كهرباء هو الاسم الذي يطلق على مجموعة من الظواهر التي تحدث بفضل عدم التوازن أو الحركة الشحنات الكهربائية، وهي خاصية متأصلة في البروتونات والإلكترونات ، وكذلك في الأجسام المشحونة كهربائيًا. في الكهرباء هناك ظواهر كهرباء و الكهروديناميكي ، المتعلقة بالشحنات في حالة السكون والحركة ، على التوالي.
نرى أيضا: ما هي القوة المغناطيسية؟
مفهوم الكهرباء
مفهوم الكهرباء شامل ، لكن يمكننا فهمه مثل الجميع التأثيرات التي تنتجها الشحنات الكهربائية على المادة. عادة ما ترتبط الكهرباء بـ التيار الكهربائي، وهي حركة تحميل يتم إنشاؤها عندما يتعرض أي جسم لـ فرق الجهد الكهربائي.
الكهرباء في الفيزياء
أصل الظواهر الكهربائية في الإلكترونات، والتي تقدم أدنى شحنة كهربائية ممكنة، المعروفة بالشحنة الأساسية ، والتي تساوي حوالي 1.6.10-19 ج. عندما يكون متحمسًا أو تحت تأثير أ الحقل الكهربائي خارجي الإلكترونات يمكن إجراؤها ، مما يؤدي إلى ظهور تيارات كهربائية ومجموعة كاملة من الظواهر المتعلقة بالكهرباء.
في الفيزياء ، من الشائع جدًا استخدام مصطلح الكهرباء كمقدار للطاقة المستهلكة فيها
الدوائر الكهربائية. هذه الطاقة ، والمعروفة أيضًا باسم طاقة الوضع الكهربائي ، يمكن حسابها باستخدام الطاقة الكهربائية - مقدار الطاقة الكهربائية التي يستهلكها الجهاز كل ثانية.يتم قياس طاقة الوضع الكهربائي بـ جولأو في كيلوواط ساعة، وهي وحدة أكثر شيوعًا تستخدمها شركات توزيع الكهرباء كمعامل. الطاقة الموجودة في كيلو وات ساعة لها قيمة اقتصادية يمكن أن تختلف في كل منطقة حسب الصعوبات الفنية لتوزيع الطاقة أو حتى حسب الطلب المحلي. الطاقة الواردة في 1 كيلوواط ساعة يساوي 3.6.106 ج.
نرى أيضا: الظواهر البصرية - الأحداث الناتجة عن التفاعل بين الضوء والمادة
صيغ الكهرباء
في هذا القسم ، نحضر ملف الأساسيةالصيغ متعلق ب كهرباء، الدفع:
ال التيار الكهربائي يمكن حساب اجتياز الموصل باستخدام التعبير التالي:
أنا - التيار الكهربائي (أ)
س - الشحنة الكهربائية (C)
ر - فترات زمنية)
ال الجهد الكهربائي أو الجهد الكهربائي أن شحنة تنتج على مسافة d ، مقاسة من مركزها ، تُحسب باستخدام الصيغة:
يو - الجهد الكهربائي (V)
ك0 - ثابت الفراغ الالكتروستاتيكي (9.109 Nm² / C²)
س - الشحنة الكهربائية (C)
د - المسافة (م)
ا حقلكهربائي تنتجها شحنة نقطية هي كمية متجهة ويمكن حساب معاملها بالصيغة التالية:
و - المجال الكهربائي (N / C)
ال الخضوع لكهربائي بين شحنتين نقطتين ، مفصولة بمسافة d ، تُحسب بالصيغة التالية:
س و ف - الشحنات الكهربائية
ال العلاقة بين المجال الكهربائي والقوة الكهربائية الموصوفة في قانون كولوم موضح في التعبير:
ال طاقة الوضع الكهربائي من تفاعل رسوم النقطة المفصولة بمسافة d يتم حسابها بالصيغة التالية:
ا الجهد الكهربائي، المكتوبة من حيث الطاقة الكامنة الكهربائية ، يتم تعريفها باستخدام الصيغة التالية:
ال الكهرباء المستهلكة بالنسبة لبعض الأجهزة ، من الطاقة الكهربائية P ، يمكن حسابها باستخدام الصيغة أدناه:
وEL - الطاقة الكهربائية المستهلكة
ل - قوة
ر - زمن
نرى أيضا: مولد كهربائي - جهاز يحول أنواعًا مختلفة من الطاقة إلى كهرباء
تاريخ الكهرباء
ا أول تقرير موثق من ملاحظة الظواهر الكهربائية ينسب إلى فيلسوف يوناني حكايات ميليتس. أدركت الحكايات أن الكهرمان (وهو راتينج نباتي أحفوري) عند فركه على شرائح جلدية ، لديه القدرة على جذب الأشياء الصغيرة مثل الأوراق الجافة. العنبر ، وهو ما يسمى في اليونانية اليكترون، اسم الجسيم الذي نشأ معظم الظواهر الكهربائية ، الإلكترون.
تحقق من جدول زمني موجز للأحداث الرئيسية التي ميزت تاريخ الكهرباء ، بعد اكتشاف تاليس ميليتس:
1660 – أوتوسيارة نقلجريك اخترع آلة تنتج الشحنات الكهروستاتيكية من خلال احتكاك.
1730 – تشارلزفرانسيسدوفاي اكتشفنا أن الكهرباء المولدة عن طريق الاحتكاك يمكن أن يكون لها فئتان متميزتان: الشحنات الموجبة والسالبة كما نعرفها اليوم.
1744 – بنيامينفرانكلين يستخدم تراكم الشحنات الكهربائية المتصلة بسلك موصل يحمل طائرة ورقية أثناء العاصفة ، مما يؤكد أن البرق كان ظاهرة كهربائية.
