تألیف: حمید وثیق زاده انصاری
منبع: راسخون




 
انرژی برق یکی از رایج‌ترین و در عین حال مبهوت کننده‌ترین نوع انرژی‌ها می‌باشد. این انرژی در اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و کار بردهای گسترده‌ای دارد. متن زیر را بخوانید تا حقایقی در مورد انرژی برق به همراه مثال‌هایی که در این رابطه زده شده است را، فرا بگیرید.
آیا می‌دانستید؟ الساندرو ولتا در سال ۱۸۰۰ اولین باتری تجربی را ساخت، و با این کار درهای وابستگی جامعه‌ی مدرن را به انرژی برق گشود. انرژی الکتریکی یا همان برق، کالایی غیر قابل جای گزین در جهان امروز است. اطراف‌تان را نگاه کنید و روی همه‌ی چیزهایی که می‌بینید دقیق شوید، و به رابطه‌ی انرژی الکتریکی با آن‌ها توجه کنید. انرژی الکتریکی، رایج‌ترین انرژی مورد استفاده قرار گرفته توسط بشر است، با این حال آن گونه که باید شناخته نشده است. برای خیلی‌ها، کاری که انرژی الکتریکی انجام می‌دهد، هنوز هم در هاله‌ای از ابهام است.
اجازه دهید در مورد این فرم از انرژی که تقریباً در همه جای زندگی ما وجود دارد، کمی بیشتر آگاهی کسب کنیم.

توضیحاتی در مورد انرژی الکتریکی

انرژی الکتریکی، شکلی از نیروی الکترو مغناطیسی است که این نیرو یکی از چهار نیروی بنیادی در طبیعت محسوب می‌شود. این شکل از انرژی که معمولاً با عنوان ساده‌ی برق یا الکتریسیته بیان می‌کنیم، به واسطه‌ی خصوصیات ساختارهای اتمی، عمل می‌کند.
هر اتم دارای پروتون‌هایی با بار مثبت و نوترون‌هایی با بار خنثی است که در هسته‌ی اتم قرار گرفته‌اند، هم‌ چنین اتم دارای الکترون‌هایی با بار منفی است که به طور دائم به دور هسته در حال چرخش‌اند. الکترون‌ها پایه‌ی مفهوم الکتریسیته را تشکیل می‌دهند. کم و زیاد شدن تعداد الکترون‌ها در اتم باعث می‌شود که اتم دارای بار مثبت یا منفی شود و این موضوع در نهایت منجر به ایجاد الکتریسیته می‌شود. زمانی که در یک اتم تعداد الکترون‌های بیش‌تری نسبت به پروتون‌ها وجود دارد، باعث می‌شود که اتم دارای بار منفی شود. در مقابل، تعداد الکترون‌های کم نسبت به پروتون‌ها باعث ایجاد بار مثبت در اتم می‌شود. بر خلاف الکترون‌ها، پروتون‌ها در شرایط عادی نمی‌توانند باعث تغییرات اتم شوند (تغییرات پروتون‌ها فقط در واکنش‌های هسته‌ای رخ می‌دهد)، و به این ترتیب، جز با ارائه‌ی مقدار ثابتی بار مثبت، موجب تغییر بار کل اتم نمی‌شوند.
این بارها، نیروهای مغناطیسی بین ذرات را برقرار می‌کنند. همانند مغناطیس که قطب‌های مشابه، هم دیگر را دفع و قطب‌های مخالف، هم دیگر را جذب می‌کنند، در الکتریسیته نیز بارهای مشابه، هم دیگر را دفع و بارهای مخالف، هم دیگر را جذب می‌کنند.
این نکته‌ی ریز اما ارزشمند را باید به خاطر سپرد که بر خلاف مفهوم رایجی که در مورد کلمه‌های مثبت و منفی وجود دارد، گرفتن الکترون باعث منفی‌تر شدن اتم و از دست دادن الکترون باعث مثبت‌تر شدن اتم خواهد شد.
الکتریسیته، جریان یافتن الکترون‌های اضافی از یک اتم به سمت اتم‌های دیگر، و یا جریان یافتن یک بار الکتریکی از اتمی به اتم دیگر می‌باشد.
ظرفیت یک ماده‌ی خاص در عبور دهی جریان‌ الکترون‌ها یا به عبارتی توانایی اجسام در انتقال الکتریسیته را رسانایی آن ماده می‌نامیم، که به ساختار اتم‌های آن ماده بستگی دارد. در فلزات، اتم‌های سطح فلزات از طریق پیوندهای فلزی به یک دیگر می‌پیوندند و سازه‌های کریستال مانندی را تشکیل می‌دهند که شبکه نامیده می‌شوند و شامل چندین اتم منفرد می‌باشند. این ساختارها اجازه می‌دهند تا الکترون‌های اتم‌های منفرد به آسانی در این شبکه‌ها منتقل شوند. آمادگی اتم‌های فلزی در از دست دادن الکترون‌ها، آن‌ها را به هادی‌های فوق العاده خوبی تبدیل می‌کند.
انرژی الکتریکی‌ که در اهداف عملی و گسترده‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد، تقویت شده‌ی همین جریان فوق الذکر است.

