تويت
توليد الشحنات الكهربائية
يظهر تأثير الكهرباء الساكنة حولنا أينما وجهنا بصرنا. وتتكون هذه الكهرباء من حركة الشحنات الكهربائية الناجمة عن ملامسة أو احتكاك كائنين. لكن يبرز هنا السؤال التالي: وهو كيف يتم توليد الشحنات الكهربائية تلك!؟
يرغب كثيرون في معرفة كيفية توليد الشحنات الكهربائية المختلفة لفهم آلية توليد الكهرباء بشكل أكبر. لذا سنقدم لكم دليلًا لهذا في المقال التالي.
الشحنات الكهربائية
يتم حمل معظم الشحنات الكهربائية من قبل الإلكترونات والبروتونات في الذرة، حيث تحمل الإلكترونات شحنة سالبة، بينما تحمل البروتونات شحنة موجبة.
تقوم البروتونات والإلكترونات بإنشاء الحقول الكهربائية، ولأن وجود البروتونات محصور في نواة الذرة فحركتها مقيدة مقارنة بالإلكترونات، ولذلك عندما نتحدث عن الشحنات الكهربائية فإننا نعني فائضًا أو نقصًا في الإلكترونات.
تقاس الشحنات الكهربائية بواحدة الكولوم نسبة إلى العالم تشارلز
كولوم، وهو فيزيائي فرنسي من القرن الثامن عشر، وضع قانون الشحنات الذي ينص على
" أن الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب"، ويتم تعريف
وحدة الكولوم على أنها مقدار الشحنة المنقولة بواسطة تيار كهربائي مقادره 1 أمبير
في ثانية واحدة.
وفي حديثنا عن توليد الشحنات الكهربائية فإننا لا نعني أنه يمكن توليد الشحنات أو تدميرها بالمعنى الحرفي، إذ أن قيمة الشحنات الكهربائية ثابتة لا تتغير، لكن الشحنات السلبية والإيجابية قادرة على التأثير على بعضها والتجاذب أو التنافر، أي أن مقدار الشحنة الكونية ثابت لكنها تتحول من شكل إلى آخر وتؤثر على بعضها البعض، كما يمكن للجزيئات الانقسام نتيجة ذلك إلى أزواج سلبية وإيجابية الشحنة.
توليد الشحنات الكهربائية
تتكون الذرة من البروتونات المشحونة إيجابيًا، والإلكترونات المشحونة سلبًا والنيوترونات. عادة ما تتساوى شحنة الإلكترونات والبروتونات فتحافظ على الحالة المستقرة كهربائيًا للذرة.
مع ذلك؛ قد ينتقل إلكترون من ذرة إلى أخرى في بعض الحالات فتفقد الذرات حيادها الكهربائي، فتصبح الذرة التي اجتذبت الإلكترون مشحونة بشحنة سالبة، والتي فقدت الإلكترون تطغى عليها الشحنة الموجبة، وهذه هي آلية تولد الكهرباء الساكنة.
أما عن طرق انتقال هذه الإلكترونات فهي ثلاث:
توليد الطاقة الكهربائية
الآن وبعد أن تعرفنا على آلية توليد الشحنات الكهربائية سننتقل إلى توليد الطاقة الكهربائية بالمجمل، والتي تشكل عصب حياتنا الحالية. ويمكن توليد الكهرباء بمجموعة من الطرق المختلفة نذكر منها:
المولد هو جهاز يحوي بداخله مجموعة لفائف نحاسية تدور داخل حقل مغناطيسي قوي. طالما أن اللفائف النحاسية تتحرك سيولد الحقل المغناطيسي تيارًا كهربائيًا داخل السلك، أي أن المولدات تنتج الطاقة الكهربائية من الطاقة الحركية.
تنتج هذه المحطات الكهرباء عن طريق حرق الوقود كالفحم والنفط. فيتم تغذية البخار المتولد من هذه العملية من التوربينات مسببًا دوران عنفات تؤدي بدورها إلى توليد تيار كهربائي.
يتم الاستفادة من المياه المتساقطة عن طريق تدوير التوربينات المائية
التي تحرك بدورها المحرك النحاسي داخل المولدات الكهربائية لإنتاج الكهرباء. وتسمى
الكهرباء المتولدة من المياه بالكهرباء المائية.
بآلية مشابهة لسابقتها تحول الطواحين الهوائية
الطاقة الحركية على طاقة كهربائية مستفيدة من حركة الرياح.
تستخدم الخلايا الضوئية طاقة أشعة الشمس لإنتاج الكهرباء. حيث يتم خلق تيار مستمر من ألواح شمسية ثابتة مكونة من مجموعة خلايا كهروضوئية. وتستخدم عادة في التطبيقات المحلية بما في ذلك تشغيل مضخات الري أو شحن الأجهزة التي تعمل على البطارية.
يرغب كثيرون في معرفة كيفية توليد الشحنات الكهربائية المختلفة لفهم آلية توليد الكهرباء بشكل أكبر. لذا سنقدم لكم دليلًا لهذا في المقال التالي.
الشحنات الكهربائية
يتم حمل معظم الشحنات الكهربائية من قبل الإلكترونات والبروتونات في الذرة، حيث تحمل الإلكترونات شحنة سالبة، بينما تحمل البروتونات شحنة موجبة.
