الکتریسیته

برق تعداد بسیار زیادی ازذره های ریز به نام الکترون است.الکترون بخشی از اتم هاست.در همه ی مواد برق هست؛چون همه ی مواد از اتم ساخته شده اند. اما تا زمانی که عاملی الکترون ها را از اتم هایشان دور نکند،هیچ یک از خاصیت های برق را در جسم نمی یابید.

مالش سبب حرکت الکترون ها می شود.وقتی لباس نایلونی به بدن شما مالیده می شود،الکترون ها را از اتم های بدن شما جدا می کند.اتم ها سعی می کنند دوباره الکترون ها را به دست آورند؛در نتیجه لباس به تن شما می چسبد.زمانی که بادکنک را به آستین خود می مالید هم همین اتفاق می افتد.

باتری سبب حرکت الکترون ها می شود.باتری می تواند الکترون ها را در سیم هایی ساخته شده از مس یا سایر فلزات به طرف جلو هل دهد.فلزاتی نظیر مس که الکترون ها می توانند در آن حرکت کنند،رسانا نام دارند.الکترون های کوچک به زور میان اتم های سیم جا می شوند.

برق در هر جای زندگی ما نقش مهمی را بازی می کند. به کمک برق خانه های ما روشن می شود، غذای ما پخته می شود ، کامپیوتر ، تلویزیون و سایر وسایل برقی ما به کار می افتد . برق باتری باعث حرکت ماشین و روشن شدن چراغ قوه می شود.

حال در اینجا از طریق آزمایشی می توانید به اهمیت برق پی ببرید. از مدرسه ، خانه یا آپارتمان خود شروع به پیاده روی کنید و کلیه وسایل و لوازم خانگی و ماشینهایی را که با برق کار می کنند را یادداشت کنید، سپس متعجب خواهید شد که تعداد زیادی از وسایل روزمرة ما بستگی به برق دارند.

اما برق یا الکتریسیته چیست ؟ از کجا می آید ؟ چگونه کار می کند ؟ قبل از اینکه همة اینها را بفهمیم باید اطلاعات کمی درباره اتمها و ساختمانشان داشته باشیم. کلیة مواد از اتمها ساخته شده و اتمها نیز از ذرات کوچکتر تشکیل شده اند. سه ذره اصلی سازنده اتم عبارتند از پروتون ، نوترون و الکترون.

همانگونه که ماه به دور زمین می چرخد ، الکترونها نیز به دور مرکز یا هستة اتم می چرخند. هسته، مجموعه ای از نوترونها و پروتونها می باشد.

الکترونها دارای بار منفی و پروتونها دارای بار مثبت هستند. نوترون ها خنثی می باشند، به عبارت دیگر نه دارای بار مثبت و نه منفی هستند.

در طبیعت اتمهای مختلفی وجود دارد به گونه ای که هر نوع عنصر دارای اتم خاص خودش است. یک اتم سازندة یک عنصر است. 118 عنصر مختلف شناخته شده وجود دارد. بعضی از عناصر، مثل اکسیژنی که تنفس می کنیم، برای زندگی ضروری هستند.

هر اتم از تعداد مشخصی الکترون ، پروتون و نوترون تشکیل شده است. اما تعداد ذرات یک اتم اهمیتی ندارد. معمولاًٌ تعداد الکترونها باید برابر تعداد پروتونها باشد. اگر تعداد آنها برابر باشد، اتم را خنثی می نامند که در این حالت اتم بسیار پایدار است.

بنابراین اگر اتمی دارای 6 پروتون باشد ، تعداد الکترونهای آن نیز باید 6 عدد باشد. عنصری که دارای 6 الکترون و 6 پروتون است کربن نامیده می شود. کربن به مقدار فراوانی در خورشید ، ستارگان ، ستاره های دنباله دار ، جو اکثر سیارات و در غذایی که می خوریم وجود دارد. زغال سنگ از کربن ساخته شده است ، و الماسها نیز همینطور . بعضی از انواع اتمها دارای الکترونهایی هستند که به خوبی به هم متصل نشده اند. اتمی که الکترون از دست می دهد، پروتونهایش بیش از الکترون بوده و دارای بار مثبت است. اتمی که الکترون می گیرد دارای ذرات منفی بیشتری بوده و بار منفی دارد.

