ما هي الكهرباء
بمعنى واسع ، الكهرباء هي المجموعة الكاملة من الظواهر الكهرومغناطيسية ، وهي مظاهر مختلفة للحقل الكهرومغناطيسي وتفاعله مع المادة ؛ بالمعنى الضيق ، يتم استخدامه في تعبير "كمية الكهرباء" ، وهو مرادف لـ "الشحنة الكهربائية" في تقدير الكمية الأخيرة.
ما الذي يخطر ببالك عندما تسمع كلمة "كهرباء" أو "كهرباء"؟ سوف يتخيل شخص ما مقبسًا كهربائيًا ، وآخر - خط كهرباء ، أو محول أو آلة لحام ، وسيفكر الصياد في البرق ، وستفكر ربة المنزل في بطارية بإصبعها أو شاحن الهاتف المحمول ، وسيفكر الخراطيم في محرك كهربائي ، وسوف يتخيل شخص ما نيكولا تيسلاجالسًا في مختبره بالقرب من ملف حث رنين ينفجر برق.
بطريقة أو بأخرى ، هناك العديد من مظاهر الكهرباء في العالم الحديث. من المستحيل تخيل حضارة اليوم ككل بدون كهرباء. لكن ماذا نعرف عنه؟ دعنا نوضح هذه المعلومات.
من محطة توليد الكهرباء إلى الأجهزة الكهربائية
عندما نقوم بتوصيل المقبس في المنزل ، قم بتشغيل الغلاية أو الضغط على المفتاح ، في الأساس نريد إضاءة المصباح ، ثم في تلك اللحظة نغلق الدائرة بين مصدر و مستقبل الكهرباءلتوفير مسار للشحنة الكهربائية للتنقل ، على سبيل المثال من خلال دوامة الغلاية.
عادة ما يكون مصدر الكهرباء في منزلنا منفذًا. الشحنة الكهربائية التي تتحرك عبر سلك (والتي في مثالنا عبارة عن ملف نيتشروم على غلاية) هي كهرباء... يربط السلك المقبس بالمستخدم بسلكين: على طول سلك واحد ، تنتقل الشحنة من المقبس إلى المستخدم ، على طول السلك الثاني في نفس الوقت - من المستخدم - إلى المقبس. إذا كان التيار متناوبًا ، فإن الأسلاك تغير أدوارها 50 مرة كل ثانية.
مصدر الطاقة لحركة الشحنات الكهربائية (أو ببساطة ، مصدر الكهرباء) في شبكة المدينة هو في الأساس محطة طاقة. في محطة توليد الكهرباء ، يتم توليد الكهرباء بقوة مولد كهرباء، يتم تحريك الجزء الدوار منها إلى الدوران بواسطة منشأة نووية أو محطة طاقة من نوع آخر (على سبيل المثال ، التوربينات المائية).
داخل المولد ، يعبر الدوار الممغنط أسلاك الجزء الثابت ، مما يتسبب في حدوث ذلك القوة الدافعة الكهربائية (EMF)توليد الجهد بين أطراف المولد. وهي دائما كذلك الجهد المتناوب بتردد 50 هرتز، لأن دوار المولد يحتوي على قطبين مغناطيسيين ويدور بتردد 3000 دورة في الدقيقة ، أو له 4 أقطاب وسرعة 1500 دورة في الدقيقة.
إنه التوتر في اتصالنا الذي نستخدمه كل يوم دون حتى التفكير. حول المسافة الطويلة التي تقطعها الكهرباء من محطة الطاقة إلى منفذنا بسرعة الضوء (299،792،458 مترًا في الثانية - سرعة انتشار مجال كهربائي على طول الأسلاك ، مما يدفع الإلكترونات بداخلها ، مما يخلق تيارًا).
جهد التيار المتردد 220 فولت عند الخرج
الجهد المتولد للمخرجات متغير لأنه: أولاً ، يمكن تحويله بسهولة (نقصان أو زيادة) ، وثانيًا ، يتم توليده بسهولة أكبر ويتم نقله مع فقد أقل في الأسلاك من الجهد الثابت.
