بحث عن الكهرباء وفوائدها وأضرارها

الكهرباء

الكهرباء هي نوعٌ من أنواع الطاقة، وهي عبارة عن حركة الإلكترونات. تتكوَّن المادّة من ذرّات، وفي لُب هذه الذرّات توجد النواة والتي تتكوَّن من جُزيئات موجبة تُسمّى بروتونات، وجُزيئات مُتعادِلة الشُّحنة تُسمّى نيترونات. تُحاط النواة بجُزيئات سالبة الشُّحنة تُسمّى إلكترونات، وتتساوى الشُّحنة السالبة للإلكترونات بالشُّحنة الموجبة لدى البروتون، كما يَتساوى عدد البروتونات بعدد النيترونات في الذرّة الواحدة.^[١]

عند تعرُّض قوّة توازُن الإلكترونات والبروتونات لقوّة خارجيّة فإنَّ الذرّة تفقد بعضاً من إلكتروناتها، وهذه الحركة الحُرّة للإلكترونات تُشكِّل التيّار الكهربائي. إنَّ الكهرباء هي جزءٌ من الطبيعة، وهي إحدى أكثر مَصادر الطاقة استخداماً بين البشر؛ حيثُ يُنتجها الإنسان عن طريق تحويل مَصادر أخرى للطاقة كالغاز الطبيعي، أو الطاقة النوويّة، أو مصادر أخرى، والتي تُعتبر مصادر أوليّة للطاقة.^[١]

أجرى العالم بينجامين فرانكلين تجربةً تَتضمَّن ربط مفتاح في طائرة ورقيّة في ليلة عاصفة في مدينة فيلادلفيا، وكانت هذه التجربة هي بداية فهم العلماء لمبادِئ الكهرباء. في مُنتصف القرن التاسع عشر تمَّ اختراع المِصباح الكهربائي، وذلك أدّى إلى نقل الكهرباء إلى المنازل؛ حيثُ إنَّه قُبيل عام 1879م كانت الكهرباء تُستَخدَم لإضاءة المصابيح في الطُّرُق والشوارع فقط.^[١]

توليد الكهرباء

يُحوّل جهاز توليد الكهرباء الطاقة الميكانيكيّة إلى طاقة كهربائيّة؛ حيثُ إنَّ العمليّة تعتمد على علاقة التمغنط بالكهرباء، فعند تحريك أي مادّة (كالسلك) ناقلة للكهرباء في مجال مغناطيسي فإنَّ ذلك يؤدّي إلى توليد تيّارٍ كهربائيٍّ في تلك المادّة. تعمل محطّات توليد الكهرباء بهذه الآليّة نفسها، حيثُ تُستخدم أجهزة توليد كهرباء ضخمة وموصِلات مركزيّة، فتُستَغَلّ القوّة المغناطيسيّة من أجل دفع الإلكترونات، وذلك عن طريق جعل مصدر القوّة المِغناطيسيّة يدور داخل موصل حلقي مَلفوف حوله سلك طويل جدّاً، وعند دورانه يُنشئ تيّاراً صغيراً (نسبيّاً) في أجزاء مُختلفة من هذا السّلك، وتُعتبر مُحصّلة هذه التيارات الصغيرة هو التيّار الكهربائي المولَّد.^[١]

تُستخدَم التوربينات في تدوير المغناطيس المُستخدم في توليد التيار الكهربائي؛ حيثُ يتم حرق كميّات هائلة من الفحم، والنفط، والغاز الطبيعي، وذلك من أجل تسخين الماء، وعندها ينشأ بُخار ماء يدفع شَفَرات التوربين، كما تُساند بعض الغازات الناتجة من حرق الغاز الطبيعي في دفع وتدوير هذه الشفرات. يُعتبر استخدام الطاقة النوويّة طريقةً بديلةً لتسخين المياه لتدوير شفرات التوربين، حيثُ تُستَخدَم عمليّة تُسمّى بالانشطار النووي، فتُقذف ذرّات اليورانيوم المُخصَّب بالنيترونات، وذلك يؤدّي إلى إنتاج حرارة والمَزيد من النيترونات.^[١]

من الطُّرُق الأخرى المُستخدمة في إنتاج الطاقة الكهربائيّة هي الطاقة الحراريّة الأرضيّة (بالإنجليزيّة: Geothermal power) المُستمدّة من الطاقة الحراريّة المدفونة تحت القشرة الأرضيّة، حيثُ تنتُج بفعل الماغما القريبة من سطح الأرض التي تُسخّن المياه الجوفيّة، فينتج بخار الماء. الطّاقة الشمسيّة (بالإنجليزيّة: Solar power) هي إحدى الطُّرُق المُستخدمة في توليد الكهرباء، ولكن أهمّ مساوئها عدم توافر الشمس طيلة الوقت وبالشدّة المطلوبة (في حالة الطقس الغائم تكون أشعّة الشمس خفيفة)، وتاريخيّاً تُعدّ عمليّة إنتاج الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسيّة مُكلفةً أكثر من استخدام الوقود الأحفوري، وتُستخدم طاقة الرياح أيضاً في إنتاج الكهرباء، إلّا أنّها مُكلفة كحال الطاقة الشمسيّة.^[١]

نقل الكهرباء للمنازل

قام العالِم جورج ويستنغهاوس (بالإنجليزيّة: George Westinghouse) بصناعة جهاز يُسمّى المحوِّل (بالإنجليزيّة: Transformer)، حيثُ جعل هذا الجهاز أمر نقل الكهرباء لمسافاتٍ شاسعة بكفاءة أمراً مُمكناً، فأصبح مُمكناً نقلُ الكهرباء للمنازل والأبنية البَعيدة عن محطّاتِ توليد الكهرباء.^[١]

قياس الكهرباء

إنَّ عدد الإلكترونات المُتحرّكة في الدارّة يُسمّى التيّار الكهربائي، ويُقاس بوحدة الأمبير، كما أنَّ الضغط الذي يدفع هذه الإلكترونات يُسمّى الجهد الكهربائي (بالإنجليزيّة: Voltage)، ويُقاس بوحدة الفولت.^[٢]المقاومة هي إحدى عناصر الدارة الكهربائيّة، وتقوم بتحويل الطاقة الكهربائيّة إلى طاقة حراريّة، حيثُ يصطدم التيّار الكهربائي المُحمَّل بالشُّحنات بجُزيئاتٍ ثابتةٍ تُعتبَر المكوِّن للموصل الكهربائي؛ حيثُ إنَّ فُقدان الطاقة الكهربائيّة على شكل حرارة يؤثِّر على القوّة المُحرّكة الكهربائيّة (بالإنجليزيّة: Electromotive force) التي تعمل على إنتاج التيّار الكهربائي في الدارّة، وتُقاس المُقاومة بوحدة الأوم. تعتمد المقاومة على طول الموصل؛ فكُلّما زاد طوله زادت المقاومة، وتعتمد بشكلٍ عكسي على مساحة المقطع العرضي، كما أنَّ المقاومة تتأثَّر بنوع المادّة المُستخدمة في الموصل.^[٣]

الكهرباء السكونيّة

تنتج الكهرباء السكونيّة عادةً بفرك جسمين ببعضهما البعض، حيثُ يصبح الجسم مَشحوناً بشحنة كهربائيّة؛ لذلك تنجذب له الأجسام الأخرى كأنّه مغناطيس. على سبيل المثال، عند دعك بالون مطّاطي بقطعة من الصوف يفقد البالون بعضاً من الإلكترونات التي تنتقل باتجاه قطعة الصوف، وذلك يجعل البالون يَحمل عدداً قليلاً من الإلكترونات مُقارنةً بعدد البروتونات، ممّا يجعله مَشحوناً بشحنة موجبة، أمّا قطعة الصوف التي اكتسبت مَزيداً من الإلكترونات فقد أصبحت مشحونةً بشحنة سالبة، وبما أنَّ الشحنات المُختلفة تنجذب لبعضها فسوف ينجذب البالون باتجاه قطعة الصوف.^[٤]

من أبرز الأمثلة على الكهرباء السكونيّة هو الرّعد؛ فعند تحرُّك الغيوم المُحمَّلة بمياه الأمطار في السماء تحتكّ بالهواء الموجود حولها، وهذا يُسبِّب تشكُّل شحنة كهربائيّة ضخمة، وعندما تُصبح كبيرةً بما يكفي فإنها تضرب سطح الأرض على شكل صاعقةٍ رعديّة.[٤]

فوائد الكهرباء

إنَّ للكهرباء فوائد عديدة تعود على الإنسان؛ حيثُ إنّها جعلت حياة الإنسان أسهل بشكلٍ كبير، ومن هذه الفوائد:

• جميع الأجهزة الإلكترونيّة (كالحاسوب والهاتف الخلوي) تعمل باستخدام الكهرباء.^[٥]
• إنَّ مُحرِّكات المركبات تحتاج للطاقة الكهربائيّة للعمل، حيثُ يعمل نظام الإشعال في المُحرِّك على إنتاج جُهد كهربائي عالٍ لتحريك المركبة.^[٦]
• الكهرباء هي المصدر الأساسي للإنارة.^[١]
• تعمل آلات المصانع باستخدام الكهرباء.^[٧]
• يُمكن استخدام مصادر مُتجدّدة للطاقة (كقوّة الماء) من أجل إنتاجها، لهذا تُعتبر الكهرباء هي الأخرى مَصدراً مُتجدّداً للطاقة، كما أنّها لا تلوِّث البيئة.^[٨]
• تُعد أقلّ كُلفةً من أنواع أخرى من الوقود كالإيثانول والميثانول.^[٨]
• تُعدّ عمليّة إنتاجها سهلة بالنسبة للدول، حيثُ إنَّ معظم الدول تستطيع إنتاج طاقتها الكهربائيّة بنفسها دون اللجوء لشرائها من دولٍ أخرى.^[٨]
• لا تحتاج الكهرباء لوسائل من أجل حفظها، بعكس أنواع أخرى من الوقود كالهيدروجين، والتي تَشتعل في حال ساء حفظها.^[٨]

أضرار الكهرباء

كما للكهرباء فوائد عديدة، فإنَّ لها أضراراً خطيرة تعود على الإنسان والبيئة، ومن هذه الأضرار:

• تُعتَبَر خطيرة وقاتلة في حال تعرَّض الإنسان لكميّات كبيرة منها.^[٩]
• تُعد عمليّة إنتاج الكهرباء عن طريق حرق الوقود مُضرّة للبيئة.^[١٠]
• إنَّ استغلال الطاقة المتجدّدة لإنتاج الكهرباء والحدّ من التلوُّث البيئي الناجم عن إنتاجها يُعد مُكلفاً.^[١١]
• تُعد عُرضةً للانقطاع في حال حدوث خلل فنّي نتيجة حوادث معيّنة أو عواصف؛ حيث إنّه من المُمكن أن تتعطَّل خطوط الكهرباء أو المحوِّلات.^[١٢]
• يجب على المُستفيد منها أن يدفع مَبلغاً شهريّاً يختلف من منطقةٍ لأخرى.^[١٢]
• إنَّ انتاج الطاقة الكهربائيّة عن طريق المفاعلات النوويّة يؤدّي إلى العديد من المُخلَّفات السامّة، كما أنَّ المفاعلات النوويّة خطيرة جدّاً حتّى على بُعد مسافات منها.^[١٣]

فيديو كهرباء في السماء

تسقط الكهرباء على بعض المناطق من العالم كالشلال، وتصدر أصواتاً من الصفير في أماكن أخرى. يبدو أنك لا تعرف الكثير عن أغرب حالات الكهرباء في السماء :

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث ج ح خ د} Mary Bellis (6-8-2016), "What is Electricity?"، About.com, Retrieved 9-2-2017. Edited.
2. ↑ Marshall Brain, William Harris, Robert Lamb (28-5-2004), "How Electricity Works"، HowStuffWorks, Retrieved 9-2-2017. Edited.
3. ↑ "Resistance", Encyclopedia Britannica,29-11-2012، Retrieved 9-2-2017. Edited.
4. ^ ^{أ ب} Chris Woodford (13-1-2017), "Electricity"، ExplainThatStuff, Retrieved 9-2-2017. Edited.
5. ↑ Marshall Brain, Charles W. Bryant, Clint Pumphrey (1-4-2000), "How Batteries Work"، HowStuffWorks, Retrieved 9-2-2017. Edited.
6. ↑ Marshall Brain (5-4-2000), "How Car Engines Work"، HowStuffWorks, Retrieved 9-2-2017. Edited.
7. ↑ "Energy Use in Industry", U.S. Energy Information Administration,18-12-2014، Retrieved 9-2-2017. Edited.
8. ^ ^{أ ب ت ث} "Benefits Of Electricity", BenefitsOf, Retrieved 28-2-2017. Edited.
9. ↑ "Electric Shock", WebMD, Retrieved 9-2-2017. Edited.
10. ↑ Van Thompson, "How Does Electricity Affect the Environment?"، seattle pi, Retrieved 9-2-2017. Edited.
11. ↑ "Why is renewable energy so expensive?", The Economist,5-1-2014، Retrieved 26-2-2017. Edited.
12. ^ ^{أ ب} Kevin Lee, "Electric Energy Advantages & Disadvantages"، Sciencing, Retrieved 28-2-2017. Edited.
13. ↑ "Power Stations", gcsescience.com, Retrieved 28-2-2017. Edited.