كيف تعمل الطاقة الكهربائية؟

تعتبر الطاقة الكهربائية مفهومًا مهمًا في العلوم ، لكنها مفهوم يساء فهمه كثيرًا. ما هي بالضبط الطاقة الكهربائية ، وما هي بعض القواعد المطبقة عند استخدامها في العمليات الحسابية؟

ما هي الطاقة الكهربائية؟

الطاقة الكهربائية هي شكل من أشكال الطاقة الناتجة عن تدفق الشحنة الكهربائية. الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل أو استخدام القوة لتحريك جسم ما. في حالة الطاقة الكهربائية ، القوة هي جذب كهربائي أو تنافر بين الجزيئات المشحونة. الطاقة الكهربائية قد تكون إما الطاقة الكامنة أو الطاقة الحركية، لكنها عادة ما تصادف كطاقة محتملة ، والتي يتم تخزينها بسبب المواقع النسبية للجسيمات المشحونة أو المجالات الكهربائية. حركة الجسيمات المشحونة عبر سلك أو وسيلة أخرى تسمى التيار أو الكهرباء. يوجد ايضا كهرباء ساكنة، والذي ينتج عن خلل أو فصل بين الشحنات الإيجابية والسلبية على جسم ما. الكهرباء الساكنة هي شكل من أشكال الطاقة الكهربائية المحتملة. إذا تراكمت شحنة كافية ، فقد يتم تفريغ الطاقة الكهربائية لتشكيل شرارة (أو حتى صاعقة) ، بها طاقة حركية كهربائية.

حسب الاصطلاح ، يتم دائمًا عرض اتجاه المجال الكهربائي مشيرًا إلى الاتجاه الذي سيتحرك فيه الجسيم الموجب إذا تم وضعه في الحقل. من المهم تذكر ذلك عند العمل باستخدام الطاقة الكهربائية لأن حامل التيار الأكثر شيوعًا هو الإلكترون الذي يتحرك في الاتجاه المعاكس مقارنةً بالبروتون.

instagram viewer

كيف تعمل الطاقة الكهربائية

اكتشف العالم البريطاني مايكل فاراداي وسيلة لتوليد الكهرباء في وقت مبكر من 1820s. قام بنقل حلقة أو قرص معدني موصل بين أقطاب المغناطيس. المبدأ الأساسي هو أن الإلكترونات الموجودة في الأسلاك النحاسية حرة في الحركة. يحمل كل إلكترون شحنة كهربائية سالبة. يتحكم في حركته قوى جذابة بين الإلكترون والشحنات الإيجابية (مثل البروتونات والأيونات المشحونة إيجابيا) والقوات البغيضة بين الإلكترونات وما شابهها (مثل الإلكترونات الأخرى والأيونات سالبة الشحنة). بمعنى آخر ، فإن الحقل الكهربائي المحيط بجسيم مشحون (إلكترون ، في هذه الحالة) يمارس قوة على جزيئات مشحونة أخرى ، مما يتسبب في تحريكه وبالتالي القيام بعمله. يجب تطبيق القوة لتحريك جزيئات مشحونة جاذبة بعيدا عن بعضها البعض.

قد تشارك أي جسيمات مشحونة في إنتاج الطاقة الكهربائية ، بما في ذلك الإلكترونات والبروتونات والنواة الذرية ، الكاتيونات (الأيونات الموجبة الشحنة) والأنيونات (الأيونات السالبة الشحنة) والبوزيترونات (المادة المضادة المكافئة للإلكترونات) ، و هكذا.

أمثلة

الطاقة الكهربائية المستخدمة ل الطاقة الكهربائية، مثل تيار الجدار المستخدم لتشغيل المصباح الكهربائي أو الكمبيوتر ، هي طاقة يتم تحويلها من طاقة كهربائية محتملة. يتم تحويل هذه الطاقة المحتملة إلى نوع آخر من الطاقة (الحرارة ، الضوء ، الطاقة الميكانيكية ، إلخ). بالنسبة إلى أداة الطاقة ، فإن حركة الإلكترونات في السلك تنتج الإمكانات الحالية والكهربائية.

تعد البطارية مصدرًا آخر للطاقة الكهربائية ، باستثناء الشحنات الكهربائية قد تكون أيونات في محلول بدلاً من الإلكترونات الموجودة في المعدن.

تستخدم النظم البيولوجية أيضًا الطاقة الكهربائية. على سبيل المثال ، قد تتركز أيونات الهيدروجين أو الإلكترونات أو أيونات المعادن على جانب واحد من الغشاء أكثر من أخرى ، إعداد إمكانات كهربائية يمكن استخدامها لنقل نبضات الأعصاب ، ونقل العضلات ، والنقل المواد.

تشمل الأمثلة المحددة للطاقة الكهربائية ما يلي:

  • التيار المتردد (AC)
  • التيار المباشر (العاصمة)
  • برق
  • بطاريات
  • المكثفات
  • الطاقة الناتجة عن ثعابين كهربائية

وحدات الكهرباء

وحدة SI للفرق الجهد أو الجهد هو فولت (V). هذا هو الفرق المحتمل بين نقطتين على موصل يحمل 1 أمبير من التيار بقوة 1 واط. ومع ذلك ، توجد عدة وحدات في الكهرباء ، بما في ذلك:

وحدة رمز كمية
فولت الخامس فرق الجهد ، الجهد (V) ، القوة الدافعة الكهربائية (E)
أمبير (أمبير) أ التيار الكهربائي (I)
أوم Ω المقاومة (ص)
وات W الطاقة الكهربائية (ف)
فاراد F السعة (C)
هنري H الحث (L)
كولوم C شحنة كهربائية (س)
جول ج الطاقة (هـ)
كيلووات في ساعة وحدة كهربائية كيلو واط ساعة الطاقة (هـ)
هيرتز هرتز التردد f)

العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية

تذكر دائمًا أن الجسيم المتحرك المشحون ، سواء كان بروتونًا أو إلكترونًا أو أيونًا ، يولد مجالًا مغناطيسيًا. وبالمثل ، فإن تغيير المجال المغناطيسي يدفع التيار الكهربائي في موصل (على سبيل المثال ، سلك). وبالتالي ، يشير العلماء الذين يدرسون الكهرباء عادة إلى ذلك الكهرومغناطيسية لأن الكهرباء والمغناطيسية مرتبطة ببعضها البعض.

النقاط الرئيسية

  • يتم تعريف الكهرباء على أنها نوع الطاقة التي تنتجها شحنة كهربائية متحركة.
  • الكهرباء مرتبطة دائما بالمغناطيسية.
  • اتجاه التيار هو الاتجاه الذي ستتحرك به شحنة موجبة إذا وضعت في المجال الكهربائي. هذا هو عكس تدفق الإلكترونات ، الناقل الحالي الأكثر شيوعا.
instagram story viewer