أصبح الغالب في الحياة المعاصرة أن الكثير من الأمور لا تسير إلا في وجود الكهرباء، وصار كل شخص يحتاج إليها أثناء يومه بشكل كبير فإما لاستعمال هاتفه المحمول أو الحاسوب وتوصيله بشبكة الإنترنت، كما يحتاجها الأفراد لإضاءة المنازل والمعامل، ومع كثرة استخدامها زاد البحث عن طرق

ترشيد استهلاك الكهرباء

من أجل الحفاظ عليها وأيضًا لعدم انفاق الكثير من المال مقابل زيادة الاستعمال، إذ أن تصور الحياة بدونها أمر لا يُعقل حتى أنه يمكن أن تقف الحياة بانقطاع الكهرباء، وقد بات هناك وسائل مؤقتة بديلة عند انقطاعها مثل المولدات الكهربائية أو استخدام المصابيح المشحونة مسبقًا للإضاءة بواسطتها بعض الوقت.

تعريف الكهرباء

يمكن تعريفها بأنها صورة من صور الطاقة التي تنتج عن وجود أجسام أولية محملة ببعض الشحنات الكهربائية المتنوعة كالبروتونات والإلكترونات، إذ أن الكهرباء تنتج من تراكم تلك الشحنات، أو عن طريق تحرك وتدفق الإلكترونات داخل الجسم الموصل، وهو المعروف غالبًا بالتيار الكهربائي، ويجب ذكر أن الإلكترونات عبارة عن أجسام تحمل الشحنات السالبة، بينما البروتونات هي التي تحمل الشحنات الموجبة. [1]

تاريخ الكهرباء

هناك كتابات ترجع إلى القدم أشارت إلى أن تاريخ الكهرباء قد عُرف للمرة الأولى من خلال الغربيين وحدث ذلك في القرن الـ6 قبل الميلاد، وتم هذا عن طريق ملاحظتهم شحن مادة العنبر أثناء فركها، وقد ظل استعمال الكهرباء بشكله البسيط ذلك حتى قام العالم وليام جيلبرت (William Gilbert) بوصف كهربة مواد كثيرة في سنة ألف وستمائة ميلاديًا، ثم وضع وليام مصطلح الكهرباء من كلمة في اللغة اليونانية تدل على العنبر، ولذلك تم اعتبار وليام هو الأب الروحي في مجال الكهرباء الحديثة.

وبعد ذلك بمرور ستين عامًا أي في سنة ألف وستمائة وستين ميلاديًا قام العالم أوتو فون جيريك (Otto von Guericke) بابتكار آلة جديدة تنتج ما يُعرف بالكهرباء الساكنة وذلك بتدوير وفرك كرة من الكبريت، ومن ثم قام العلماء بالتتابع في اكتشافاتهم عن الكهرباء، فتوصلوا إلى معرفة تجاذب وتنافر القوى الكهربائية المتبادلة بالفراغ، فضلًا عن أنهم استطاعوا التفريق بين اللا موصلات والموصلات عن طريق العالم ستيفن جراي (Stephen Gray)، كما تم تصنيفها إلى كهرباء موجبة وأخرى سالبة. [2]

الحقبة الكمية

قام بيتر فان موشنبروك بابتكار ما يُعرف بقارورة ليدن وكان ذلك في سنة 1745 ميلاديًا، والتي تقوم بتخزين الكهرباء الساكنة ثم تقوم بعد هذا بإخراجها مرة واحدة، وقد تم تفريغها في سنة 1747 ميلاديًا خلال دائرة كهربائية، ومن ثم دخل مصطلحي الدائرة الكهربائية والتيار الكهربي بالجديد من مجالات الاكتشاف والتجارب عقب هذا.

وقد وُضعت العلاقة الرياضية التي تدل على ما يُتبادل من قوى بين الأجسام المشحونة من قبل العالم كولوم، وأصبح ذلك كبداية الطريق للحقبة التالية الجديدة للاهتمام بالدراسة الكمية الخاصة بالكهرباء، كما اُخترعت البطاريات بعد ذلك، ثم قام العالم أليساندرو ببناء فولتا العمود الفلطائي، وهو ما يُعد من أول أنواع البطاريات. [2]

الحقبة الكهرومغناطيسية

بدأت هذه الحقبة في سنة 1819 ميلاديًا عن طريق الاكتشاف للمجال المغناطيسي الذي يحيط بسلك معدني يسير فيه تيار كهربي، ثم قام العالم أندري ماري أمبير بوضع قوانين كثيرة ترتبط بالكهرومغناطيسية في صيغ رياضية، بعد ذلك اُبتكر نموذج مبدئي للمحرك الكهربي من قبل العالم فارادي، تلاه ابتكار المولد الكهربائي من أجل تشغيل المحركات، وعقب هذا بعام فقط صُمم نموذج لمولد كهربي يعمل باليد، ثم تتابعت التطورات في الكهرباء ومجالها إلى أن توصلوا لبناء محطة طاقة كهربائية وقد كانت الأولى وتم ذلك بعد 50 عامًا من هذا الوقت.