1780 – لويجيجالفاني وجد أن الكهرباء يمكن أن تحرك أطراف الحيوانات النافقة ، مما يشير إلى أن العضلات تنقبض بفضل مرور الشحنات الكهربائية.
1796 - رص عدد كبير من أقراص النحاس والزنك على قطعة قماش مبللة بمحلول حامض. أليساندرويعود اخترع أول بطارية.
1820 – هانزكريستينأورستد اكتشف أن التيار الكهربائي قادر على إنتاج مجال مغناطيسي.
1831 - ميخائيلفاراداي اكتشف الحث الكهرومغناطيسي.
1827 – جورجسيمونأوه م اكتشف علاقة رياضية بين المقاومة ، الجهد االكهربى والتيار الكهربائي ، المعروف الآن باسم قانون أوم الأول.
1875 - تم اختراع الهاتف بواسطة الكسندرجراهامجرس
1880 – توماساديسون اخترع المصباح الكهربائي.
1886 – جورجوستنجهاوس أول نظام توزيع للكهرباء التيار المتناوبالتي اخترعها نيكولا تيسلا.
1890 – نيكولاتسلا طورت نظام توزيع التيار الكهربائي ثلاثي المراحل.
1905 – ألبرتاينشتاين شرح كيف التأثير الكهروضوئيمما سمح بتطوير الألواح الشمسية.
1911 – كامرلينجأونز اكتشف ظاهرة الموصلية الفائقة ذات الأهمية الكبرى لتوليد الطاقة الكهربائية الحديثة.
نرى أيضا: سرعة الضوء: ما هي المدة التي يستغرقها الضوء للوصول إلينا؟
كيف جاءت الكهرباء
كما هو الحال مع الظواهر الطبيعية الأخرى ، كانت الكهرباء موجودة دائمًا، قبل وقت طويل من ظهور البشرية. أنت أشعة، على سبيل المثال ، هي الظواهر الكهربائية التي أنتجت معظم الكل الأوزون من الغلاف الجوي للأرض. أنت أشعة تنشأ من السحب المكهربة عن طريق الاحتكاك بين عدد كبير من بلورات الجليد والهواء وبخار الماء ، مما يؤدي في النهاية إلى التفريغ والتسبب في يتم تشكيل تيار كهربائي كبير عن طريق الهواءالذي ينتج وميضًا ودويًا كبيرًا ، بالإضافة إلى درجات حرارة في حدود آلاف الدرجات.
في روابط كيميائية التي شكلت جزيئات الماء الأولى على كوكب الأرض ، على سبيل المثال ، هي نتاج جاذبيةكهربائيما بين أثنينالأحمالالموصوفة رياضيًا بواسطة قانون كولوم. تسببت هذه القوة في اتحاد عناصر مختلفة ، فقط عن طريق توافق الشحنات الكهربائية ، مما أدى إلى نشوء الحياة.
الكهرباء كما نعرفها كانت نتيجة عمليات بحث طويلة والعمل الدؤوب لعدد كبير من الفيزيائيين والكيميائيين والمهندسين وعلماء الرياضيات الذين جعلوا الإنتاج ممكنًا ، توزيع وظهور الآلات والتقنيات التي كانت القوة الدافعة لها الكهرباء ، مما جعلها أكثر شعبية و يمكن الوصول.
تمارين الكهرباء
السؤال رقم 1) يتم عبور السلك الموصل بنحو 2.10-14 ج كل ميكروثانية (10-6 س). حدد شدة التيار المتدفق عبر الموصل:
أ) 3.10-4 ال
ب) 2.10-8 ال
ج) 5.10-6 ال
د) 7.10-8ال
هـ) 2.10-5 ال
استجابة: حرف الباء
الدقة:
لحل التمرين ، احسب فقط التيار الكهربائي ، ولاحظ:
وفقًا للقرار ، يكون التيار الكهربائي المتكون هو الحرف B.
السؤال 2) وحدة قياس الجهد الكهربائي ، وفقًا لوحدات SI هي الفولت ، والتي يمكن كتابتها أيضًا على النحو التالي:
أ) V / م
ب) ج / و
ج) N / م
د) ي / ج
هـ) أ / م
استجابة: الحرف د
حيث يمكن حساب الجهد الكهربائي كنسبة الطاقة الكامنة الكهربائية إلى الشحن كهربائي ، يمكن أيضًا التعبير عن وحدتها بالجول لكل كولوم ، لذا فإن البديل الصحيح هو الحرف D.
السؤال 3) تحقق من البديل الذي يكمل الفجوات بشكل صحيح في الجملة:
المجال الكهربائي هو كمية ________ ، تُعرّف على أنها __________ التي تمارس لكل وحدة شحن. الكمون الكهربائي ، بدوره ، هو كمية _________ ، مُعرَّفة بـ __________ لكل وحدة شحن.
أ) مقياس. القوة الكهربائية المتجه؛ طاقة الوضع الكهربائي
ب) ناقلات. القوة الكهربائية تسلق؛ طاقة الوضع الكهربائي
ج) مقياس. الطاقة الكامنة الكهربائية؛ تسلق؛ قوة كهربائية
د) الفيزياء. التيار الكهربائي المتجه؛ قوة كهربائية
ه) الفيزياء. شحنة كهربائية؛ تسلق؛ قوة كهربائية
استجابة: حرف الباء
الدقة:
المجال الكهربائي عظمة المتجه، المعرفة على أنها قوة كهربائية عند بذل كل وحدة شحن ، يكون الجهد الكهربائي بدوره أ تسلق، المعرّفة باسم طاقةالقدرهكهربائي لكل وحدة شحن.
بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء