تعريف الكهرباء وأنواعها

بواسطة: - آخر تحديث: ١٤:٤٦ ، ٢٣ نوفمبر ٢٠٢٠
تعريف الكهرباء وأنواعها

ما هي الكهرباء؟

تعرف الكهرباء (Electricity) بأنها إحدى أشكال الطاقة التي يمكن ملاحظتها والشعور بها في الطبيعة، حيث تنشأ الكهرباء نتيجةً لتدفق الشحنات الثابتة أو المتحركة، إذ تحمل الإلكترونات هذه الشحنات، ونتيجةً لذلك تنشأ أشكال الكهرباء المختلفة من خلال تراكم أو حركة عدد من الإلكترونات[١]، كما يمكن تعريف الكهرباء بأنها الطاقة اللازمة لتشغيل معظم الأجهزة الإلكترونية التي تعمل باستخدام الطاقة الكهربئية؛ كالهواتف والأضواء وحتى ألعاب الفيديو.[٢]


ويعود الفضل باكتشاف الكهرباء إلى العالم بنجامين فرانكلين، الذي تمكن من اكتشافها في عام 1752م من خلال تجربته الشهيرة؛إذ قام بربط مفتاح معدني في طائرة ورقية، ثم جعلها تحلق أثناء عاصفة رعدية، حيث انتقلت الكهرباء من غيوم العاصفة إلى الطائرة الورقية وتدفقت عبر الخيط وأصابته بصدمة[٢]، وفيما يأتي أبرز المصطلحات المرتبطة بالكهرباء:

  • الشحنة الكهربائية: تعرف الشحنة الكهربائية بأنها المادة الفيزيائية الأساسية للمادة التي تجعلها تتعرض لقوة عند الاحتفاظ بها في مجال كهربائي أو مغناطيسي،[٣] وتتمثل الشحنات الكهربائية بنوعين وهما؛ الشحنات الموجبة والشحنات السالبة، حيث تتجاذب الشحنات الكهربائية المتعاكسة، بينما تتنافر الشحنات الكهربائية المتشابهة.[٤]
  • التيار الكهربائي: يعرف التيار الكهربائي بأنه تدفق الشحنات الكهربائية عبر مادة موصلة للكهرباء في فترة زمنية محددة، وعادةً ما ينشأ التيار نتيجةً لحركة الإلكترونات الحرة في المواد الموصلة للكهرباء.[٤]
  • المجال الكهربائي: يعرف المجال الكهربائي بأنه مساحة معينة تتواجد حول جسم ما مشحون كهربائيًا، بحيث يمكن أن تشعر الأجسام الأخرى بقوة هذا المجال عند اقترابها من هذه المساحة.[٥]
  • الجهد الكهربائي: يعرف الجهد الكهربائي بأنه مقدار القوة التي تقوم بتحريك الإلكترونات من مناطق الطاقة المرتفعة إلى مناطق الطاقة المنخفضة.[٤]
  • المغناطيسية: هنالك علاقة تربط بين الكهرباء والمغناطيسية، إذ ينشأ عن المجال المغناطيسي تيارًا كهربائيًا، كما أن المجال المغناطيسي قادر على تحريك الشحنات الكهربائية.[٦]


ما هي أنواع الكهرباء؟

يكثر استخدام الكهرباء في العديد من الأنشطة اليومية كما تدخل في العديد من التطبيقات المختلفة، وتقسم الكهرباء إلى نوعين؛ الكهرباء الساكنة والكهرباء المتحركة، وفيما يأتي سيتم الحديث عن هذين النوعين:


الكهرباء الساكنة

تعرف الكهرباء الساكنة أيضًا باسم الإستاتيكية (static)، وهي أحد أنواع الكهرباء التي تنشأ نتيجةً لحالة من عدم التوازن بين الشحنات السالبة والموجبة في المواد، وعادةً ما تنتج الكهرباء الساكنة نتيجةً لتلامس المواد الصلبة مع بعضها البعض، ويمكن أن تتسبب الكهرباء الساكنة في العديد من المخاطر؛ كالصدمات المؤلمة، اشتعال بعض أنواع المواد، إتلاف الأجهزة الإلكترونية الحساسة، ويعد البرق من أبرز الأمثلة على الكهرباء الساكنة.[٧]


كيفية توليد الكهرباء الساكنة

عادةً ما تنتج الكهرباء الساكنة عند ملامسة جسمين لبعضهما البعض وفصلهما، حيث تتولد شحنات كهربائية على أسطح هذه الأجسام تعرف باسم الشحنات السالبة، وفيما يأتي سيتم الحديث عن كيفية توليد الكهرباء الساكنة:

