تويت
في هذا المقال سوف نتحدث عن الكهرومغناطيسية وتوليد الكهرباء وتعرفنا على الإلكترونيات؛ ثم شرحنا لكم عن الطاقة وكيفية توليده بعدة طرق ترتبط المغناطيسية والكهرباء ارتباطًا وثيقًا. ربما تكون قد شاهدت المغناطيس الكهربائي العملاق المستخدم في مقابر السيارات. المغناطيس الكهرومغناطيسي هو نوع من المغناطيس يتم تشغيله وإيقافه بالكهرباء؛ عندما يتم إنشاء التيار، فإنه يعمل مثل المغناطيس. عندما يتوقف التيار، يصبح قطعة فولاذية عادية غير مغناطيسية. في مقابر السيارات، تزيل الرافعات القطع المعدنية عن طريق تشغيل المغناطيس وتقوم بإيقاف تشغيل المغناطيس للسماح لسقوط المعادن.
يظهر المغناطيس أن الكهرباء يمكن أن يولد المغناطيس، لكن كيف؟
عندما تتدفق الكهرباء عبر سلك، يتم إنشاء نمط مغناطيسي غير مرئي حوله. إذا قمت بوضع البوصلة بالقرب من سلك الطاقة وتشغيل الطاقة أو إيقاف تشغيلها، يمكنك رؤية حركة الإبرة أو اليد بسبب التأثير المغناطيسي للكابل. يتم التوليد عن طريق تغيير في الكهرباء عند تشغيل المغناطيس أو إيقاف تشغيله. يعمل المحرك الكهربائي وفقًا لذلك.
المحرك الكهربائي هو آلة تحول الكهرباء إلى طاقة ميكانيكية.
بمعنى آخر، تتسبب الطاقة الكهربائية في دوران المحرك بحيث يكون المحرك قادرًا على تدوير آلات مختلفة. في الغسالة، يتم تشغيل الحلة بواسطة محرك كهربائي. ,في المثقاب الكهربائي، يتسبب محرك كهربائي في دوران المثقاب بسرعة عالية ويخترق السطح الذي نريده. في أبسط هيكل، المحرك الكهربائي عبارة عن أسطوانة ذات مغناطيس على حافتها. يوجد قلب مصنوع من سلك حديدي في المنتصف ملفوف حوله؛ تخلق الكهرباء تأثيرًا مغناطيسيًا عند تطبيقها على قلب حديدي،المغناطيس الذي تم إنشاؤه في القلب المغناطيسي في الأسطوانة الخارجية يضغط ويتسبب في تدوير قلب المحرك.
الكهرباء
مثلما يمكن للكهرباء أن تولد المغناطيسية، كذلك يمكن للمغناطيسية أن تولد الكهرباء. يشبه الجزء الداخلي من المولد إلى حد ما المحرك الكهربائي. عندما تقوم بدواسة دراجتك، فإن عزم الدوران على العجلة يتسبب في دوران المولد. يوجد داخل المولد نواة ثقيلة مثبتة بإحكام بسلك حديدي (تمامًا كما هو الحال داخل المحرك).
يدور اللب بحرية داخل المغناطيس الثابت. يدور اللب الموجود داخل هذا المغناطيس الخارجي ويولد الكهرباء عند استخدام الدواسة. تنقطع الطاقة من المولد وتقوم بتشغيل مصباح الدراجة.
تعمل المولدات الكهربائية المستخدمة في محطات توليد الطاقة بنفس الطريقة تمامًا، ولكن على نطاق أكبر بكثير. بدلاً من تشغيلها بواسطة أرجل شخصية، تعمل هذه المولدات الكبيرة على البخار. البخار هو نتيجة احتراق الوقود أو التفاعلات النووية. محطات الطاقة قادرة على توليد الكثير من الكهرباء، لكنها تهدر الكثير من الطاقة التي تنتجها.
يجب نقل هذه الطاقة من محطات توليد الطاقة إلى المكاتب والمنازل والمصانع التي تبعد أميالاً.
يمكن أن يؤدي توليد الكهرباء في محطة التوليد ونقلها إلى مبنى بعيد إلى إهدار ما يصل إلى ثلثي الطاقة التي كانت في الأصل في الوقود!
مشكلة أخرى لمحطات الطاقة هي توليد الكهرباء عن طريق حرق الوقود الأحفوري مثل الفحم أو النفط أو الغاز. تسبب هذه الأنواع من الوقود التلوث وتؤدي إلى مشكلة تعرف باسم الاحتباس الحراري.
هناك مشكلة أخرى تتعلق بالوقود الأحفوري وهي ندرة الوقود الأحفوري ونفاده.
توربينات الرياح
هناك طرق أخرى لتوليد الطاقة أكثر كفاءة وأقل تلويثًا وليس لها تأثير كبير على ظاهرة الاحتباس الحراري.