قام العالم كلارك ماسكويل بفتح طريقًا جديدًا بهدف التطوير في مجال الكهرومغناطيسية عن طريق وضع معادلات تقوم بوصف هذا المجال، ثم اكتشف العالم طومسون الإلكترون في أواخر القرن 19، وفي بداية القرن 20 توصل العالم رذرفورد للذرة وتكوينها وكيف تتوزع الشحنات بها، بالإضافة إلى أن العالم روبرت مليكان قام بقياس شحنة الإلكترون الواحد. [2]

أنواع الكهرباء

تعددت أنواع الكهرباء واختلفت كيفية نشأتها ومنها ما يلي:

الكهرباء الساكنة

تم إجراء أكثر من

بحث عن الكهرباء الساكنة

فيما يتعلق بنشأتها التي حدثت نتيجة التراكم للشحنات الكهربائية فوق سطح مادة ما، بسبب الاحتكاك أو الفرك بين مادتين مختلفتين معًا، وهذا على أن تكون كل مادة منهما قبل الفرك مساوية للمادة الأخرى في عدد البروتونات والإلكترونات، وعقب عملية الفرك يتم انتقال الإلكترونات من الجسم اللأقل في قوة الجذب للجسم الأكبر قوة، ثم يفقد أحد الجسمين الإلكترونات فيصير ذو شحنات موجبة، بينما الآخر يكسبها فيصير صاحب شحنة سالبة. [3]

التيار الكهربائي

هو ما ينتج عن التدفق لسيل الإلكترونات من خلال أحد الأجسام الموصلة للكهرباء وغالبًا ما يكون سلك نحاسي، ويعتبر الأمبير هو الوحدة التي يقاس بها شدة التيار، وقد تم التشبيه بين المياه التي تجري في الأنهار والتيار الكهربائي لتدفق الماء بسرعة محددة بين نقطتين، وهو ما يحدث للإلكترونات فهي تتدفق كالماء بكمية وسرعة محددتين، ويعد التيار وسيلة قياس لمقدار الطاقة التي يتم نقلها في فترة محددة من الزمن. [3]

تعددت وسائل الحصول على التيار الكهربائي فمنها المولدات الكهربائية التي تستعمل في محطات توليد الطاقة وينتج عنها التيار بسبب دوران ملف من النحاس في مجال مغناطيسي، كما توجد البطاريات وهي التي تنشأ الكهرباء فيها بفعل التفاعل الكيميائي بها، والجدير بالذكر أنه يوجد نوعان أساسيان من التيارات الكهربائية التي يتم استخدامها وهما يعرفان بالتيار المباشر (Direct Current) وتم الرمز إليه بـ(DC)، بينما عُرف الآخر بالتيار المتردد (Alternating Current) والذي رُمز إليه بـ(AC).

التيار المباشر

هو التيار الثابت الذي يسير في اتجاه واحد، مثل التيارات التي تنشأ عن البطاريات، وله استعمالات كثيرة حيث إن معظم الإلكترونيات معتمدة على هذا التيار ومنها: المصباح الكهربائي الذي يعمل بالبطارية، الهواتف النقالة، الشاشات المسطحة لأجهزة التلفزيون، وأيضًا محركات السيارات الهجينة والسيارات الكهربائية. [4]

التيار المتردد

هو تيار يستطيع تغيير اتجاه تدفق الإلكترونات هبوطًا وصعودًا بصورة منتظمة في دورة تتميز بالثبات والتكرار، ويجب الإشارة إلى أن التيارات التي يتم توصيلها للمنازل هي تيارات مترددة، إذ أنه سهل في النقل خلال المسافات الكبيرة والطويلة عند مقارنته بالتيار المباشر، ويتم استخدامه في المحركات الكهربائية حيث إنها تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى ميكانيكية، إلى جانب الاستخدام في العديدة من الأجهزة مثل: غسالات الصحون والثلاجات. [4]

خصائص الكهرباء

تتلخص خصائصها فيما يلي: [5]

التيار الكهربائي:

يرمز إليه بـ(I)، ويُقاس بوحدة الأمبير، وهو عدد الإلكترونات التي تعبر في الموصل خلال الثانية الواحدة، وفي الغالب أن التيار يتدفق من المادة التي تحتوي على شحنة سالبة إلى المادة التي تحتوي على شحنة موجبة.
فرق الجهد:

يتم قياسه بين جسمين أحدهما موجب والآخر سالب، ويُقاس بوحدة الفولت والتي يُشار إليها بـ(V)، وهو الذي يمثل مقدار الشغل المبذول عند كل شحنة كهربائية لتحريك الإلكترونات بين القطب السالب والقطب الموجب.
المقاومة الكهربائية:

وهي تُعد عائقًا في طريق سير التيار الكهربائي بالأجسام ، يتم قياسها بوحدة الأوم (Ohms)، والتي تعتمد على حجم المادة ونوعها، إذ أن المعادن تُعد منخفضة المقاومة لذا تعتبر موصل جيد للكهرباء بخلاف الخشب فهو ليس موصل جيد لأن مقاومته مرتفعة، بالإضافة إلى أن الأسلاك السميكة أقل مقاومة مقارنة بالأسلاك الرقيقة، وأيضًا الأسلاك القصيرة ذات مقاومة أقل من تلك الطويلة.