تعريف الكهرباء وأنواعها

بواسطة: - آخر تحديث: ١٧:٠٣ ، ١٤ سبتمبر ٢٠١٩
تعريف الكهرباء وأنواعها

الكهرباء

تعدّ الكهرباء أحد أنواع الطّاقة التي تنتج من تدفّق الإلكترونات وحركتها داخل الموصلات والتي يتمُّ الحصول عليها من خلال مصادر الطّاقة الأخرى وتحويلها إلى طاقةٍ حراريّةٍ أو ميكانيكيّةٍ كالبترول والفحم الحجري والغاز الطبيعي، وقد ظهرت الكهرباء منذ العصور القديمة إلّا أنّ العلماء لم يتمكّنوا من الاستفادة منها بشكلٍ آمنٍ حتّى القرن الثامن عشر، حيث تمكّن المخترع توماس إديسون من اختراع المصباح الكهربائي في عام 1879 لتتعدّد استخداماتها وتطبيقاتها حتّى يومنا هذا، فما تعريف الكهرباء وأنواعها وما هي مصادرها وفوائدها؟.[١]

تعريف الكهرباء وأنواعها

يمكن تعريف الكهرباء وأنواعها على أنّها مجموعةً من الظّواهر الفيزيائيّة المرتبطة ببعضها من خلال حركة المادة التي تمتلك خاصيّة الشّحن الكهربائي، حيث ترتبط الظّواهر الشّائعة المختلفة بالكهرباء بما في ذلك البرق والكهرباء السّاكنة والتدفئة الكهربائيّة والتّصريفات الكهربائيّة وغيرها، وتنتج الكهرباء من خلال الشّحنة الكهربائيّة أو حركة الإلكترون والتي يمكن أن تكون إيجابيّةً أو سلبيّةً محدثةً مجالًا كهربائيًا بينما تولّد حركة الشّحنات الكهربائيّة التيّار الكهربائي وتنتج مجالًا مغناطيسيًا، فعند وضع الشّحنة في حقلٍ كهربائيٍ غير صفريٍ تتعرّض لمجموعةٍ من القوى بما يتناسب مع حجم هذه القوّة بموجب قانون كولوم، أمّا أنواع الكهرباء فيمكن تقسيمها إلى ما يأتي:[٢]

  • الكهرباء السّاكنة: تنتج الكهرباء السّاكنة عن طريق الاحتكاك حيث تقفز الإلكترونات نتيجةً لتراكمها كشرارةٍ ممّا يصدم أي شخص يلمس الجسم.[٣]
  • الكهرباء المتحرّكة: تنتج الكهرباء المتحرّكة بفضل حركة الإلكترونات داخل الموصلات الكهربائيّة مشكّلةً تيارًا كهربائيًا.[٤]

استخدامات الكهرباء وفوائدها

بعد تعريف الكهرباء وأنواعها وتزايد الاعتماد على الكهرباء وتحوّلها لأحد ضروريّات الحياة كونها وسيلةً لنقل الطّاقة بما يتناسب مع استخدام البشر لا بدّ من معرفة أهمّ استخدامات الكهرباء في الحياة العمليّة وأثرها على البشر والتي من الممكن تقسيمها إلى قسمين رئيسيّين وهما:[٢]

المولّدات والنّواقل

ففي القرن السّادس قبل الميلاد قام الفيلسوف تاليس بتجربة قضبان العنبر لإنتاج الطّاقة الكهربائيّة والتي استخدمت لرفع الأجسام الخفيفة وتوليد الشّرارة، غير أنّ هذه الطّريقة لم تكن فعّالةً للغاية، حتّى اختراع كومة للفولتيّة في القرن الثامن عشرمن خلال البطّارية الكهربائيّة والتي تقوم على مبدأ تخزين الطّاقة كيميائيًا وتحويلها إلى طاقةٍ كهربائيّةٍ، عادةً ما يتم توليد الطّاقة الكهربائيّة بواسطة المولّدات الكهربائيّة التي تعمل على مبدأ احتراق الوقود الأحفوري وحرارة التّفاعلات النّوويّة أو الطّاقة الحركيّة النّاتجة عن الرّياح أو المياه المتدفّقة، إلّا أنّ المخاوف المتعلّقة بالبيئة أدّت إلى زيادة التّركيز على توليد الطّاقة من خلال المصادر المتجدّدة كالرياح والطّاقة الشمسيّة.

التطبيقات الكهربائية

من خلال تعريف الكهرباء وأنواعها تمّ استخدام الكهرباء في العديد من التّطبيقات والأجهزة ولعلّ أبرز الاختراعات هي اختراع المصباح الذي يتم استخدامه للإضاءة داخل المنازل والمصانع وغيرها، كما تعدّ الكهرباء مصدرًا للتّدفئة والتّبريد ويتم استخدامها في الاتّصالات السّلكيّة واللاسلكيّة كالتلغراف الكهربائي والألياف البصرية، ناهيك عن الاستفادة من التّأثيرات الكهرومغناطيسيّة في المحرّكات الكهربائيّة وغيرها الكثير من الأجهزة الكهربائيّة.

