كيف تم اختراع الكهرباء

محتويات

١ تعريف الكهرباء ووحدات قياسها
٢ بداية اختراع الكهرباء
٣ كيفيّة اكتشاف الكهرباء
٤ المراجع

تعريف الكهرباء ووحدات قياسها

يمكن تعريف الكهرباء بأنّها الظاهرة الناشئة عن وجود شحنات كهربائيّة، حيث تعتمد الوحدة الأساسيّة للشحنة الكهربائيّة على البروتون، أو الإلكترون، وتُمثِّل شحنة البروتون الشحنة الموجبة، أمّا شحنة الإلكترون فهي تُمثِّل الشحنة السالبة، وقد تبيَّن أنّ معظم الجُسَيمات الأوّلية للمادّة تمتلك شحنة، سواء كانت شحنة موجبة، أو سالبة، حيث تتنافر الشحنات المُتشابهة، وتتجاذب الشحنات المُختلفة، وتُعَدّ قوّة التجاذُب الكهربائيّة بين الشحنات أكبر بكثير من قوّة الجاذبيّة بين الجُسَيمات، وعند تساوي أعداد الإلكترونات والبروتونات، تكون الذرَّة مُحايدة كهربيّاً، وإذا زادت أعداد الإلكترونات عن البروتونات، فإنّ الذرَّة حينها تُمثِّل أيوناً سالباً، أمّا إذا قلّ عدد الإلكترونات عن عدد البروتونات، فإنّ الذرَّة تكون أيوناً مُوجباً، وتختلف الموادّ في مقدرتها على السماح بتدفُّق الشحنة الكهربائيّة من خلالها؛ حيث تُسمَّى الموادّ التي تسمح بمرور الشحنة الكهربائيّة من خلالها بسهولة "المُوصِلات"، وتُسمَّى الموادّ التي لا تَسمح بمرور الشحنة الكهربائيّة من خلالها ب "الموادّ العازلة"، كما يوجد نوع ثالث من الموادّ، وهي "أشباه المُوصِلات"، والتي قد تسمح بمرور الشحنة من خلالها في ظروف مُحدَّدة، وهناك ثلاثة أنظمة أساسيّة من الوحدات المُستخدَمة لقياس الكمّيات الكهربائيّة، وأكثر الوحدات شيوعاً هي وحدة الأمبير (بالإنجليزيّة: ampere)؛ وهي وحدة القياس المُستخدَمة في الوقت الحالي، ووحدة الكولوم (بالإنجليزيّة: coulomb)؛ وهي وحدة قياس الشحنة، ووحدة الفولت (بالإنجليزيّة: volt)؛ وهي وحدة قياس القوّة الدافعة الكهربائيّة، ووحدة الأوم (بالإنجليزيّة: ohm)؛ وهي وحدة قياس المُقاوَمة.^[١]^[٢]

بداية اختراع الكهرباء

بدأ اختراع الكهرباء في القرن التاسع عشر، عندما اخترعَ العالِم الأمريكيّ توماس إديسون المصباح الكهربائي، والذي يُعَدّ واحداً من أعظم الاختراعات الكهربائيّة في التاريخ، كما طوَّر إديسون أوّل محطّة كهربائيّة تجاريّة، تُعرَف باسم (محطّة بيرل ستريت)، وقد استخدم في محطّته دينامو مُشغِّل الطاقة الجامبو، والذي كان يتمّ تشغيله بواسطة حَرْق الفَحْم، وينتج هذا الدينامو في البداية 100 كيلو واط من الطاقة التي تُغذِّي 25 منزلاً، بواسطة كابلات يصل طولها إلى 15 ميل، وقد تمّ تطوير الدينامو فيما بعد ليخدمَ ما يُقارب 400 عميل بالكهرباء اللازمة لإنارة 10000 مصباح كهربائيّ، بواسطة التيّار المُباشر (DC)، وأدّى اكتشاف إديسون للمصباح الكهربائيّ، والإضاءة منخفضة التكلفة وعالية الجودة، إلى وَضْع حَجَر الأساس في صناعة الكهرباء، وتشييد محطّات توليد الكهرباء؛ حيث استخدمَ العالِم الكرواتيّ نيكولا تيسلا التيّار المُتناوِب (AC)؛ لنَقْل الكهرباء عَبْر مسافة طويلة، وأدّى هذا الاكتشاف إلى خَفْض مبيعات إديسون، والتوجُّه إلى استخدام التيّار المُتناوِب، ممّا أثار العداوة بين إديسون، ومُوظَّفه السابق تيسلا، حيث شنَّ إديسون حملة تشويه فعّالة أدّت إلى مَسْح اسم نيكولا تيسلا من العديد من كُتُب التاريخ، وعلى الرغم من ذلك، أصبح التيّار المُتناوِب هو التيّار الكهربائيّ الشائع في جميع أنحاء العالَم.^[٣]

بعد اكتشاف تيسلا للتيّار المُتناوِب، واستخدامه في إنارة معرض كولومبيا العالميّ في شيكاغو عام 1885، طبَّقَ جورج ويستينغهاوس نظام التيّار المُتناوِب بشكل تجاريّ في شركته، كما تمّ إنشاء محطّة الطاقة الكهربائيّة المائيّة "شلّالات نياجارا" عام 1883، والتي تمّ من خلالها توليد كهرباء منخفضة التكلفة، وذات فاعليّة أكبر؛ إذ ساهمت المحطّة في إلغاء السِّكَك الحديديّة التي تُشكِّل البُنية التحتيّة الأساسيّة التي كان يتمّ نَقْل وتوزيع الفَحْم من خلالها، بعد ذلك، صمَّم المهندس السويديّ جوستاف دي لافال في أواخر القرن التاسع عشر، مُحرِّكاً بُخاريّاً يستخلصُ الطاقة الحراريّة من البُخار المضغوط، وحوَّله إلى حركة دوّارة، وأَطلقَ على هذا الاكتشاف اسم "المُحرِّك التوربينيّ"، وعلى الرغم من ذلك، لم يحظَ هذا المُحرِّك التوربينيّ بنجاح تجاريّ، إلّا أنّه ساهم بشكل كبير في دَفْع عجلة التكنولوجيا نحو الأمام، حيث ابتكرَ المهندس البريطانيّ تشارلز بارسونز أوّل مُولِّد توربينيّ في عام 1884، إذ كان يُولِّد 7.5 كيلو واط فقط، وبقدرة تحويل منخفضة، واستمرَّ في تطوير اختراعه؛ ليتمكَّن من اختراع أوّل توربين مُكثّف، كما أنشأ في عام 1900م، أوّل محطّة لتوليد الكهرباء بقوّة 1 ميجا واط، واستمرَّت التوربينات التي تعمل بالبُخار في توليد معظم الكهرباء التي يتمّ إنتاجها في جميع أنحاء العالَم. ^[٣]

كيفيّة اكتشاف الكهرباء

اكتشف الإنسان وجود الكهرباء لأوّل مرّة في القرن السادس قَبل الميلاد، وكان ذلك في حضارة الإغريق؛ حيث لاحظوا أنّ مادّة الكهرمان تُولِّد قوّة جَذْب للأجسام الخفيفة عند احتكاكها بالصُّوف، وبَقِيَت هذه الظاهرة موضع اهتمام من قِبَل الباحثين والعلماء، إلى أن جاء الفيلسوف الإغريقي "طاليس"؛ لدراسة هذه الظاهرة، وتقديم تفسيرات واضحة لها، فأَطلَق على مادّة الكهرمان اسم "الراتنيجي"؛ التي تعني الكهرباء، وبحلول عام 1600م، وضَّح الدكتور "وليام جيلبرت" الفَرق بين الجَذْب الكهربائيّ، والجَذْب المغناطيسيّ، وبعد ذلك، جاء العالم الأمريكيّ بنجامين فرانكلين في القرن السابع عشر؛ ليبتكرَ مفهوم الكهرباء الموجبة، والكهرباء السالبة، بناءً على تأثير الأجسام المشحونة بالكهرباء في الجَذْب أو النَّبْذ، وبذلك استطاع تقسيم الشحنات الكهربائيّة إلى شحنات موجبة، وشحنات سالبة، واستنتج أنّ هذه الشحنات لا تدخل في تركيب الذرَّة؛ لأنّ مصدر ذرّات الكهرباء، وذرّات الكهرباء النقيضة، هي الكتلة الخفيّة للكون، والتي تتكوَّن بشكل أساسيّ من ذرّات الخيوط الذرّية للمادّة الخفيّة (الموجبة)، وذرّات الخيوط الذرّية للمادّة النقيضة (السالبة)، وبحلول القرن الثامن عشر، ازداد الاهتمام بالكهربائيّة، وبمحاولات توليد الطاقة الكهربائيّة، وتحقَّق ذلك باختراع جهاز المُولِّد الكهربائيّ (الدينامو)، والذي ابتكرَه العالِم الفرنسيّ غرام، ويعمل الجهاز بشكل أساسيّ على تحويل القوة الميكانيكيّة إلى طاقة كهربائيّة.^[٤]