  • الاحتكاك: والتي تعرف أيضًا باسم الشحن الكهربائي، حيث يتم توليد الكهرباء الساكنة عن طريق انتقال الإلكترونات بين جسمين عند احتكاكهما ببعضهما البعض، فعلى سبيل المثال عند ملامسة المطاط مع فراء الحيوانات، فستقوم ذرات المطاط بسحب الإلكترونات من ذرات فراء الحيوانات، وذلك نتيجةً لكون المطاط يمتلك جاذبية أكبر للإلكترونات من جاذبية فراء الحيوانات، حيث سيسبب ذلك بإحداث اختلال في الشحنات في كلا الجسمين، وبالتالي سينتج عن هذه العملية كهرباء ساكنة.[٨]
  • الحث: تتم هذه الطريقة باستخدام عملية الاستقطاب، حيث يتم توليد الطاقة الساكنة عن طريق الحث دون ملامسة الجسم المراد شحنه بأي جسم آخر مشحون، فعلى سبيل المثال عند تقريب جسم مشحون بشحنة سالبة من كرتين معدنيتين متلامستين تقف كل منهما على عمود عازل، فستتجه الشحنات الموجبة إلى الكرة الأقرب من الجسم المشحون، بينما ستتجه الشحنات السالبة إلى الكرة الأبعد عن الجسم المشحون، وعند إبعاد الكرتين عن بعضهما البعض، فستظل هذه الكرات محتفظة بالشحنات الموجبة أو السالبة التي اكتسبتها من عملية الحث.[٩]
  • التوصيل: تتم عملية توليد الكهرباء الساكنة عن طريق التوصيل من خلال ملامسة جسم مشحون بجسم محايد، فعلى سبيل المثال عند ملامسة صفيحة ألمنيوم ذات شحنة موجبة مع كرة معدنية محايدة، فسيتم شحن الكرة المعدنية المحايدة نتيجةً لتلامسها مع صفيحة الألمنيوم المشحونة، مما سيولد كهرباء ساكنة.[١٠]


أهم تطبيقات الكهرباء الساكنة

يدخل استخدام الكهرباء الساكنة في العديد من التطبيقات المختلفة، وفيما يأتي سيتم الحديث عن أهمية الكهرباء الساكنة في بعض التطبيقات:[١١]

  • مولدات فان دي غراف: تم تطوير هذه المولدات من قبل روبرت فان دي جراف في عام 1931م، حيث تستخدم هذه المولدات الكهرباء الساكنة والتي تستخدم في أبحاث الفيزياء النووية، إذ يتم توليد الكهرباء الساكنة في مولدات فان دي غراف باستخدام الأسطح الملساء والمدببة والموصلات والعوازل.
  • النسخ الجاف: وهي أحد الأنظمة التي يتم استخدامها آلات النسخ، حيث يعتمد هذا النظام على مادة السيلينيوم التي تتمتع بموصليتها الضوئية، حيث يكون السيلينيوم عازل في الظلام وموصل عند تعرضه للضوء.
  • طابعات الليزر: تعد طابعات الليزر أحد التطبيقات التي تستخدم الكهرباء الساكنة في عملها، حيث تعتمد هذه الطابعات على الليزر لإنتاج الصور على أسطوانة التوصيل الضوئي، وتتميز هذه التقنية بدقة التحكم في ضوء الليزر.
  • المرسبات الكهروستاتيكية: تستخدم هذه المرسبات الكهرباء الساكنة في الصناعات لإزالة الدخان والغبار والجزيئات الأخرى من انبعاثات غاز المداخن المرتبطة بحرق الفحم والنفط.


الكهرباء المتحركة

تعد الكهرباء المتحركة (Dynamic electricity) هي النوع الثاني للكهرباء، وتعرف الكهرباء المتحركة أيضًا باسم الديناميكية، وهي تدفق الشحنة الكهربائية في اتجاه واحد كما يحدث في التيار الكهربائي[١٢]، ويعد هذا التيار الناتج عن الكهرباء المتحركة كمية مادية يمكن قياسها والتعبير عنها عدديًا، كما تعد وحدة الأمبير هي الوحدة القياسية للتيار، ومن الجدير بالذكر أن الكهرباء المتحركة هي النوع الذي عادةً ما يتم استخدامه بشكلٍ يومي من قبل مختلف الناس.[١٣]


كيفية توليد الكهرباء المتحركة

هنالك مجموعة من الطرق التي يمكن من خلالها توليد الكهرباء المتحركة، وفيما يأتي أبرز هذه الطرق:

  • مولد الكهرباء: يعرف أيضًا باسم الدينامو، وهو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، وعادةً ما تستخدم محطات الطاقة التجارية هذه المولدات لتوفير الكهرباء، وهنالك عدة طرق لتوفير الطاقة اللازمة لتشغيل مولدات الكهرباء؛ كالتوربينات أو طاقات المفاعل النووي.[١٤]
  • التوليد الكيميائي للكهرباء: يمكن توليد الكهرباء عن طريق حركة الإلكترونات من عنصر إلى آخر في تفاعلات الأكسدة والاختزال، بحيث تفيد هذه الطريقة في معالجة المعادن وصناعة البطاريات.[١٥]
  • التوليد الضوئي للكهرباء: يمكن أن تتحرك الجسيمات المشحونة من أو داخل مادة ما عند امتصاصها للإشعاع الكهرومغناطيسي، بحيث تستخدم هذه الطريقة في الخلايا الشمسية وأجهزة التوصيل الضوئي.[١٦]