يسمى هذا النوع من الطاقة بالطاقة المتجددة لأنه يمكن أن يستمر إلى أجل غير مسمى. تشمل أمثلة الطاقة المتجددة الطاقة الشمسية وتوربينات الرياح. على عكس محطات الطاقة الكبيرة، غالبًا ما تكون طرقًا أكثر كفاءة لتوليد الكهرباء. تُهدر طاقة أقل لنقل الطاقة لأنه يمكن وضعها بالقرب من مصدر الطاقة.
الكهرباء والالكترونيات
تشير الكهرباء إلى التيارات العالية نسبيًا للطاقة الكهربائية لعناصر مثل المثقاب أو الغسالة. الإلكترونيات هي نوع مختلف من الكهرباء يتعلق بالتحكم في العمل باستخدام تيارات منخفضة للغاية. افترض أن لديك غسالة إلكترونية.
يستخدم التيار العالي من مأخذ الطاقة (مزود الطاقة) لتدوير الأسطوانة وتسخين الماء. تيار أقل من المكونات الإلكترونية المستخدمة في الوحدة المبرمجة في الغسالة.
تتحكم هذه التيارات الصغيرة في التيارات الأكبر، مما يتسبب في دوران الأسطوانة ذهابًا وإيابًا، وفتح مصدر المياه وإغلاقه، وما إلى ذلك. الطاقة الكهربائية
قبل اختراع الكهرباء، كان على الناس توليد الطاقة في أي مكان وفي أي وقت يحتاجون إليه.
لذلك كان عليهم أن يصنعوا حطبًا أو فحمًا لطهي الطعام أو لتدفئة منازلهم.
كل هذا تغير مع اختراع الكهرباء. وهذا يعني أنه يمكن توليد الطاقة في مكان واحد ثم توفيرها لمسافات طويلة عند الحاجة.
لم يعد على الناس القلق بشأن توليد الطاقة للتدفئة أو الطهي، وكل ما عليهم فعله هو تشغيل الكهرباء.
شيء جيد آخر عن الكهرباء هو أن الكهرباء مثل لغة مشتركة يمكن لجميع الأجهزة الحديثة استخدامها. يمكنك شوي الفحم في حديقتك، أو يمكنك القيادة باستخدام طاقة البنزين. لكن لا يمكنك طهي الطعام بالبنزين أو تشغيل سيارتك بالفحم.
لكن الكهرباء مختلفة تمامًا. يمكنك قيادة السيارة بها، والطهي، وتدفئة منزلك بها وشحن هاتفك المحمول بها.
هذا الجمال والقوة عظيمان: طاقة للجميع، في كل مكان ودائمًا!
قياس الكهرباء
يمكن قياس الكهرباء بعدة طرق مختلفة، لكن هناك عدة مقاييس مهمة بشكل خاص. في ما يلي، سوف نقدمها لك. يمكنك استخدام مقياس رقمي متعدد لقياس الجهد والمقاومة والتيار كما هو موضح أدناه.
الجهد الكهربي
الجهد الكهربائي هو قوة كهربائية تجعل الكهرباء تنتقل عبر سلك. نقيسها بالفولت. كلما زاد الجهد، زاد التيار المار.
بشكل عام، تنتج بطارية السيارة بجهد 12 فولت تيارًا أكثر من بطارية المصباح الكهربائي بجهد 1.5 فولت.
التيار
الجهد لا يذهب إلى أي مكان بمفرده، والحديث عن مرور الجهد عبر أي شيء خطأ تمامًا.
ما يحرك السلك في الدائرة هو تيار كهربائي: تيار ثابت من الإلكترونات نقيسه بالأمبير.
القوة
يمنحنا الجهد والتيار معًا طاقة كهربائية.
كلما زاد الجهد والتيار، زادت الطاقة الكهربائية لدينا. نقيس الطاقة الكهربائية بوحدات تسمى واط. الجهاز الذي يستهلك 1 واط يستهلك 1 جول من الطاقة في الثانية.
في الدائرة، الطاقة الكهربائية تساوي ناتج التيار (بمعنى آخر: واط = فولت × أمبير). لذلك إذا كان لديك مصباح 100 واط وتعرف أن مصدر الطاقة لديك هو 230 فولت (الجهد المنزلي)، يجب أن يكون التيار 0.4 = 23/100 أمبير.
الطاقة
القوة هي قياس كمية الطاقة في الثانية.
لمعرفة إجمالي كمية الطاقة التي يستخدمها جهاز كهربائي، عليك مضاعفة استهلاكه للطاقة في الثانية في إجمالي عدد الثواني التي يستخدمها. يتم قياس النتيجة التي تحصل عليها بوحدة وحدات الطاقة والوقت ، والتي يتم تحويلها غالبًا إلى وحدة قياسية تسمى كيلوواط ساعة.
إذا كنت تستخدم محمصة كهربائية بقدرة 1000 وات (1 كيلو وات) لمدة ساعة كاملة، فأنت تستهلك 1 كيلو وات ساعة من الطاقة.
يمكنك استخدام نفس القدر من الطاقة لاستخدام محمصة 2000 وات لمدة 0.5 ساعة أو لمبة 100 وات لمدة 10 ساعات.