یک اتم باردار را یون می نامند.                                                                    

الکترونها را می توان از یک اتم به اتم دیگری حرکت داد. هنگامی که این الکترونها بین اتمها حرکت می کنند، برق یا جریان الکتریکی تولید می شود. حرکت الکترونها از یک اتم به اتم دیگر جریان نامیده می شود. در این حالت یک اتم، الکترون گرفته و دیگری الکترون از دست می دهد.

این زنجیره مشابه گروههای آتش نشانی در زمانهای قدیم است که به کمک سطل آتش را خاموش می کردند. اما به جای اینکه سطلی را از نقطة شروع به نقطة پایان برسانند ، هر شخصی می بایست سطلی از آب برای پرکردن از سطلی به سطل دیگر داشته باشد. بدین ترتیب مقدار زیادی آب از سطل بیرون می ریخت و آب کافی برای ریختن روی آتش وجود نداشت . عبور برق از یک سیم یا یک مدار مشابهت زیادی با آنچه که در بالا گفته شد دارد. هنگام عبور برق از سیم ، بار از یک اتم به اتم دیگر عبور می کند.

دانشمندان و مهندسان راههای زیادی را برای حرکت دادن الکترونها به خارج از اتمها یافته اند. به عبارت دیگر با اضافه نمودن الکترونها و پروتونها، به جای اینکه حالت خنثی برقرار شود، شما یک پروتون اضافی خواهید داشت.

از آنجایی که کلیه اتمها می خواهند خنثی باشند ، اتمی که خنثی نیست به دنبال الکترون آزادی جهت پر نمودن محل الکترون از دست رفته می گردد. این اتم غیر خنثی دارای بار مثبت (+) است، زیرا دارای پروتونهای خیلی زیادی می باشد.

الکترون آزاد در اطراف اتم غیر خنثی منتظر مانده تا مکانی برای آن پیدا شود. الکترون آزاد دارای بار منفی است و هیچ گونه پروتونی برای خنثی سازی آن وجود ندارد . بنابراین می گوییم که این الکترون دارای بار منفی (-) است.

حال بارهای مثبت و منفی چه رابطه ای با الکتریسیته دارند؟

دانشمندان و مهندسان چندین روش را برای ایجاد تعداد زیادی اتم مثبت و الکترون آزاد منفی یافته اند. از آنجایی که اتمهای مثبت جهت خنثی شدن به دنبال الکترونهای منفی بوده ، از این رو آنها قابلیت جذب زیادی به اتمهای مثبت دارند. بدین ترتیب اتم مثبت ، الکترون منفی را جذب کرده و خنثی

می شود. هر قدر که تعداد اتمهای مثبت یا الکترونهای منفی بیشتر باشد، قدرت جذب دیگری بیشتر خواهد بود. از آنجایی که هر دو گروه مثبت و منفی یکدیگررا جذب می کنند ، جذب کلی را « بار» می نامند.

زمانیکه الکترونها در بین اتمهای ماده حرکت می کنند، جریان برق تولید می شود. این پدیده ای است که در یک قطعه سیم اتفاق می افتد. الکترونها از یک اتم به اتم دیگر عبور کرده و جریان برق را از یک طرف به طرف دیگر برقرار می کنند ، درست مثل آنچه که در حرکت تصاویر یک فیلم اتفاق می افتد.

معمولاً قابلیت هدایت جریان برق در هر یک از اشیاء متفاوت است. مقاومت هر شئ، میزان قابلیت هدایت جریان برق را نشان میدهد. بعضی از اشیاء دارای الکترونهای خیلی پیوسته به هم بوده و برق از آنها به راحتی عبور نمی کند. به این نوع اشیاء عایق می گویند . لاستیک ، پلاستیک ، شیشه و هوای خشک دارای مقاومت بالایی بوده و عایق های خوبی هستند.

سایر مواد دارای الکترونهای ناپیوسته بوده و برق به آسانی از میان آنها عبور می کند. به این دسته از مواد هادی می گویند . اکثر فلزات از قبیل مس ، آلومینیوم یا فولاد ، هادی های خوبی هستند.

کلمة «الکتریسیته یا برق » از کجا آمده است ؟

الکترونها ، الکتریسیته ، الکترونیک و سایر کلماتی که با «الکتر» شروع می شود همگی ریشه در یک کلمه ی یونانی به نام «elektor» به «معنی خورشید درخشان» دارد. در یونانی «elektron» به معنی کهرباست .