علم الاستاتيكيا الكهربائية

من خلال تعريف الكهرباء وأنواعها لا بدّ أيضًا من معرفة أهمّ العلوم المرتبطة بالكهرباء ولعلّ علم الكهروستاتيكا هو أهمّها؛ وهو الذي يُعنى ببحث الظّواهر الكهرومغناطيسيّة التي تحدث عند سكون الشّحنة أو ما يعرف بالتوازن، حيث ينتج التوازن في الشّحنات بفعل القوى الكهربائيّة، كما تسهم الحسابات الرياضيّة للإلكتروستاتيات في التّعرّف على التّوزيع الخاص بالمجال الكهربائي وذلك من خلال معرفة التّكوين الداخلي المرتبط بالشّحنات والعوازل والموصلات، من ناحيةٍ أخرى فإنّ الخصائص الخاصّة بالموصلات الكهربائيّة لها دورٌ أيضًا في العمليّات الحسابيّة المتعلّقة بالحقول الكهربائيّة النّاتجة بين الموصلات ومعرفة التّوزيع للشّحنات.[٥]

قانون كولوم

إضافةً لتعريف الكهرباء وأنواعها فقد ظهر العديد من القوانين المعنيّة بدراسة الكهرباء ومنها قانون كولوم الذي يقوم بوصفٍ رياضيٍ للقوّة الكهربائيّة بين الأجسام المشحونة والذي وضعه الفيزيائي الفرنسي تشارلز دي كولوم، وهو مشابه لقانون الجاذبيّة الخاص بإسحاق نيوتن، حيث وضّح كولوم بأنّ كل من قوى الجاذبيّة والكهرباء تتناقص مع مربّع المسافة بين الأجسام فتعمل كلتا القوّتين على طول خط بينهما ومع ذلك فإن الشّحنة الكهربائيّة هي التي تحدّد قوة وعلامة القوّة الكهربائيّة وليس كتلة الجسم[٦].

إنّ كلّ مكوّنات المادة لها شحنةٌ كهربائيّةٌ ذات قيمةٍ ومن الممكن أن تكون موجبةً أو سالبةً أو صفريّةً؛ فعلى سبيل المثال يتم شحن الإلكترونات بشحنةٍ سالبةٍ وتكون النّواة الذريّة مشحونةً بشحنةٍ موجبةٍ أمّا المواد السائبة فلها مقدار مساوٍ من الشّحنات الموجبة والسّالبة، ووفقًا لكولوم فهنالك خصائص تحدّد القوة الكهربائية للشّحنات وهي:[٦]

  • خاصيّة الجّذب والتنافر: هي الخاصيّة التي يتم من خلالها تقارب الشّحنات المختلفة السّالبة مع الموجبة وتتباعد فيها الشّحنات المتشابهة حيث تتنافر الشّحنتين السّالبتين أو الشّحنتين الموجبتين بينما تتجاذب الشّحنة الموجبة مع الشّحنة السّالبة.
  • خط الجذب والتنافر: حيث تحدث عملية الجّذب والتّنافر على طول الخّط الفاصل بين الشحنتين.
  • المسافة بين الشحنات: حسب قانون كولوم يتناسب حجم القوّة عكسيًا حيث مربّع المسافة بين الشحنتين لذلك فإنّ تضاعف المسافة بين الشحنتين يجعل من الانجذاب أو التّنافر أضعف.
  • قوة الشحنة: فمن خلال القانون فإنّ حجم القوة يتناسب مع قيمة كل شحنة والتي تقاس بوحدة الكولوم فإذا كان هناك شحنتين موجبتين قيمة كل واحدة من 0.1 كولوم والثانية 0.2 كولوم فسيتم التّنافر وفق القانون بقوةٍ تساوي ناتج ضرب 0.1*0.2 وبالتالي فتخفيض قيمة الشّحنة للنصف سينخفض التّنافر إلى ربع القيمة السابقة.

المراجع[+]

  1. "Electricity", www.encyclopedia.com, Retrieved 24-08-2019. Edited.
  2. ^ أ ب "Electricity ", www.wikiwand.com, Retrieved 24-08-2019. Edited.
  3. "Static Electricity", www.encyclopedia.com, Retrieved 24-08-2019. Edited.
  4. "Electricity", www.encyclopedia.com, Retrieved 24-08-2019. Edited.
  5. "Electrostatics", www.britannica.com, Retrieved 26-08-2019. Edited.
  6. ^ أ ب "Coulomb's law", www.britannica.com, Retrieved 30-08-2019. Edited.