الحث الكهرومغناطيسي
تعتبر ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي من أهم الخصائص الفيزيائية في توليد الطاقة الكهربائية.
يمكن تعريف هذه الظاهرة بأنّها توليد قوة دافعة كهربائية تُنشئ تياراً كهربائياً مستحثّاً يمرّ خلال دارة كهربائية إذا ما تمّ تعريض هذه الدارة لمجال مغناطيسي متغيّر.
يعود الفضل بهذا الاكتشاف للعالمين فاراداي وجوزيف هنري.
مبدأ عمل الكهرباء ، مبدأ عمل الكهرباء الساكنة
فيما يلي نبذة مختصرة عن تاريخ الكهرباء.
تاريخ الكهرباء
تم اكتشاف الكهرباء الساكنة من قبل الفيلسوف اليوناني طاليس(624-546 قبل الميلاد)في 600 قبل الميلاد.
- كان أول شخص استخدم كلمةElectricityهو العالم الإنجليزي ويليام جيلبرت في عام 1600 (1603-1544).
كما كان يعتقد أن الكهرباء نتجت عن سائل متحرك يسمى الفكاهة.
- اكتشف العالم الفرنسي Charles de F (1639-1698) في عام 1733 أن هناك نوعين من الشحنات الكهربائية الساكنة.
- أجرى الصحفي والعالم ورجل الدولة الأمريكي بنجامين فرانكلين(1706-1790)تجربة أخرى في عام 1752، واصفًا نوعي الشحنة الكهربية بـ السالبة و الإيجابية.
- في عام 1780، قام عالم الأحياء الإيطالي لويجي جالفاني(1737-1798)بربط قطعتين من المعدن بقدم ضفدع ميت ولاحظ أنه كان يرتجف.
قاده ذلك إلى الاعتقاد بأن الكهرباء تتولد في أجساد الحيوانات.
- تم اكتشاف أسرار المجالات الكهربائية، وهي المناطق النشطة كهربيًا حول الشحنات الكهربائية، في عام 1785 من قبل العالم الفرنسي تشارلز أوغسطين دي كولومبوس (1736-1806).
- اكتشف صديق لجالفاني، وهو فيزيائي إيطالي يُدعى أليساندرو فولتا (1745-1827)، في عام 1800 أن الكهرباء الحيوانية مصنوعة من المعادن التي استخدمها جالفاني.بعد إجراء مزيد من البحث، اكتشف كيف يتم توليده عن طريق ربط معادن مختلفة معًا واخترع البطاريات.
- اكتشف الفيزيائي الألماني جورج أوم (1754-1789) في عام 1827 أن بعض المواد تحمل الكهرباء بشكل أفضل من غيرها واقترح فكرة المقاومة.
- في عام 1820، وضع الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد بوصلة بالقرب من كابل الطاقة واكتشف أن الكهرباء يمكن أن تولد مغناطيسًا.
- في عام 1821، قام عالم فيزياء فرنسي يُدعى أندريه ماري أمبير (1775-1836) بتوصيل كبلَي طاقة، وربطهما بمصدر طاقة، وفصلهما. أظهر أنه يمكن استخدام الكهرباء والمغناطيسية لتوليد الطاقة.
- تم بناء أول محرك كهربائي بدائي في عام 1821 بواسطة مايكل فاراداي (1791-1867)، الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي.
- قام الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري(1779-1879)والمخترع الإنجليزي ويليام ستورجون(1783-1850)ببناء أول مغناطيس كهربائي ومحركات كهربائية بشكل مستقل في ثلاثينيات القرن التاسع عشر.
- اخترع مايكل فاراداي المولد الكهربائي في عام 1831 بناءً على اكتشافاته السابقة.
- أثبت الفيزيائي الاسكتلندي جيمس بريسكوت جولز(1818-1818)في عام 1840 أن الكهرباء هي شكل من أشكال الطاقة.
- بنى المهندس البلجيكي زينوبجرام(1826–1901)أول مولدات كهربائية كبيرة الحجم في سبعينيات القرن التاسع عشر.
- اقترح جيمس كلارك ماكسويل(1831-1879)، وهو فيزيائي بريطاني آخر، في عام 1873 نظرية مفصلة للكهرومغناطيسية(كيف تتفاعل الكهرباء والمغناطيسية).
- بنى توماس إديسون أول محطة طاقة كبيرة في الولايات المتحدة عام 1882 (1846-1931).
- قام نيكولا تيسلا (1856-1943)،الموظف السابق في شركة إديسون، بترقية طاقة التيار المتردد في تسعينيات القرن التاسع عشر كمنافس لنظام التيار المستمر الذي طوره إديسون. قاتل إديسون وتيسلا من أجل التفوق، وعلى الرغم من أن إديسون كان معروفًا بكونه رائد الكهرباء، إلا أن نظام تسلا للتيار المتردد هو الذي فاز في النهاية.