تعريف الكهرباء - الكهرباء المتحركة
باسم الله الرحمان الرحيم
الحمد لله رب العالمين، سيدنا
محمد النبي الأمي الأمين، وعلى آله وأصحابه والتابعين لهم بإحسان إلى يوم الدين.
أما بعد،
تحدثنا في الموضوع السابق عن الكهرباء
الساكنة. هذا هو رابط الموضوع:اضغط هنا
اليوم سوف نعرف الكهرباء
المتحركة، لا تنسوا بأن هاته المواد موجهة بالخصوص للمبتدئين، إذ تعتمد على أساليب
وشروحات بسيطة.
إذن ماهي الكهرباء المتحركة؟
للإجابة على هذا السؤال نعود بكم مرة أخرى
إلى الذرة. فالذرة كما قلنا سلفا تحتوي على نواة تتمركز في الوسط وإلكترونات تدور
حولها وفق مدارات مختلفة.
نأخذ كمثال ذرة النحاس، والذي يعتبر من أفضل
الموصلات الكهربائية في الجودة والثمن.
هذا
هو رمز ذرة النحاس
وهذا يعني بأن النحاس يمتلك 29 إلكترون تدور
حول النواة موزعة على الشكل التالي:
-
الطبقة الأولى تضم إلكترونين
-
الطبقة الثانية تضم 8 إلكترونات
-
الطبقة الثالثة تضم 18 إلكترونا
-
الطبقة الرابعة والأخيرة تضم إلكترون واحد.
نتجاهل
الطبقات الثلاثة الأولى ونذهب إلى الطبقة الأخيرة والتي تسمى: مستوى التكافؤ والالكترونات
التي تضم هاته الطبقة تسمى : إلكترونات التكافؤ.
صورة4
إن إلكترون التكافؤ في جميع الذرات هي وحدها
التي تساهم في التفاعلات الكيميائية.عن طريق الروابط مع الذرات أو الجزيئات
الأخرى.
إلا أن النحاس يتميز بصفة خاصة، مثله مثل
جميع العناصر الانتقالية في الجدول الدوري، حيث يمكن لبعض من الالكترونات الموجودة
في الغلاف ما قبل الأخير أن تأخذ ميزة وخاصية إلكترون التكافؤ.
لتبسيط الشرح نفترض أن ذرة النحاس لديها
إلكترون تكافؤ واحد. وذرة النحاس يمكن لها أن تفقد وبكل سهولة وبدون أي تأثير أو
تحريض خارجي، إلكترون التكافؤ لأنه أقل ارتباطا بالنواة.
هذا
الالكترون لن يغادر مادة النحاس لكنه سوف يتجول وبكل حرية بين ذرات النحاس وفي كل
الاتجاهات. إذ ربما سوف يمر بجوار ذرة أو يرتبط بذرة أخرى ثم ينفصل عنها متخذا
مسارا آخر عشوائيا.
هذا الالكترون يسمي بالالكترون الحر.حيث أن
جميع الفلزات تحتوي على الكترونات حرة، كالحديد والذهب والفضة ...إلخ.
إذن كما توضح الصورة أسفله فإن الالكترونات
الحرة للنحاس تتجول تلقائيا بين ذراته وفق مسارات عشوائية.
فمذا
لو قمنا بتنظيم مسار الالكترونات الحرة في اتجاه واحد.
في
هاته الحالة وبكل بساطة قمنا بتوليد التيار الكهربائي الذي تعرفونه.
إذن الكهرباء المتحركة هي التيار الكهربائي
وهي عبارة عن سيل من الالكترونات الحرة في إتجاه واحد عبر موصل.
أما
العوازل فهي تلك المواد التي الكترونات تكافؤ ذراتها جد مقيدة بالنوايا، حيث تنعدم
الالكترونات الحرة.
طبعا
ذرات بعض العوازل يمكنها فقدان الكترونات التكافؤ لتصبح هذه الأخيرة حرة، وذلك بان
نسلط عليها طاقة أكبر من الطاقة التي تربطها بالنواة.وتتمثل تلك الطاقة على شكل
حرارة، أو مفعول كميائي.....إلخ.
إذن لتوليد الكهرباء نحتاج فقط لتنظيم مسار
الالكترونات الحرة في موصل حتى يكون في اتجاه واحد. لذلك سنستعين بمضخة ماء، حيث
سنبدل الماء بالالكترونات.حيث سوف تسهر المضخة على حث الالكترونات الحرة على
الانتقال وفق اتجاه واحد. وذلك في استقبالها من المدخل وضخها من المخرج. وإذا وقفت
المضخة عن العمل فإنه لن يكون هناك تيار كهربائي وسوف لن يضيء المصباح. وإذا عادت
المضخة للعمل، اشتعل المصباح.
فالبطارية أو العمود أو مقبس الكهرباء
المنزلي أو أي مولد آخر للكهرباء، يلعب دور المضخة هنا. وهو تنظيم مسار
الالكترونات الحرة حتى يكون في اتجاه واحد.
كما توضح الصورة أعلاه، فإن الالكترونات تخرج
من القطب السالب للعمود الكهربائي وتمر في الدارة الكهربائية وصولا إلى القطب الموجب.
