كيف نولد الكهرباء

تعريف الكهرباء

تُعد الكهرباء (بالإنجليزيّة: Electricity) ظاهرة طبيعية وأحد أكثر أشكال الطاقة استخداماً، وتُعدّ مصدر طاقة ثانوياً (بالإنجليزيّة: secondary source) يتشكل من تحويل مصادر الطاقة الأخرى، مثل الفحم (coal)، والغاز الطبيعي (natural gas)، والنفط (oil)، والطاقة النووية (nuclear power)، وغيرها من المصادر الطبيعية الأوليّة للطاقة (primary sources).^[١]

طرق توليد الكهرباء

قبل توضيح طرق توليد الكهرباء تنبغي معرفة أنّ المواد تتكون من ذرات، ولكلّ ذرة (atom) مركزٌ يُسمى النواة (nucleus)، وتحتوي كلّ نواة على جسيمات مشحونة بشحنة موجبة تسمّى البروتونات (protons)، وجسيمات غير مشحونة تسمّى النيوترونات (neutrons)، وحول نواة الذرّة تدور جسيمات سالبة الشحنة تسمّى الإلكترونات (electrons)، وتكون الذرّة عادةً في حالة اتّزان؛ أي أنّ عدد الإلكترونات فيها يساوي عدد البروتونات، ولكن عند التأثير على الذرة بقوّة خارجية (outside force) يجعلها هذا تفقد إلكتروناً أو تكسبه، ويُسمّى هذا التدفّق الفيزيائي للإلكترونات (electrons) بالتيار الكهربائي (electrical current).^[١]

ويُمكن توليد الكهرباء بثلاث طرق رئيسة، منها:^[٢]

• التحويل الكهرومغناطيسي (elector-magnetic conversion): تُعدّ هذه الطريقة الأكثر شيوعاً؛ حيث يتم توليد الكهرباء عن طريق تحريك موصل كهربائي مثل سلك داخل مجال مغناطيسي، ومن أشهر الأمثلة عليه هو المولّد المتصل بتوربين ومنها: توربينات الرياح، والتوربينات التي تحركها الطاقة المائية، والتوربينات التي تتحرك بواسطة البخار الناتج من الحرارة الناتجة في الانشطار النووي، أو احتراق الفحم.
• التفاعل الكيميائي (chemical reaction): حيث يُمكن إنتاج الكهرباء بواسطة تفاعل كيميائي بين مواد معيّنة، ومن الأمثلة عليه البطاريات أو خلية الوقود (fuel cell).
• التحويل الكهروضوئي (solar conversion): حيث يمكن توليد الكهرباء من خلال تحويل طاقة الشمس التي تمتصها الخلايا الشمسية (solar cells) إلى كهرباء، ويتمّ تصنيع هذه الخلايا من جزيئات مُخْتَلِفة مُجمَّعة بشكل وثيق، تولّد تياراً كهربائياً عند تحفيزها.

ورغم اختلاف طرق توليد الكهرباء إلا أنّ الناتج واحد، فالكهرباء المولّدة من مولد كهرومغناطيسي هي نفسها الطاقة الناتجة عن البطارية، ولكن قد يختلف معدلّها، فيُسمّى المعدل الذي يتم نقل أو تحويل الطاقة الكهربائية فيه بالقدرة الكهربائية وتُقاس بالواط (watt)، وهي وحدة تُشير إلى كمية الطاقة المستخدمة في فترة زمنية معينة، وهي المقياس الذي نراه في فاتورة الكهرباء.^[٢]

أنواع الكهرباء

تُقسم الكهرباء إلى نوعين رئيسين، هما:^[٣][٤]

• الكهرباء الساكنة (Static electricity): تنشأ من احتكاك اثنين أو أكثر من الأجسام، وتحدث نتيجة انتقال الإلكترونات بين جسمين يكون أحدهما مشحوناً بشحنة سالبة، والآخر مشحون بشحنة موجبة، ومن الأمثلة عليها البرق، وفرك القدمين على السجادة، ولمس مقبض الباب.
• الكهرباء المتحركة (Current electricity): تنشأ من تدفق شحنة كهربائية عبر موصل في مجال كهربائي، ويُصنَّف التيار إلى نوعين هما:
  • التيار المباشر أو المستمر (DC): حيث تتحرك الإلكترونات في اتجاه واحد، مثل التيار الموجود في البطاريات.
  • التيار المتردد (AC): حيث تتدفق الإلكترونات في كلا الاتجاهين، مثل التيار الذي تُنتجه محطات توليد الطاقة.

موصلات وعوازل الكهرباء

يُمكن تقسيم المواد حسب قدرتها على إيصال التيار الكهربائي إلى:^[٤]

• المواد الموصلة (Conductors): هي المواد التي تتدفق فيها الكهرباء بسهولة، ومن الأمثلة عليها: النحاس، والألمنيوم، والماء.
• المواد العازلة (Insulators): هي المواد التي لا تسمح للكهرباء بالتدفق خلالها بسهولة، ومن الأمثلة عليها: المطاط، والزجاج، والبلاستيك.

مصادر الكهرباء

يُمكن توليد الكهرباء من مصادر مختلفة تُقسم إلى فئتين، هما:^[٢]

• المصادر غير المتجددة (non-renewable): مثل الفحم، والغاز الطبيعي، والنفط.
• المصادر المتجددة (renewable): مثل طاقة الرياح، والطاقة الشمسية.

اكتشاف الكهرباء

يعود اكتشاف الكهرباء إلى أكثر من ألفي سنة، ففي عام 600 قبل الميلاد تقريباً اكتشف الإغريق القدماء أن فرك الفراء على الكهرمان يسبب التجاذب بين الاثنين، وهكذا اكتشف الإغريق الكهرباء الساكنة.^[٥]

في عام 1930 تمّ اكتشاف صفائح نحاسية موضوعة داخل الأواني، والتي يعتقد العلماء والباحثون أنها كانت شكلاً من أشكال البطاريات القديمة بهدف إنتاج الضوء في المواقع الرومانية القديمة، كما تمّ العثور على أجهزة مشابهة لها في الحفريات الأثرية بالقرب من مدينة بغداد، مما يعني أن الفرس القدماء ربما استخدموها كنموذج أوليّ من البطاريات لتوليد الكهرباء.^[٥]

وبحلول القرن السابع عشر تم اختراع مولّد كهرباء إلكتروستاتيكي، وتمّ التمييز بين التيّار الموجب والسالب، وتصنيف المواد كموصلات (Conductors) أو عوازل (Insulators)، وفي عام 1752 أجرى بن فرانكلين تجربته الشهيرة مع طائرة ورقية، ومفتاح، وعاصفة تمّ من خلالها إثبات أن البرق والشرر الكهربائي الصغير كانا نفس الشيء، بعدها اكتشف الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا أنّه يُمكن للتفاعلات الكيميائية أن تنتج الكهرباء، وفي عام 1800 قام ببناء النموذج الأوليّ للبطارية التي أنتجت تيارًا كهربائيًا ثابتًا لأول مرّة.^[٥]

في عام 1831م، أنشأ مايكل فاراداي الدينامو الكهربائي بواسطة تحريك مغناطيس داخل ملف من الأسلاك النحاسية، ممّا أدى إلى إنشاء تيار كهربائي صغير يتدفق عبر السلك، والذي حل مشكلة توليد التيار الكهربائي بطريقة مستمرة وعملية، وهذا فتح الباب أمام الأمريكي توماس أديسون والعالم البريطاني جوزيف سوان لاختراع المصباح الخفيف المتوهج عام 1878م تقريباً، حيث يضيء لساعات متواصلة، وفي وقت لاحق من القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، ساهم المخترع نيكولا تيسلا في إيجاد الكهرباء التجارية، واشتهر بعمله مع التيار المتناوب (AC)، ومحركات التيار المتردد (بالإنجليزية: AC motors)، ونظامه للتوزيع متعدد الأطوار، وقد عمل العديد من العلماء الآخرين في مجال تطوير الكهرباء، ومنهم: المخترع الأسكتلندي جيمس وات، وأندري أمبير، وعالم الرياضيات والفيزيائي الألماني جورج أوم.^[٥]

المراجع

1. ^ ^{أ ب} Mary Bellis (24-9-2018), "What Is Electricity? "، www.thoughtco.com, Retrieved 20-11-2018.
2. ^ ^{أ ب ت} Denny Brett, "Electricity "، www.studentenergy.org, Retrieved 20-11-2018.
3. ↑ "Basic Electricity - What is it?", www.brightridge.com, Retrieved 21-11-2018.
4. ^ ^{أ ب} Atomberg Team (22-7-2016), "Different Types Of Electricity"، atomberg.com, Retrieved 21-11-2018.
5. ^ ^{أ ب ت ث} Nancy Atkinson (3-3-2014), "Who Discovered Electricity?"، www.universetoday.com, Retrieved 21-11-2018.