كيف تعمل الكهرباء

الكهرباء

تُعتبر الكهرباء شكلاً من أشكال الطاقة المرتبطة بحركة الجسيمات الأوّلية في الذرّة وتحديداً حركة الإلكترونات سالبة الشحنة، فالكهرباء ناتجة عن تراكم الإلكترونات أو حركتها، وقد تكون الكهرباء ساكنةً بفعل انتقال الإلكترونات من جسم لآخر نتيجة احتكاكهما، أو كهرباء متحرّكة ناتجة عن الحركة المستمرّة للإلكترونات والتي تُنتج تيّاراً كهربائياً.^[١][٢]

مبدأ عمل الكهرباء

مبدأ عمل الكهرباء الساكنة

تتكوّن الذرة من بروتونات موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة ونيوترونات متعادلة الشحنة، وعادةً ما تنشأ قوى كهربائية بين الشحنات حيث تتجاذب الشحنات المختلفة وتتنافر الشحنات المتشابهة، ونتيجة تساوي عدد الإلكترونات والبروتونات في الذرّة فإنّها تكون مستقرّةً ومتعادلة الشحنة، وتتولّد الكهرباء الساكنة نتيجة اختلال في هذا التوازن بين الشحنات السالبة والموجبة، فقد تكتسب الذرة مزيداً من الإلكترونات فتُصبح شحنتها سالبة أو تفقد إلكترونات فتُصبح شحنتها موجبة.^[٣]

تنشأ الكهرباء الساكنة عند دلك مادتين مختلفتين ببعضهما ممّا يؤدّي إلى انتقال الإلكترونات سالبة الشحنة من مادة لأخرى فتُصبح كلا المادتين مشحونتين؛ إحداهما بشحنة سالبة والأخرى بشحنة موجبة، وهناك العديد من الظواهر على شحن الأجسام بالكهرباء الساكنة؛ فعند المشي على سجادة تنتقل الإلكترونات من السجادة للجسم فيُصبح الجسم مشحوناً بشحنة سالبة وعند لمسه شخص آخر أو جسم معدني يُصاب بصدمة كهربائية بسيطة نتيجة تحرير الإلكترونات الفائضة من الجسم وجذب الجسم الآخر لها.^[٣]

مبدأ عمل الكهرباء المتحرّكة

تنشأ الكهرباء المتحرّكة التي تُنتج تياراً كهربائياً بسبب تدفّق الإلكترونات وانتقالها من ذرّة لأخرى في جسم الموصل الكهربائي داخل الدارة الكهربائية، ويعود سبب تدفّق الإلكترونات لوجود قوة خارجية تدفع هذه الإكترونات للحركة من مصدر جهد كهربائي؛ كالبطاريات التي تُخزّن طاقة كهربائية كامنة داخلها وتنقلها للشحنات لتُحوّلها إلى طاقة حركية تُسبّب حركة الإلكترونات وتدفّقها.^[٤][٥]

تتكوّن الدارة الكهربائية البسيطة التي يسري فيها التيّار الكهربائيّ من ثلاثة مكّونات رئيسية؛ وهي مصدر الجهد الذي يُمثّل القوة الدافعة للإلكترونات كالبطارية، ومسار سير الإلكترونات ويكون من مادة موصلة للكهرباء كالأسلاك النحاسية، والحمل الكهربائي الذي يحتوي على مقاومة كهربائية، والمقصود به الأجهزة الكهربائية التي تحتاج الكهرباء في تشغيلها؛ كالمصابيح والمُحرّكات وغيرها،^[٦] وتُستخدم الأسلاك الكهربائية كموصل كهربائي وظيفته وصل الجزء الموجب من مصدر الطاقة بالحمل الكهربائي، ثمّ وصل الطرف الآخر من الحمل بالطرف السالب من مصدر الطاقة وإغلاق الدارة، ليبدأ التيار الكهربائي بالتدفّق وتحويل الطاقة المُخزّنة في مصدر الطاقة لشكل آخر من أشكالها كطاقة حرارية أو ضوئية أو حركية.^[٧]

الحثّ الكهرومغناطيسي

تُعتبر ظاهرة الحثّ الكهرومغناطيسي من أهمّ الخصائص الفيزيائية المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية، ويُمكن تعريف هذه الظاهرة بأنّها توليد قوة دافعة كهربائية تُنشئ تياراً كهربائياً مستحثّاً يمرّ خلال دارة كهربائية إذا ما تمّ تعريض هذه الدارة لمجال مغناطيسي متغيّر، ويعود الفضل بهذا الاكتشاف للعالمين فاراداي وجوزيف هنري.^[٨]

يُعتمد مبدأ الحثّ الكهرومغناطيسي في عمل المولّدات الكهربائية المستخدمة لتوليد الطاقة الكهربائية، حيث إنّ وجود موصل كهربائيّ داخل مجال مغناطيسيّ متغيّر يؤدّي إلى تولّد قوة دافعة حثيّة في الموصل مساوية للمعدّل الزمنيّ لتغيّر شدّة المجال المغناطيسي، ولهذا فإنّ المولّدات الكهربائية تتكوّن من ملفات من الموصلات الكهربائية الملفوفة بإحكام داخل قالب معدنيّ، ويتمّ تحريك الملفّ دوارنياً داخل مجال مغناطيسي محيط به فتتغيّر قيمة المجال المغناطيسي مع استمرار دوران الملفّ ممّا يؤديّ إلى تولدّ قوة دافعة حثيّة في بين أطراف الملفّ نتيجة تفاعل الإلكترونات في جسم الملفّ مع المجال المغناطيسي المحيط به فيتدفّق التيّار الكهربائيّ من خلاله.^[٩]

المراجع

1. ↑ “Electricity”, www.encyclopedia.com. Edited.
2. ↑ Frank Neville H. Robinson, “electricity”، www.britannica.com, Retrieved 7-7-2020. Edited.
3. ^ ^{أ ب} “How does static electricity work?”, www.loc.gov, Retrieved 8-7-2020. Edited.
4. ↑ “What is Current Electricity”, www.electricityforum.com, Retrieved 8-7-2020. Edited.
5. ↑ Chris Woodford (13-5-2020), “Electricity”، www.explainthatstuff.com, Retrieved 8-7-2020. Edited.
6. ↑ Chung Kevin, Christopher Williams, Shikha Sivakumar، “Simple Circuits”، brilliant.org، Retrieved 8-7-2020. Edited.
7. ↑ “Electrical Circuit Basics”, www.12voltplanet.co.uk, Retrieved 8-7-2020. Edited.
8. ↑ “Electromagnetic Induction”, www.encyclopedia.com, Retrieved 8-8-2020. Edited.
9. ↑ “Generators – Working, Types & Advantages”, www.elprocus.com, Retrieved 8-8-2020. Edited.