مقدمة في الكهرباء والإلكترونيات

الكهرباء هي شكل من أشكال الطاقة التي تنطوي على تدفق الإلكترونات. تتكون كل المواد من ذرات ، لها مركز يسمى النواة. تحتوي النواة على جزيئات موجبة الشحنة تسمى البروتونات وجزيئات غير مشحونة تسمى النيوترونات. يحيط بنواة الذرة جزيئات سالبة تسمى الإلكترونات. تكون الشحنة سالبة للإلكترون مساوية للشحنة الموجبة للبروتون ، وعدد الإلكترونات في الذرة يساوي عادة عدد البروتونات.

عندما تنزعج قوة التوازن بين البروتونات والإلكترونات بواسطة قوة خارجية ، قد تكسب الذرة إلكترونًا أو تفقده. وعندما "تُفقد" الإلكترونات من الذرة ، فإن الحركة الحرة لهذه الإلكترونات تشكل تيارًا كهربائيًا.

الكهرباء جزء أساسي من الطبيعة وهي أحد أكثر أشكالنا استخدامًا للطاقة. يحصل البشر على الكهرباء ، وهي مصدر ثانوي للطاقة ، من تحويل مصادر أخرى للطاقة ، مثل الفحم والغاز الطبيعي والنفط والطاقة النووية. المصادر الطبيعية الأصلية للكهرباء تسمى المصادر الأولية.

تم بناء العديد من المدن والبلدات إلى جانب الشلالات (المصدر الرئيسي للطاقة الميكانيكية) التي تحولت عجلات المياه لأداء العمل. وقبل أن يبدأ توليد الكهرباء قبل ما يزيد قليلاً عن 100 عام ، كانت المنازل مضاءة بمصابيح الكيروسين ، وتم تبريد الطعام في صناديق ثلج ، وتم تسخين الغرف بواسطة مواقد حرق الأخشاب أو حرق الفحم.

بداية من بنيامين فرانكلين تجربة ليلة واحدة عاصفة في فيلادلفيا ، أصبحت مبادئ الكهرباء تدريجيا مفهومة. في منتصف القرن التاسع عشر ، تغيرت حياة الجميع مع اختراع الكهرباء المصباح الكهربائي. قبل عام 1879 ، تم استخدام الكهرباء في مصابيح القوس للإضاءة الخارجية. استخدم اختراع المصباح الكهرباء لجلب الإضاءة الداخلية لمنازلنا.

مولد كهربائي (منذ فترة طويلة ، آلة توليد الكهرباء سميت "الدينامو" المصطلح المفضل اليوم هو "مولد") هو جهاز لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وتستند هذه العملية على العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء. عندما ينتقل سلك أو أي مادة أخرى موصلة كهربائياً عبر مجال مغناطيسي ، يحدث تيار كهربائي في السلك.

تحتوي المولدات الكبيرة المستخدمة في صناعة المرافق الكهربائية على موصل ثابت. يتم وضع المغناطيس المتصل بنهاية عمود الدوران داخل حلقة توصيل ثابتة مثبتة بقطعة طويلة ومتواصلة من الأسلاك. عندما يدور المغناطيس ، فإنه يحث تيار كهربائي صغير في كل قسم من الأسلاك عند مروره. يمثل كل قسم من الأسلاك موصلًا كهربائيًا صغيرًا منفصلاً. جميع التيارات الصغيرة للأقسام الفردية تضيف ما يصل إلى تيار واحد بحجم كبير. هذا التيار هو ما يستخدم للطاقة الكهربائية.

تستخدم محطة توليد الطاقة الكهربائية إما التوربينات أو المحركات أو العجلات المائية أو غيرها من المحركات المشابهة آلة لدفع مولد كهربائي أو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية أو الكيميائية إلى كهرباء. تعد التوربينات البخارية ومحركات الاحتراق الداخلي وتوربينات احتراق الغاز وتوربينات المياه وتوربينات الرياح من أكثر الطرق شيوعًا لتوليد الكهرباء.