هذا هو منحى التيار الكهربائي الحقيقي. أما المنحى الاصطلاحي للتيار الكهربائي فهو
عكسه، حيث أن التيار سيخرج من القطب الموجب وصولا إلى القطب السالب. وذلك ما كان
يعتقده العالم الفيزيائي أمبير آنذاك في القرن التاسع عشر. إلى أن تم اكتشاف عكسه
في القرن العشرين. لكن الكل أخذ بنظرية العالم أمبير وأطلقوا عليه اسم المنحى
الاصطلاحي للتيار الكهربائي، وهو من القطب الموجب إلى القطب السالب.
كما قلنا سابقا، التيار الكهربائي هو عبارة
عن سيل من الاكترونات في اتجاه واحد عبر موصل.
لكن ماهي شدة التيار الكهربائي؟
شدة التيار الكهربائي هي حساب عدد
الالكترونات التي تعبر المقطع S
في الموصل خلال وحدة الزمن t.
ونرمز لها بالحرف I
ووحدتها في النظام العالمي هي الامبير ويرمز له بالحرف A.
ويمكن
حسابها بهاته المعادلة.
حيث Q هي كمية الكهرباء التي تعبر
المقطع S خلال المدة الزمنية t ويمكن حسابها بالمعادلة
ووحدتها
هي الكلومب C.
حيث N هو عدد الالكترونات المارة في
المقطع خلال المدة t و
e هي الشحنة الابتدائية للإلكترون
وهي
نأخذ مثالا:
نفترض
أن عدد الالكترونات المارة في المقطع S
في الثانية الواحدة t=1s
هي
لدينا
يعني
أي
ولدينا
كذلك
يعني
إذن 1A
هو مرور الكم الهائل من الالكترونات في الدارة الكهربائية، والذي يقدر بـ
إلى حد الآن عرفنا طبيعة التيار الكهربائي
وعرفنا شدة التيار الكهربائي، لكن ماهو التوتر؟
لدينا كريات داخل أنبوب في وضع أفقي، كما في
الصورة أسفله.
ونريد
لتلك الكريات أن تتحرك وتخرج من النقطة B.
أول ما يخطر على البال هو إمالة الأنبوب بحيث يكون مستوى النقطة A أعلى من النقطة B.
حيث
أن الكريات سوف تتحرك انطلاقا من النقطة A
في المستوى الأعلى نحو النقطة B في المستوى الأسفل. وكلما كانت النقطة A أعلى من النقطة B كلما كانت كمية الكريات الخارجة
من النقطة B أكبر.
فماذا لو بدلنا الأنبوب بسلك نحاسي ونريد
للتيار الكهربائي أن يمر من النقطة A
صوب النقطة B. هنا لن نحتاج إلى إمالة السلك.
بل يكفي أن نطبق في النقطة A
جهدا أكبر من الجهد المطبق في النقطة B.
كمثال نقوم بتركيب عمود كهربائي توتره 1.5V
مع الدارة الكهربائية كما في الصورة أسفله
في
هاته الحالة يكون الجهد في القطب السالب للعمود هو 0V وفي القطب الموجب هو 1.5V
وهكذا
فالجهد في النقطة A
يأخذ نفس جهد القطب الموجب للعمود Va=1.5V.
والجهد في النقطة B
يأخذ نفس جهد القطب السالب للعمود Vb=0V.
إذن
بفرق الجهد هذا سيمر تيار كهربائي من النقطة A إلى النقطة B لأن Va>Vb.
إن
مرور التيار الكهربائي في دارة كهربائية من نقطة A إلى نقطة B ناتج عن فرق الجهد الكهربائي
بينهما. نقول أن هناك توترا كهربائيا بين هاتين النقطتين نرمز إليه بـ Uab ووحدة قياسه هي الفولط ويرمز إليه
بالحرف V.
ويمثل التوتر Uab بسهم من النقطة B نحو النقطة A.
ويمثل
التوتر Uba بسهم موجه من النقطة A نحو النقطة B.
إن ارتبكت في فهم التوتر في التوضيح السابق
إليك مني هذا التوضيح الأسهل.
لدينا علبة بها بضائع و نريد تحريكها من
النقطة A إلى النقطة B.لذلك نستدعي هذا السيد.
هذا السيد
استطاع دفع العلبة من A
إلى B وذلك بتسليط قوة دفع عليها.
ولو
كان هذا السيد قوي البنية مفتول العضلات لكان بإمكانه تسليط قوة دفع أكبر تمكنه من
دفع علب إضافية.
إذن
لنقل العلبة من A
إلى B يجب تسليط قوة دفع عليها. كذلك
التوتر فهو القوة الدافعة للالكترونات في موصل. وكلما كان التوتر مرتفعا إلا وكانت
لديه القوة في دفع كمية كبيرة من الالكترونات و بالتالي سوف تزيد شدة التيار
الكهربائي.
نلخص ما سبق في أن التيار الكهربائي هو عبارة
عن سيل من الالكترونات في اتجاه واحد عبر موصل وأن التوتر هو سبب تدافع تلك
الالكترونات.
إلى
هنا وبتوفيق من الله الكريم انتهى هذا الموضوع.انتظروا مزيدا من المواضيع إن شاء
الله.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق