الکتریسیته (برق) چیست ؟

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.
الكتريسيته و خواص آن از دير باز مورد توجه انسان بوده است . از زماني كه رعد و برق در آسمان ديده شد و از لحظه اي كه تا لس از خا صيت كهربا نام برد تا آواخر قرن نوزدهم هميشه معماي الكتريسيته در ميان كاوشگران وجود داشته است.
استفاد ه از انرژي الكتريسيته امروزه بيش از ساير انرژي ها مورد استفاده قرار مي گيرد. بطوريكه بدون اين انرژي استفاده از لوازم خانگي ، وسايل رو شنايي ، و دستگاههاي مدرن امروزي غير ممكن است .
اگر چه كاربرد و استفاده انرژي الكتريسيته در زمانهاي اخير مورد استفاده قرار گرفته است ، ولي در حدود 2000 سال قبل توسط يونا نيها كشف شده بود . آنها پي بردند كه وقتي ماده اي به نام كهربا به ماد ه ديگري مالش داده شود با نيروي عجيبي بادار مي شود . چنين كهر باي بارداري اجسامي مانند برگ خشك و برداه هاي چوب را جذب مي كند .(واژه ء الكتريسيته از كلمه يوناني الكترون به نام كهر با گر فته شده است .)
راههاي ايجاد انرژي الكتريسيته؟
1- اصطكاك يا مالش
2- تماس
3- القاء
(بحث درباره راههاي ايجاد انرژي الكتريسيته خارج از اين مبحث مي باشد.)
استفاده از انرژي الكتريسيته:
انرژي الكتريسيته به عنوان يك منبع انرژي كه به سادگي به نيرو و روشنايي تبديل مي شود شناخته مي شود.
از انرژي الكتريكي از چهار اثر يا خا صيت اصلي الكتريسيته نشات مي گيرد.
1- اثر حرارتي: مانند تستر(نان برشته كن ) ، اتو و اجاقهاي برقي كه در مراحل توليد و انتقال و توزيغ برق در هاديها و دستگاهها ايجاد مي شود يك انرژي تلف شده محسوب مي گردد.
2- اثر روشنايي: وقتي فيلامان يك لامپ گرم مي شود يا يك قوس الكتريكي توليد مي گردد نور ايجاد مي شود مانند لامپهاي رشته اي و بخار سديم.
3-اثر شيميايي: جريان الكتريكي را مي تواند ملكولهاي شيميايي معيني را به اتمهاي آنها را بشكند. براي مثال آب طي فرآيندي به نام تجزيه شيمياي ( الكتروليز) به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي شود. الكتروليز در صنعت براي آب فلز كاري و ساخت آلومينيوم استفاده مي شود.
4- اثر مغناطيسي: ميدان مغناطيسي يا آهنربايي اطراف يك سيم حامل جريان را مي توان با پيچيدن سيم به شكل سيم پيچ (بوبين) به دور يك هسته از مواد مغناطيسي افزايش داد. اين اثر در ژنراتور ها يا مولدهاي نيرو و ترانسفور ماتورها استفاده مي شود.
توليد انرژي الكتريكي:
وقتي كه سيمي درون يك ميدان مغناطيسي حركت مي كند يك با ر الكتريكي د ر سيم القاء مي شود . بنابراين براي توليد الكتريسيته جاري تعدادي مغناطيس الكتريكي بروي آرميچري پيچيده شده و داخل يك استاتور كه خود داراي سيم پيچ بسياري است مي چرخد. آرميچر به يك توربين متصل است وقتي كه آب ، باد يا بخار آب به پرهاي توربين برخورد مي كند باعث چرخيدن آن و توليد انرژي الكتريكي مي شود.
منابع ديگر توليد انرژي الكتريكي:
از ديگر منابع توليد انرژي الكتريكي مي توان انرژي خورشيدي ، بادي ، گرمايش زمين ، موتورهاي ديزلي ، پيل شيميايي و ....را نام برد.
انرژي خورشيدي: يك سلول فتو ولتيك از جنس سليكن يا سلول خورشيدي كه مستقيما الكتريسيته را از نور خورشيد تبديل مي كند.
انرژي گرمايشي زمين (ژئو ترمال): استفاده از گرماي دروني حفرهاي زمين براي بخار كردن آب و چرخاندن پرههاي توربين تو ليد انرژي الكتريسيته.
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 كاسته است
به گفته پزشكان، اختراع برق و روشنايي، باعث كاهش خواب مردم در سطح جهان نسبت به قرن گذشته بوده و اين در حالي است كه خواب يكي از اساسي ترين نيازهاي بشر است و پزشكان نسبت به غذا نخوردن و تماشا نكردن تلويزيون قبل از خواب، براي ايجاد خواب راحت توصيه كردند.
به گزارش سلامت نیوزو به نقل از پايگاه خبري شين هوآ، نتايج تحقيقات انجام شد پژوهشگران دانشگاه كلمبيا نشان مي دهد، اين امر پس از اختراع برق و ورود روشنايي در شب به منازل رخ داده است.
بنابر اين گزارش، به گفته پزشكان كم خوابي علاوه بر ايجاد خستگي و اختلالات روحي رواني در افراد مي شود بلكه يافته هاي جديد نشان مي دهد خطر بروز چاقي در افراد در شبانه روز كمتر از چهار ساعت مي خوابند، 73 درصد بيشتر است.
يادآور مي شود، خوابيدن يكي از نيازهاي ضروري بدن انسان براي داشتن سلامت است و پرهيز از غذاخوردن بعد از ساعت هشت شب و تماشا نكردن تلويزيون در هنگام خواب در دستورالعمل ها تاكيد 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 می‌تواند 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 می‌شود که نتیجه‌ی خوبی بدهد و برای گرفتن نتیجه خوب چیز هایی از قبیل برنامه ریزی، هماهنگی، ذکاوت، شجاعت و… لازم است. با تظاهر کردن چیزی درست نمی‌شود."
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 نزدیک‌تر می‌کند:
"من شکست نخوردم بلکه ده هزار راه اشتباه را پیدا کردم.
"6- ما توانایی انجام کار های فوق العاده را داریم:
"اگر ما به اندازه‌ی توانمان تلاش کرده بودیم الان خیلی خیلی شگفت زده تر بودیم.
"۷- گاهی شکست شروع موفقیت است:
"فقط چون چیزی کاری که شما ازش می‌خواهید را انجام نمی‌دهد به این معنی نیست که به درد نخور است.
"۸- زود تسلیم نشوید:
"مهم‌ترین نقطه ضعف ما زود تسلیم شدن است، معمول ترین راه موفقیت فقط یک بار دیگر امتحان کردن است.
"۹- از کاری که می‌کنید لذت ببرید:
"من حتی یک روز هم در زندگی‌ام کار نکردم، آنها همه اش تفریح بود.
"۱۰- خلاق باشید:
"برای داشتن یک ایده‌ی ناب کلی ایده داشته باش."
۱۱- وسواس نداشته باشید:
"برای اختراع کردن یک قوه‌ی تصور قوی نیاز دارید و مقداری خرت و پرت!"