عن طريق تشغيل الأسلاك التي تم توصيلها بها محول، بالتناوب الجهد الذي نحصل عليه التيار المتناوب، الذي يغير اتجاهه بشكل متناسق 50 مرة في الثانية ، قادر على توليد مجال مغناطيسي متناوب في الدائرة المغناطيسية للمحول ، والذي بدوره قادر مرة أخرى على إثارة تيار كهربائي في أسلاك اللفات الثانوية التي تقوم بلف الدائرة المغناطيسية ...
إذا كان المجال المغناطيسي ثابتًا في المساحة التي يغطيها الملف ، فلن يتم توجيه التيار في الملفات ببساطة (راجع. قانون الحث الكهرومغناطيسي).
للحصول على تيار ، من الضروري تغيير التدفق المغناطيسي في الفضاء ، وبعد ذلك سينتهي به الأمر الحقل الكهربائي، ستعمل على شحنة كهربائية ، والتي على سبيل المثال يمكن أن توجد داخل سلك نحاسي (إلكترونات حرة) موجود حول هذا الفضاء مع تدفق مغناطيسي متغير.
يعتمد تشغيل كل من المولدات والمحولات على هذا المبدأ ، مع الاختلاف الوحيد في أنه لا توجد أجزاء عمل متحركة في المحول: مصدر التدفق المغناطيسي المتناوب في المحول هو التيار المتردد للملف الأولي ، وفي المولد يوجد دوار دوار مع مجال مغناطيسي دائم.
وهنا وهناك ، المجال المغناطيسي المتغير ، وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي ، يولد مجالًا كهربائيًا دواميًا يعمل على الإلكترونات الحرة داخل الأسلاك ، مما يجعل هذه الإلكترونات في حالة حركة. إذا كانت الدائرة مغلقة أمام المستهلك ، فسوف يتدفق التيار عبر المستهلك.
تخزين الكهرباء والتيار المباشر
من الأنسب تجميع الكهرباء في الحياة اليومية في شكل طاقة كيميائية ، أي في البطاريات... التفاعل الكيميائي مع الأقطاب الكهربائية قادر على توليد تيار عندما تكون الدائرة الخارجية مغلقة أمام المستخدم ، وكلما كانت مساحة أقطاب البطارية أكبر ، يمكن الحصول على مزيد من التيار منها واعتمادًا على مادة الأقطاب الكهربائية وعدد الخلايا المتصلة في سلسلة في البطارية ، يمكن أن يكون الجهد الناتج عن البطارية مختلفًا.
لذلك ، بالنسبة لبطارية ليثيوم أيون ، فإن الجهد القياسي لخلية واحدة هو 3.7 فولت ويمكن أن يصل إلى 4.2 فولت. أثناء التفريغ ، تتحرك أيونات الليثيوم موجبة الشحنة في الإلكتروليت من القطب الموجب (-) على أساس النحاس والجرافيت إلى الكاثود (+) على أساس الألومنيوم ، وأثناء الشحن من الكاثود إلى الأنود ، حيث تحت تأثير EMF لـ الشاحن يتكون مركب الجرافيت الليثيوم ، ونتيجة لذلك تتراكم الطاقة في شكل مركب كيميائي.
تعمل المكثفات الإلكتروليتية بطريقة مماثلة ، تختلف عن البطاريات ذات السعة الكهربائية المنخفضة ، ولكن في عدد كبير من دورات الشحن والتفريغ.
بالنسبة لبطارية ليثيوم أيون ، يقتصر العمر الكامل على 1000 دورة شحن وتفريغ بحد أقصى ، ويصل محتوى الطاقة المحدد إلى 250 واط / كجم. بالنسبة للمكثفات الإلكتروليتية ، يقدر عمرها الحالي المصحح بعشرات الآلاف من الساعات ، لكن استهلاك الطاقة عادة ما يكون أقل من 0.25 واط / كجم.
كهرباء ساكنة
إذا وضعت ملاءة حريرية فوق بطانية صوفية ، فضغطها جيدًا معًا ، ثم حاول تفريقها ، فسيكون هناك كهربة... سيحدث هذا لأنه في ظل ظروف احتكاك الأجسام ذات الثوابت العازلة المختلفة ، يحدث فصل الشحنات على أسطحها: المادة ذات ثابت العزل العالي ستكون موجبة الشحنة ، والمادة ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض - سالبًا .