تقوم البروتونات والإلكترونات بإنشاء الحقول الكهربائية، ولأن وجود البروتونات محصور في نواة الذرة فحركتها مقيدة مقارنة بالإلكترونات، ولذلك عندما نتحدث عن الشحنات الكهربائية فإننا نعني فائضًا أو نقصًا في الإلكترونات.
تقاس الشحنات الكهربائية بواحدة الكولوم نسبة إلى العالم تشارلز
كولوم، وهو فيزيائي فرنسي من القرن الثامن عشر، وضع قانون الشحنات الذي ينص على
" أن الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب"، ويتم تعريف
وحدة الكولوم على أنها مقدار الشحنة المنقولة بواسطة تيار كهربائي مقادره 1 أمبير
في ثانية واحدة.
وفي حديثنا عن توليد الشحنات الكهربائية فإننا لا نعني أنه يمكن توليد الشحنات أو تدميرها بالمعنى الحرفي، إذ أن قيمة الشحنات الكهربائية ثابتة لا تتغير، لكن الشحنات السلبية والإيجابية قادرة على التأثير على بعضها والتجاذب أو التنافر، أي أن مقدار الشحنة الكونية ثابت لكنها تتحول من شكل إلى آخر وتؤثر على بعضها البعض، كما يمكن للجزيئات الانقسام نتيجة ذلك إلى أزواج سلبية وإيجابية الشحنة.
توليد الشحنات الكهربائية
تتكون الذرة من البروتونات المشحونة إيجابيًا، والإلكترونات المشحونة سلبًا والنيوترونات. عادة ما تتساوى شحنة الإلكترونات والبروتونات فتحافظ على الحالة المستقرة كهربائيًا للذرة.
مع ذلك؛ قد ينتقل إلكترون من ذرة إلى أخرى في بعض الحالات فتفقد الذرات حيادها الكهربائي، فتصبح الذرة التي اجتذبت الإلكترون مشحونة بشحنة سالبة، والتي فقدت الإلكترون تطغى عليها الشحنة الموجبة، وهذه هي آلية تولد الكهرباء الساكنة.
أما عن طرق انتقال هذه الإلكترونات فهي ثلاث:
- الشحن بالاحتكاك
وهو مفيد لشحن المواد العازلة، ويكون بدلك أو فرك مادة مع أخرى فتنتقل الإلكترونات من الطبقة السطحية لإحداهما إلى أخرى.
ولطالما قمنا بمثل هذه التجارب خلال سنوات دراستنا الأولى في المدرسة، وذلك بدلك مسطرة بلاستيكية بقطعة من الصوف ومشاهدة كيف تستطيع الآن هذه المسطرة جذب قصاصات الأوراق المختلفة إليها مما يدل على اكتسابها شحن معينة. - الشحن بالتوصيل
مفيد لشحن المعادن والموصلات الأخرى. فإذا ما لمس جسم ما جسمًا آخر مشحونًا موصلًا عندها سيتم نقل الشحنات بين الجسمين وشحن الموصل بنفس شحنة الجسم الآخر. - الشحن بالتأثير
مفيد أيضًا لشحن المعادن والموصلات الأخرى، وبشكل مشابه للشحن بالتوصيل؛ يتم إحضار كائن مشحون لكن هذه المرة نقوم بتقريبه فقط إلى الموصل دون لمسه، سيكتسب الموصل شحنة مخالفة لشحنة الجسم الآخر شريطة إزالة الاتصال الأرضي للموصل لأن الاتصال الأرضي سيعمل على تفريغ الشحنة هذه.
توليد الطاقة الكهربائية
الآن وبعد أن تعرفنا على آلية توليد الشحنات الكهربائية سننتقل إلى توليد الطاقة الكهربائية بالمجمل، والتي تشكل عصب حياتنا الحالية. ويمكن توليد الكهرباء بمجموعة من الطرق المختلفة نذكر منها:
- المولدات الكهربائية
المولد هو جهاز يحوي بداخله مجموعة لفائف نحاسية تدور داخل حقل مغناطيسي قوي. طالما أن اللفائف النحاسية تتحرك سيولد الحقل المغناطيسي تيارًا كهربائيًا داخل السلك، أي أن المولدات تنتج الطاقة الكهربائية من الطاقة الحركية.
- محطات الطاقة البخارية
تنتج هذه المحطات الكهرباء عن طريق حرق الوقود كالفحم والنفط. فيتم تغذية البخار المتولد من هذه العملية من التوربينات مسببًا دوران عنفات تؤدي بدورها إلى توليد تيار كهربائي.
- الطاقة الكهرومائية
يتم الاستفادة من المياه المتساقطة عن طريق تدوير التوربينات المائية
التي تحرك بدورها المحرك النحاسي داخل المولدات الكهربائية لإنتاج الكهرباء. وتسمى
الكهرباء المتولدة من المياه بالكهرباء المائية.
- طواحين الهواء
بآلية مشابهة لسابقتها تحول الطواحين الهوائية
الطاقة الحركية على طاقة كهربائية مستفيدة من حركة الرياح.
- الطاقة الشمسية
تستخدم الخلايا الضوئية طاقة أشعة الشمس لإنتاج الكهرباء. حيث يتم خلق تيار مستمر من ألواح شمسية ثابتة مكونة من مجموعة خلايا كهروضوئية. وتستخدم عادة في التطبيقات المحلية بما في ذلك تشغيل مضخات الري أو شحن الأجهزة التي تعمل على البطارية.