کهربا یک سنگ قهوه ای مایل به طلایی بسیار زیبایی است که در زیر نور خورشید به رنگ نارنجی و زرد می درخشد. در واقع کهربا شیرة درخت فسیل شده ای است که در فیلم پارک ژوراسیک نیز از آن استفاده گردید. میلیون ها سال قبل حشرات به شیرة این درخت چسبیدند. حشرات کوچکی که دایناسورها را نیش زده بودند دارای خونی در بدنشان بودند که اکنون در کهربا قرار داشت.

یونانیان قدیم متوجه شدند که خواص کهربا خیلی عجیب است. به عنوان مثال وقتی کهربا به خز یا سایر اشیاء مالیده می شد ،قادر بود پر را جذب کند. آنها عامل ایجاد این پدیده را نمی دانستند. اما یکی از اولین مثالهای الکتریسیته ی ساکن را یونانیان کشف کرده بودند .

کلمه لاتین «electricus» به معنی «تولید شده از کهربا توسط اصطکاک» می باشد. بنابراین کلمه ی انگلیسی الکتریسیته از کلمات یونانی و لاتینی که در مورد کهربا بوده ، گرفته شده است.

الکتریسیته و خواص آن از دیر باز مورد توجه انسان بوده است . از زمانی که رعد و برق در آسمان دیده شد و از لحظه ای که تا لس از خا صیت کهربا نام برد تا آواخر قرن نوزدهم همیشه معمای الکتریسیته در میان کاوشگران وجود داشته است.

استفاد ه از انرژی الکتریسیته امروزه بیش از سایر انرژی ها مورد استفاده قرار می گیرد. بطوریکه بدون این انرژی استفاده از لوازم خانگی ، وسایل رو شنایی ، و دستگاههای مدرن امروزی غیر ممکن است .

اگر چه کاربرد و استفاده انرژی الکتریسیته در زمانهای اخیر مورد استفاده قرار گرفته است ، ولی در حدود 2000 سال قبل توسط یونا نیها کشف شده بود . آنها پی بردند که وقتی ماده ای به نام کهربا به ماد ه دیگری مالش داده شود با نیروی عجیبی بادار می شود . چنین کهر بای بارداری اجسامی مانند برگ خشک و برداه های چوب را جذب می کند .(واژه ء الکتریسیته از کلمه یونانی الکترون به نام کهر با گر فته شده است .)

راههای ایجاد انرژی الکتریسیته؟

1- اصطکاک یا مالش

2- تماس

3- القاء

(بحث درباره راههای ایجاد انرژی الکتریسیته خارج از این مبحث می باشد.)

استفاده از انرژی الکتریسیته:

انرژی الکتریسیته به عنوان یک منبع انرژی که به سادگی به نیرو و روشنایی تبدیل می شود شناخته می شود.

از انرژی الکتریکی از چهار اثر یا خا صیت اصلی الکتریسیته نشات می گیرد.

1- اثر حرارتی: مانند تستر(نان برشته کن ) ، اتو و اجاقهای برقی که در مراحل تولید و انتقال و توزیغ برق در هادیها و دستگاهها ایجاد می شود یک انرژی تلف شده محسوب می گردد.

2- اثر روشنایی: وقتی فیلامان یک لامپ گرم می شود یا یک قوس الکتریکی تولید می گردد نور ایجاد می شود مانند لامپهای رشته ای و بخار سدیم.

3-اثر شیمیایی: جریان الکتریکی را می تواند ملکولهای شیمیایی معینی را به اتمهای آنها را بشکند. برای مثال آب طی فرآیندی به نام تجزیه شیمیای ( الکترولیز) به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود. الکترولیز در صنعت برای آب فلز کاری و ساخت آلومینیوم استفاده می شود.

4- اثر مغناطیسی: میدان مغناطیسی یا آهنربایی اطراف یک سیم حامل جریان را می توان با پیچیدن سیم به شکل سیم پیچ (بوبین) به دور یک هسته از مواد مغناطیسی افزایش داد. این اثر در ژنراتور ها یا مولدهای نیرو و ترانسفور ماتورها استفاده می شود.

تولید انرژی الکتریکی:

وقتی که سیمی درون یک میدان مغناطیسی حرکت می کند یک با ر الکتریکی د ر سیم القاء می شود . بنابراین برای تولید الکتریسیته جاری تعدادی مغناطیس الکتریکی بروی آرمیچری پیچیده شده و داخل یک استاتور که خود دارای سیم پیچ بسیاری است می چرخد. آرمیچر به یک توربین متصل است وقتی که آب ، باد یا بخار آب به پرهای توربین برخورد می کند باعث چرخیدن آن و تولید انرژی الکتریکی می شود.