أنواع الكهرباء المتحركة

من المعروف أن الكهرباء المتحركة تتدفق بطريقتين إما كتيارات مترددة أو تيارات مستمرة، وفيما يأتي سيتم الحديث عن أنواع الكهرباء المتحركة:[١٧]

  • التيار المتردد (Alternating Current (AC: يعرف التيار المتردد بأنه تغير الاتجاه بشكلٍ دوري لتدفق الشحنات الكهربائية، ويتميز هذا النوع بإمكانية توليد ونقل التيار عبر مسافات طويلة، وعادةً ما يتم استخدام التيار المتردد في الأجهزة المنزلية والمكاتب والمباني ومحطات توليد الطاقة.
  • التيار المستمر (Direct Current (DC: يعرف التيار المستمر بأنه تدفق الكهرباء بشكل مباشر دون التغير في اتجاهها، حيث يتدفق التيار في اتجاه واحد بجهد ثابت، ويستخدم التيار المستمر بشكلٍ أساسي في توصيل الطاقة اللازمة للأجهزة الكهربائية وشحن البطاريات، حيث يدخل استخدامه في بطاريات الهاتف المحمول ،والمصابيح، وشاشات التلفاز المسطحة ،والمركبات الكهربائية.


أهم تطبيقات الكهرباء المتحركة

هنالك العديد من التطبيقات التي تعتمد على الكهرباء المتحركة في عملها، وفيما يأتي سيتم الحديث عن أبرز هذه التطبيقات:[١٨]

  • الرعاية الصحية: تستخدم الكهرباء المتحركة في تشغيل العديد من الأجهزة الطبية، إذ لا يمكن أن تبدأ العمليات الجراحية دون وجود الكهرباء المتحركة.
  • الهندسة: تعتمد العديد من إنشاءات المباني والهياكل، كبناء المنازل وتركيب البوابات والنوافذ ولحام المواد على المعدات والآلات التي تعمل عن طريق الكهرباء المتحركة.
  • النقل والاتصالات: يعتمد الانتقال من مكان إلى آخر أو التواصل مع أي مكان في العالم على الكهرباء بشكلٍ كبير، حيث يمكن أن يتسبب انقطاع الكهرباء المتحركة أثناء السفر بالطائرة بمخاطر كبيرة.
  • الفضاء: تعتمد الأقمار الصناعية والمجسات التي تنطلق من الأرض إلى الفضاء بشكلٍ كبير على الكهرباء، فلولا الكهرباء المتحركة لما تمكن البشر من الهبوط على سطح القمر في مهمة أبولو.
  • المنزل: تعتمد العديد من الأجهزة الكهربائية التي يتم استخدامها في المنزل على الكهرباء المتحركة؛ كالثلاجة، والميكروويف، والغسالة، وغسالة الأطباق، والمدخنة الكهربائية وغيرها العديد.
  • المنشآت التجارية: تعتمد العديد من الآلات الثقيلة المستخدمة في المنشآت التجارية لإنتاج مختلف المواد على الكهرباء المتحركة، وعادةً ما تستخدم هذه الآلات لتوفير الراحة للإنسان.


لمعرفة مصادر الطاقة الكهربائية يمكنك الاطلاع على المقال الآتي: مصادر الطاقة الكهربائية وأنواعها.

المراجع[+]

  1. "Electricity", britannica, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  2. ^ أ ب "Who Discovered Electricity?"، wonderopolis، اطّلع عليه بتاريخ 2020-11-12. Edited.
  3. "Electric Charge", byjus, Retrieved 2020-11-17. Edited.
  4. ^ أ ب ت "Basic electrical quantities: current, voltage, power", khanacademy, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  5. "What Is an Electric Field? Definition, Formula, Example", thoughtco, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  6. "The Relationship Between Electricity and Magnetism", thoughtco, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  7. "What Is Static Electricity?", livescience, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  8. "Triboelectric Charging", physicsclassroom, Retrieved 2020-11-17. Edited.
  9. "Charging by Induction", physicsclassroom, Retrieved 2020-11-17. Edited.
  10. "Charging by Conduction", physicsclassroom, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  11. "7.7: Applications of Electrostatics", libretexts, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  12. "Circuits and Electricity", bu, Retrieved 2020-11-17. Edited.
  13. "Electric Current", physicsclassroom, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  14. "The Alternating Current Generator", utexas, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  15. "Electrochemical reaction", britannica, Retrieved 2020-11-13. Edited.
  16. "Photoelectric Effect", jrank. Edited.
  17. "Difference between AC and DC", byjus, Retrieved 2020-11-12. Edited.
  18. "Uses Of Electricity", byjus, Retrieved 2020-11-12. Edited.