كلما زاد الاختلاف في هذه المعايير ، زادت قوة الكهرباء ، فعند فرك قدميك بسجادة صوفية ، فإنك تشحن سلبًا ، والسجاد إيجابيًا. يمكن أن تصل المستويات المحتملة إلى عشرات الآلاف من الفولتات هنا ، كما أن لمس صنبور الماء المتصل بشيء مؤرض ، على سبيل المثال ، سيعطيك صدمة كهربائية. ولكن نظرًا لندرة القدرة الكهربائية ، فإن هذا الحدث غير السار لن يشكل تهديدًا كبيرًا لحياتك.
شيء آخر هو آلة الرحلان الكهربي ، حيث تتراكم شحنة ثابتة ناتجة عن الاحتكاك في مكثف. إن الرسوم المتراكمة في بنك لايدن أصبحت بالفعل مهددة للحياة.
أهم المصطلحات والتعريفات
ما هو المجال الكهرومغناطيسي
المجال الكهرومغناطيسي هو نوع خاص من المادة يتميز بالتوزيع المستمر في الفضاء (الموجات الكهرومغناطيسية) ويكشف عن تقلب البنية (الفوتونات) ، ويتميز بالقدرة على الانتشار في الفراغ (في حالة عدم وجود مجالات جاذبية قوية) ، تأثير القوة على الجسيمات المشحونة ، حسب سرعتها.
ما هي الشحنة الكهربائية
الشحنة الكهربائية هي خاصية لجسيمات المادة أو الأجسام التي تميز علاقتها بالمجال الكهرومغناطيسي الخاص بها وتفاعلها مع المجال الكهرومغناطيسي الخارجي. لها نوعان معروفان باسم الشحنة الموجبة (شحنة البروتون والبوزيترون وما إلى ذلك) والشحنة السالبة (شحنة الإلكترون وما إلى ذلك). ككمية ، يتم قياسها من خلال التفاعل القوي لجسم مشحون مع جسم مشحون آخر.
ما هو الجسيم المشحون
الجسيم المشحون هو جسيم من المادة له شحنة كهربائية.
ما هو المجال الكهربائي
المجال الكهربائي هو أحد جانبي المجال الكهرومغناطيسي الناجم عن الشحنات الكهربائية والتغيرات في المجال المغناطيسي ، مما يؤدي إلى تأثير القوة على الجسيمات والأجسام المشحونة ويتضح من تأثير القوة على الأجسام والجسيمات الثابتة المشحونة.
ما هو المجال المغناطيسي
المجال المغناطيسي هو أحد جانبي المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن الشحنات الكهربائية عند تحريك الجسيمات والأجسام المشحونة وبسبب التغير في المجال الكهربائي الذي يمارس قوة على الجسيمات المشحونة المتحركة ويتضح من خلال عمل القوة الموجهة بشكل عام بالنسبة لاتجاه حركة هذه الجسيمات ويتناسب مع سرعتها.
ما هو التيار الكهربائي
التيار الكهربائي هو ظاهرة حركة الجسيمات المشحونة وظاهرة التغيرات في المجال الكهربائي بمرور الوقت ، مصحوبة بمجال مغناطيسي.
ما هي طاقة المجال الكهربائي
طاقة المجال الكهربائي - الطاقة المرتبطة بمجال كهربائي وتحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة عندما يتغير المجال الكهربائي.
ما هي طاقة المجال المغناطيسي
طاقة المجال المغناطيسي - الطاقة المرتبطة بالمجال المغناطيسي وتحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة عن طريق ثلاثة تغييرات في المجال المغناطيسي.
ما هي الطاقة الكهرومغناطيسية (الطاقة الكهربائية)
الطاقة الكهربائية - طاقة المجال الكهرومغناطيسي ، والتي تتكون من طاقة المجال الكهربائي وطاقة المجال المغناطيسي.
أنظر أيضا: