الکتریسیته

مقدمه

انسان در شبانه روز استفاده های زیادی از برق می كند مثلا روشنایی،در كارخانه جات،در كارگاه ها،منازل،شركت ها و... . همه ی ذرات از ماده ای به نام اتم درست شده اند و با جدا كردن این ذرات می توان برق تولید كرد .  قابل توجه ترین روش برای ایجاد الكتریسیته به وسیله ی دستگاهی به نام دینام یا ژنراتور انجام می شود ارستد ثابت كرده بود ك عقربه ی قطب نما به واسطه ی نزدیك شدن به سیم هادی جریان الكتریسیته به حركت در می آید. در 1831 مایكل فارادی فیزیكدان انگلیسی نشان داد  كه اگر آهنربایی را در نزدیكی حلقه ی سیمی به حركت در آورند، جریان الكتریكی در داخل سیم ایجاد می گردد.

برای گردش جریان الكتریكی نیاز به خط سیری بسته می باشد. جنس این خط سیر كه به آن مدار می گویند بایستی هادی باشد. زمانی كه این مدار قطع گردد، گردش جریان الكتریكی نیز قطع می شود. قطع و وصل جریان را می توان به سهولت به وسیله ی كلیدی كه به سیم متصل است انجام داد.

اگر گردش جریان الكتریكی در یك مسیر باشد به آن جریان مستقیم می گویند؛ مثل جریان الكتریكی در مدار باتری. نوع دیگر را جریان متناوب می نامند. مزیت مهمی كه جریان الكتریكی متناوب بر جریان ساكن دارد این است كه آن را بدون هدر رفتن تا مسیرهای دور دست می توان هدایت كرد.

مقدماتی

انسان، هر روز در صد ها راه مختلف از برق استفاده می كند. ما برق را در خانه ها، مدارس، بیمارستانها و كارخانه هایمان به كار می بریم. برق، ایجاد روشنائی و حرارت می كند، و باعث حركت قطارها و به كار افتادن رادیوها و تلویزیونها می شود.

دوروبر بر ما، همه جا برق وجود دارد. ابرهای صاعقه دار، وقتی كه پر از برق شوند، به سوی زمین جرقه می زنند، آذرخش، تنها جرقه ی بزرگی از برق است.

در آذرخش جو، نیروی عظیمی پنهان است، این نیرو می تواند درختی را ریشه كن كند، و ساختمانی را ویران ساخته، یا به آتش بكشد.

همه چیز، حتی هوایی كه تنفس می كنیم، از ذراتی به نام اتم ساخته شده است، گرچه اتم انواع مختلفی دارد، ولی همه ی اتمها مركزی دارند به نام هسته، و دور هسته ذرات بسیار ریزی حركت می كنند كه آنها را الكترون می گویند.

هر یك از دو قسمت اتم، اندكی بار الكتریكی دارد.

هسته، بار الكتریكی مثزت و الكترونها بار الكترونیكی، منفی دارند، تمام قسمتهای اتم، به وسیله ی جریان برق ، منظم برجای خود می مانند، علت پایداری اتم این است كه بارهای مثبت و منفی الكتریسیته همدیگر را جذب می كنند، درست مانند فلزی كه به طرف آهن ربا كشیده شود.

در این اتم سده، كه در شكل می بیند الكترون، در اثر كشش و جاذبه ی الكتریكی، در نزدیكی هسته قرار گرفته است، درست همانطور كه زمین و سایر سیارات، به علت نیروی جاذبه ی خورشید در نزدیكی آن گردش می كنند.

اگر دو قطب یك باطری را به وسیله ی دو سیم، به یك لامپ وصل می كنیم، نیروی برق در سیمها حركت كرده، لامپ روشن خواهد كرد، این حركت، جریان برق است.

سیمها كه حامل نیروی برق هستند، از میلیونها اتم ساخته شده اند، و چون این اتمها به ترتیب خاصی در سیمها قرار گرفته اند، برق به آسانی در سیمها جریان پیدا می كند، به فلزاتی نظیر مس و آهن،‌كه نیروی برق به سهولت در آنها جریان پیدا می كنند، فلزات هادی می گویند.

در بعضی از اجسام، اتمها به نحوی قرار گرفته اند كه برق به آسانی در آنها جریان پیدا نمی كند، این اجسام را اجسام عایق می نامند.

لاستیك خالص، بهترین جسم عایق است و به همین دلیل، كسانی كه با سیمهای برق و الكتریسیته سرو كار دارند، كفشهای لاستیكی بپا می كنند.

گر چه برق به طور طبیعی در همه جا، در اطراف ما وجود دارد، اما انسان یاد گرفته است كه چگونه خود برق بسازد، و چگونه از این برق در كارهایش استفاده می كند، و نیز آموخته است كه چگونه نیروی برق را ذخیره كند تا به هنگام نیاز از آن استفاده نماید.

باتری معمولیف فقط ظرفی است برای ذخیره ی الكتریسیته. باتری، ممكن است كوچك و ارزان باشد. در این صورت، وقتی كه از ذخیره ی الكتریسیته آن استفاده شد، ظرفش بدون ارزش است.

در اتومبیلها، باتریها بزرگ می گذراند، اما بعد از آن كه نیروی الكتریسیته ی باتری مورد استفاده قرار گرفت، بلافاصله نیروی موتور، ذخیره ی جدیدی از الكتریسیته ایجاد می كن، و در این صورت باتری پر از برق می شود.

انسان، صدها سال پیش برای گردانیدن چرخهای آسیاب از نیروی سقوط آب استفاده می كرد، امروزه نیز، گاهی همان روش را برای تولید نیروی برق بكار می برند. این نیروگاه در دامنه ی كوه از نیروی آبشار برای گردش ماشینهایش استفاده می كند.

این نیروگاه را، نیروگاه، هیدروالكترولیك می نامند.

نظیر این نیروگاهها، در اكثر نقاط دامنه دنیا وجود دارد.

این نیروگاه ها را در كشورهایی كه مناطق كوهستانی و رودخانه های پر آب و قوی دارند، می سازند.

نیروی لازم برای بوجود آوردن الكتریسیته از حرارت سوخت زغال سنگ، حاصل می شود و ذغال سنگ را به وسیله ی كرجیهای بزرگ، از راه رودخانه به محل كارخانه حمل می كنند.

در كشور انگلستان ، برق از تمام كارخانه های تولید برق به شبكه ای از سیمها منتقل می شود این شبكه، سراسر خاك انگستان را در بر می گیرد. بنابراین اگر یك كارخانه ی برق، قادر به تولید برق نباشد، به جای آن سایر كارخانه ها برق لازم را به شبكه می رسانند. از این شبكه كابلهای فراوانی منشعب شده، به داخل خانه هاو كارخانه ها وارد می شود.

آیا می دانید كه برق، چگونه از محل كارخانه به خانه ی شما منتقل می شود؟ در بعضی از كشورها، نیروی برق را به وسیله ی كابل از محل كارخانه برای استفاده یك ناحیه به آن جا انتقال می دهند. به ناحیه ی بعدی كارخانه ی دیگری برق می رساند.

وقتی كه نور، بر روی بعضی از اجسام می تابد، جریان برق ضعیفی از آنها خارج می شود. از این سلولهای نورب در ماهواره ها به جای باتری استفاده می كنند. به هنگام تابش خورشیدف این سلولها برق كافی براق بكار افتادن ابزارهای درون ماهواره ها، تولید می كنند.

گامی فرا تر

حدود 600 سال قبل از میلاد، طالس، فیلسوف و دانشمند یونانی با مالش تكه ای پوست حیوان بر روی كهربا متوجه شد كه موهای پوست به سمت كهربا جذب می گردد. لغت الكتریسیته از واژه ی الكترون كه در زبان یونانی به معنای كهربا می باشد مشتق شده است.

مالش قطعه ای از یك جسم به كهربا یا ته پلاستیكی خودكار موجب شارژ شدن آن جسم با الكتریسیته ی مالشی می شود و جسم شارژ شده اجسام سبك وزن را به سمت خود جذب می كند. اگر دو جسم به یك طریق شارژ شوند،‌یكدیگر را دفع خواهند كرد. از این خاصیت در ساختن وسیله ای به نام الكتریسیته ی القایی می باشد  استفاده شده است.

اگر جسمی به وسیله ی ذرات بسیار ریز الكتریسیته یعنی الكترون انباشته شود، احتمالاً  الكترونها به صورت جرقه ی الكتریكی  از آن ساطع خواهند شد و كسی كه این جسم را لمس  كند دچار برق گرفتگی می گردد. جرقه ی الكتریكی در واقع خط سیر درخشانی است متشكل از میلیونها الكترون كه از جسم شارژ شده به بیرون می جهند. در طبیعت نیز با جرقه ی الكتریكی و برق گرفتگی مواجه می شویم؛ مثلاً جرقه ی صاعقه چیزی بیش از جرقه ی الكتریكی بزرگی نیست. گر چه جرقه ی صاعقه بسیار قوی است، اما راهی برای مهار كردن این انرژی در دست نیست. صاعقه و همچنین دستگاههایی كه كارشان ایجاد الكتریسیته ی القایی است، همگی دارای نقصی هستند مبنی بر اینكه مقدار الكتریسیته آنها منظم و پایدار نیست وتنها جرقه ای كوتاه مدت از آنها ساطع می گردد و این مقدار برای تأمین الكتریسیته ی ماشینهای تولید كننده ی نیرو كافی نیست. برای استفاده ی مفید از الكتریسیته نیاز به وسیله ای است كه جریانی پایدار از الكتریسیته تولید كند.

الكتریسیته در بعضی از مواد به نسبت مواد دیگر آسانتر جریان می یابد. اینگونه مواد را كه دارای مقاومت اندكی هستند هادی می نامند مواد هادی شامل بیشتر فلزات و آب نمك می باشند. موادی كه جریان الكتریسیته به كندی از میان آنها عبور می كند و دارای مقاومت زیاد هستند را عایق می نامند؛ مانند لاستیك، شیشه ، بیشتر پلاستیكها و هوای بدون رطوبت.

زمانی كه جریان الكتریكی از میان مایع رسانایی مثل آب نمك عبور می كند، باعث تقسیم مولكولهای آب به گازهای هیدروژن و اكسیژن می شود همچنین عبور جریان الكتریكی تولید گرما نیز می كند اگر سیمی با مقاومت معین انتخاب شود، با شروع جریان الكتریسیته آن سیم گرم و قرمز خواهد شد. از این خاصیت گرمایشی الكتریسیته در ساختن اجاقها و فرهای برقی، بخاری برقی و اطو استفاده می كنند. از الكتریسیته در فیلامان لامپ جاری می گردد، نور سفید درخشانی از آن متصاعد می شود.

یكی دیگر از كیفیات الكتریسیته اثر مغناطیسی آن است. این مورد به طور كاملاً اتفاقی در سال 1820 به وسیله ی دین هانس ارستد كشف شد؛ وی متوجه گردید كه اگر سیمی حاوی جریان الكتریكی به قطب نمای مغناطیسی نزدیك شود، عقربه ی قطب نما از مسیر شمالی- جنوبی خود منحرف خواده شد. متعاقب آن آندره آمپر دانشمند فرانسوی قانون حاكم بین الكتریسیته و مغناطیس را كشف كرد. الكترو مغناطیسها در صنایع برای بلند كردن قطعات سنگین فولاد، و همچنین در گوشی تلفن، موتورهای الكتریكی و دینام مورد استفاده قرار می گیرند.

الساندرو ولتا فیزیكدان ایتالیایی نخستین فردی بود كه با اختراع باتری الكتریكی، راهی برای دستیابی به جریان الكتریكی پایدار یافت. یكی دیگر از منابع الكتریسیته خازن است. الكتریسیته ای كه توسط خازن تأمین می شود بایستی از قبل در آن ذخیره شده باشد و به همین جهت گاهی آن را باتری انبارشی می نامند.

قابل توجه ترین روش برای ایجاد الكتریسیته به وسیله ی دستگاهی به نام دینام یا ژنراتور انجام می شود ارستد ثابت كرده بود ك عقربه ی قطب نما به واسطه ی نزدیك شدن به سیم هادی جریان الكتریسیته به حركت در می آید. در 1831 مایكل فارادی فیزیكدان انگلیسی نشان داد  كه اگر آهنربایی را در نزدیكی حلقه ی سیمی به حركت در آورند، جریان الكتریكی در داخل سیم ایجاد می گردد.

برای گردش جریان الكتریكی نیاز به خط سیری بسته می باشد. جنس این خط سیر كه به آن مدار می گویند بایستی هادی باشد. زمانی كه این مدار قطع گردد، گردش جریان الكتریكی نیز قطع می شود. قطع و وصل جریان را می توان به سهولت به وسیله ی كلیدی كه به سیم متصل است انجام داد.

اگر گردش جریان الكتریكی در یك مسیر باشد به آن جریان مستقیم می گویند؛ مثل جریان الكتریكی در مدار باتری. نوع دیگر را جریان متناوب می نامند. مزیت مهمی كه جریان الكتریكی متناوب بر جریان ساكن دارد این است كه آن را بدون هدر رفتن تا مسیرهای دور دست می توان هدایت كرد.