منابع دیگر تولید انرژی الکتریکی:

از دیگر منابع تولید انرژی الکتریکی می توان انرژی خورشیدی ، بادی ، گرمایش زمین ، موتورهای دیزلی ، پیل شیمیایی و ....را نام برد.

انرژی خورشیدی: یک سلول فتو ولتیک از جنس سلیکن یا سلول خورشیدی که مستقیما الکتریسیته را از نور خورشید تبدیل می کند.

انرژی گرمایشی زمین (ژئو ترمال): استفاده از گرمای درونی حفرهای زمین برای بخار کردن آب و چرخاندن پرههای توربین تو لید انرژی الکتریسیته.

اگرچه که الکتریسته به عنوان نتیجه واکنش شیمیایی ای که در یک پیل الکترولیک از زمانی که الساندرو ولتا در سال1800م این آزمایش را انجام داد، شناخته می شده است، اما تولید آن به این روش گران بوده و هست.

در سال 1831م، میشل فارادی ماشینی ابداع کرد که از حرکت چرخشی تولید الکتریسته می کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشید تا این فن آوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود. در سال 1878م، توماس ادیسون جایگزین عملی تجاری ای را برای روشنایی های گازی و سیستم های حرارتی ایجاد کرد و به فروش رساند که از الکتریسته جریان مستقیمی استفاده می کرد که بطور منطقه ای تولید و توزیع شده بود، استفاده می کرد. در سیستم جریان مستقیم ادیسون، ایستگاه های تولید توان اضافی می بایست نصب می شدند.

بدلیل اینکه ادیسون قادر نبود سیستمی را تولید کند که به ژنراتورهای چندگانه اجازه بدهد که به یکدیگر متصل شوند، گسترش سیستم او نیاز داشت که تمامی ایستگاه های تولید جدید مورد نیاز ساخته شوند.

نیاز به نیروگاه های اضافی ابتدا توسط قانون اهم بیان شده است: بدلیل اینکه تلفات با مربع جریان یا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل های طولانی در سیستم ادیسون به مفهوم داشتن ولتاژهای خطرناک در برخی نقاط یا کابل های بزرگ و گران قیمت و یا هر دوی اینها بود.

نیکولا تسلا که مدت کوتاهی برای ادیسون کار می کرد و تئوری الکتریسته را بگونه ای درک کرده بود که ادیسون درک نکرده بود، سیستم جایگزینی را ابداع کرد که از جریان متناوب استفاده می کرد. تسلا بیان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جریان را نصف می کند و منجر به کاهش تلفات به میزان 4/3 می شود و تنها یک سیستم جریان متناوب اجازه انتقال بین سطوح ولتاژ را در قسمت های مختلف آن سیستم ممکن می سازد. او به توسعه و تکمیل تئوری کلی سیستم اش ادامه داد و جایگزین تئوری و عملی ای را برای تمامی ابزارهای جریان مستقیم آن زمان ابداع کرد و ایده های بدیعش را در سال 1887م در 30 حق انحصاری اختراع به ثبت رساند.

در سال 1888م کار تسلا مورد توجه جرج وستینگهاوس که حق انحصاری اختراع یک ترانسفورماتور را در اختیار داشت و یک کارخانه روشنایی را از سال 1886م در گریت بارینگتون، ماساچوست راه اندازی کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سیستم وستینگهاوس می توانست از روشنایی های ادیسون استفاده کند و دارای گرم کننده نیز بود، اما این سیستم دارای موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستینگهاوس یک سیستم قدرت برای یک معدن طلا در تلورید، کلورادو در سال 1891 ساخت که دارای یک ژنراتور آبی 100 اسب بخار(75 کیلو وات) بود که یک موتور 100 اسب بخار (75 کیلو وات) را در آنسوی خط انتقالی به فاصله 5/2 مایل (4 کیلومتر) تغذیه می کرد. سپس در یک قرارداد با جنرال الکتریک که ادیسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت یک نیرگاه در نیاگارا فالس کرد که دارای سه ژنراتور تسلای 5000 اسب بخار بود که الکتریسته را به یک کوره ذوب آلومینیوم در نیاگارا ، نیویورک و به شهر بوفالو، نیویورک به فاصله 22 مایل (35 کیلومتر) انتقال می داد. نیروگاه نیاگارا در 20 آوریل 1895م شروع به کار کرد.

