء موحدة الاتجاة او تسمى مستمرة تسمى DC وكهرباء مترددة او متغيرة الاتجاة باستمرار تغير اتجاها كل جزء من الثانية وتسمى AC اي كهرباء لها تردد اي تكرار .وفي الحالتين كلاهما كهرباء لكن تختلف خصائصها فنقول تيار او جهد مستمر وتيار او جهد متردد .

التيار او الجهد المستمر مثل الذي نحصل عليه من البطاريات ، بطاريات الرموت كونترول ، بطاريات الالعاب والفوانيس ، بطاريات السيارات ..الخ وفيه يكون اتجاه القطبية ثابت وليس القيمة اي هذا الطرف قطبيته موجبه والاخر قطبيته سالبه طول الوقت او يمكن تبديله باليد بعكس توصيل الاطراف ولكن يستمر الحال على هذه القطبية ، وقد تكون بجهد ثابت طول الوقت او متغير .

لكن التيار المتردد هو تيار يغير قضبيته و قيمته ، ولكن الاولى كل جزء من الثانية ، والثانية لحظيا فيمكن تمثيله كجبلين متلاصقين الاول قمته بالاعلى والاخر قمته للاسفل ويطلق على هذا الشكل او المسار او الموجة بالموجة الجيبية ، اي يزداد قيمة التيار او الجهد من الصفر حتى يصل الى اقصى قيمة ثم يقل كذلك تدريجيا حتى يصل للصفر مرة أخرى ثم يستمر في الزيادة ولكن بالقيمة السالبة اى بقطبية مختلفة حتى يصل لاقصى قيمة وهو بهذه القطبية ثم يقل حتى يصل للصفر مرة أخرى عندها يكون التيار قد اكمل دورة ثم يبدأ يكرر تلك الدورة طالما التوليد مستمر وفي مصر يكون تردد هذا التيار هو 50 دورة كل ثانية ..اي خلال ثانية واحدة يكون هذا التيار قد اكمل 50 دورة من تلك المذكورة اعلاه .

وهذا الاختلاف بين DC و AC ناتج من طريقة التوليد أي طريقة تحويل الطاقات فعندما نحصل على الكهرباء مباشرة من ضوء الشمس نحصل على كهرباء DC وكذلك عندما نحصل عليها مباشرة بالتفاعل الكميائي بالبطارية او بوسائل اخرى تقوم بتحويل التيار المتردد الى مستمر ، بينما عندما نحصل عليها عن طريق الطاقة الميكانيكية الدورانية تكون AC .

كما في محطات التوليد او المولدات المنتشرة في المحلات والمنازل .

أخيرا اتجاه التيار الكهربي في حلة DC يكون من الطرف السالب إلى الطرف الموجب وهي حركة الشحنات السالبة اي الالكترونات، او يمكن اعتباره من الطرف الموجب للسالب وهو حركة الشحنات الموجبة .

وينتقل التيار عند توفر شرطين الاول وجود فرق جهد بين نقطتين والثاني استمرارية الدائرة اي مسار مغلق بين تلك النقطتين .

أما في حالة AC يضاف إلى ذلك وجود فرق بين زاويتا الجهد وهذه الزاوية ناتجة عن وجود التردد اي وجود حركة دورانية لها سرعة دوران .

في حالة DC القدرة واحدة قدرة واحدة يسمونها قدرة ظاهرية ، بينما في حالة AC فتلك القدرة الظاهرية تتكون من نوعين من القدرة قدرة فعالة وقدرة غير فعالة وكما سبق وعلمنا أن القدرة يعطيها المصدر للحمل إذا أرادها الحمل .. والأحمال تختلف في طبيعتها فمنها ما يطلب قدرة ظاهرية يكثر فيها القدرة الفعالة ..وآخر يطلب قدرة ظاهرية يكثر فيها القدرة غير الفعالة .