چگونه مورد استفاده قرار می‌گیرد؟

انرژی الکتریکی، در قالب‌های مختلف از اشکال دیگر انرژی مورد ارز یابی قرار می‌گیرد. در واقع، قبل از این که این انرژی مورد استفاده قرار گیرد و به اشکال دیگر انرژی تبدیل شود، به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی می‌باشد.
در حال حاضر، کار بردهای انرژی الکتریکی را می‌توانیم در محیط اطراف خود مشاهده کنیم. صفحه‌ی نمایش‌گری که برای خواندن این متن استفاده می‌کنید و هم ‌چنین واحد پردازش‌گری که این اطلاعات را به صفحه‌ی نمایش‌گر ارسال می‌کند، از انرژی الکتریکی برای انجام وظایف‌شان استفاده می‌کنند. در این مورد انرژی الکتریکی به صورت نور و در برخی موارد به صورت گرما ظاهر شده است.
اگر شما این متن را در لپ تاپ یا تلفن همراه خود مطالعه می‌کنید، موضوع، کمی پیچیده‌تر می‌شود. در این صورت شما از انرژی‌ای بهره می‌جویید که به صورت انرژی شیمیایی در یک باتری ذخیره شده است، که در دستگاه‌های شما به صورت نور و گرما ظاهر می‌شود. تولید گرما در هر دو مورد بالا امری نا خواسته است که به دلیل وجود یک سری مقاومت‌ها که در مدارات داخلی دستگاه‌های شما تعبیه شده است، به وجود می‌آید.
افزایش رسانندگی مدارات دستگاه، مقاومت را کاهش می‌دهد، طوری که الکتریسیته‌ی بیش‌تری برای عمل کرد بهتر دستگاه، می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، اما حذف کامل مقاومت‌ها، امکان پذیر نیست.
نمونه‌های رایج مورد استفاده، بخاری‌ها و آب گرم کن‌های الکتریکی هستند که از الکتریسیته برای تغذیه‌ی یک مقاومت، به منظور افزایش درجه‌ی حرارت آن استفاده می‌کنند. مثال رایج دیگری از انرژی الکتریکی، کار برد انرژی الکتریکی در زنگ در خانه‌ها است، به این صورت که وقتی مدار داخلی زنگ کامل می‌شود و یا به اصطلاح اتصال کوتاه می‌شود، به صدا در می‌آید. انرژی الکتریکی در چراغ قوه‌ها به صورت نور دیده می‌شود.

چگونه تولید می‌شود؟

همان طور که می‌دانیم، انرژی نمی‌تواند تولید شود؛ و فقط می‌تواند تغییر شکل دهد. بر این اساس، انرژی الکتریکی یا انرژی پتانسیل الکتریکی نیز در نتیجه‌ی تبدیل شکل‌های مختلف انرژی به وجود آمده است. رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از، انرژی شیمیایی مورد استفاده در باتری‌ها و نیروگاه‌های حرارتی و انرژی پتانسیل مورد استفاده در نیروگاه‌های برق آبی. در نیروگاه‌های حرارتی، عمدتاً انرژی شیمیایی موجود در زغال سنگ برای گرم کردن آب به کار می‌رود و انرژی جنبشی ناشی از بخارات آب برای به حرکت در آوردن توربین مورد استفاده قرار می‌گیرد. به همین ترتیب، در نیروگاه‌های هسته‌ای انرژی ناشی از شکافت‌های هسته‌ای کنترل شده برای گرم کردن آب و بخارات آب برای به حرکت در آوردن توربین استفاده می‌شود. در نیروگاه‌های برق آبی، انرژی پتانسیل آب واقع در ارتفاع زیاد، در اثر ریزش به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود و این انرژی باعث به حرکت در آوردن توربین و در نهایت موجب تولید برق می‌شود.
انرژی تولید شده به این روش، انرژی پتانسیل الکتریکی نامیده می‌شود، که برای هر منظوری مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. زمانی که در برخی روش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، با عنوان انرژی الکتریکی نامیده می‌شود.

/ج