انرژی الکتریکی در حال حاضر

امروزه سیستم انرژی الکتریکی جریان متناوب تسلا کماکان مهمترین ابزار ارایه انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان در سراسر جهان است. با وجود جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای ارسال مقادیر عظیم الکتریسته در طول فواصل بلند بکار می رود، اما قسمت اعظم تولید الکتریسته، انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسته و داد و ستد الکتریسته با استفاده از جریان متناوب محقق می شود.

در بسیاری از کشورها شرکت های توان الکتریکی کلیه زیرساخت ها را از نیروگاه ها تا زیرساخت های انتقال و توزیع در اختیار دارند. به همین علت، توان الکتریکی به عنوان یک حق انحصاری طبیعی در نظر گرفته می شود. صنعت عموماْ به شدت با کنترل قیمت ها کنترل می شود و معمولا مالکیت و عملکرد آن در دست دولت است. در برخی کشورها بازارهای الکتریسته وسیع با تولید کننده ها و فروشندگان الکتریسته، الکتریسته را مانند پول نقد و سهام معامله می کنند.

اختراع برق، 20 درصد از خواب مردم جهان را کاسته است

به گفته پزشکان، اختراع برق و روشنایی، باعث کاهش خواب مردم در سطح جهان نسبت به قرن گذشته بوده و این در حالی است که خواب یکی از اساسی ترین نیازهای بشر است و پزشکان نسبت به غذا نخوردن و تماشا نکردن تلویزیون قبل از خواب، برای ایجاد خواب راحت توصیه کردند.

به گزارش سلامت نیوزو به نقل از پایگاه خبری شین هوآ، نتایج تحقیقات انجام شد پژوهشگران دانشگاه کلمبیا نشان می دهد، این امر پس از اختراع برق و ورود روشنایی در شب به منازل رخ داده است.

بنابر این گزارش، به گفته پزشکان کم خوابی علاوه بر ایجاد خستگی و اختلالات روحی روانی در افراد می شود بلکه یافته های جدید نشان می دهد خطر بروز چاقی در افراد در شبانه روز کمتر از چهار ساعت می خوابند، 73 درصد بیشتر است.

یادآور می شود، خوابیدن یکی از نیازهای ضروری بدن انسان برای داشتن سلامت است و پرهیز از غذاخوردن بعد از ساعت هشت شب و تماشا نکردن تلویزیون در هنگام خواب در دستورالعمل ها تاکید شده است.

چند جمله جالب و معنی دار از ادیسون :

1- با یک نیاز شروع کنید:

"من هرگز چیزی را قبل از اینکه فکر کنم چه فایده هایی می تواند برای مردم داشته باشد اختراع نکردم. فکر کردم جهان چه چیزی نیاز دارد و سپس به اختراع پرداختم"

2- گول نخورید:

"مشغول بودن همیشه به معنی مفید بودن نیست، کار واقعی وقتی مشخص می شود که نتیجه ی خوبی بدهد و برای گرفتن نتیجه خوب چیز هایی از قبیل برنامه ریزی، هماهنگی، ذکاوت، شجاعت و… لازم است. با تظاهر کردن چیزی درست نمی شود."

3- سخت کوش و صبور باشید:

"صبر و شکیبایی کلید موفقیت است فقط باید به آن ایمان داشته باشید."

4- تلاش یک الزام است:

"نبوغ یک درصد ذاتی و نود و نه درصد به دست آوردنی است.

"۵- شکست شما را به موفقیت نزدیک تر می کند:

"من شکست نخوردم بلکه ده هزار راه اشتباه را پیدا کردم.

"6- ما توانایی انجام کار های فوق العاده را داریم:

"اگر ما به اندازه ی توانمان تلاش کرده بودیم الان خیلی خیلی شگفت زده تر بودیم.

"۷- گاهی شکست شروع موفقیت است:

"فقط چون چیزی کاری که شما ازش می خواهید را انجام نمی دهد به این معنی نیست که به درد نخور است.

"۸- زود تسلیم نشوید:

"مهم ترین نقطه ضعف ما زود تسلیم شدن است، معمول ترین راه موفقیت فقط یک بار دیگر امتحان کردن است.

"۹- از کاری که می کنید لذت ببرید:

"من حتی یک روز هم در زندگی ام کار نکردم، آنها همه اش تفریح بود.

"۱۰- خلاق باشید:

"برای داشتن یک ایده ی ناب کلی ایده داشته باش."

۱۱- وسواس نداشته باشید:

"برای اختراع کردن یک قوه ی تصور قوی نیاز دارید و مقداری خرت و پرت!