الکتریسیته چیست؟

الکتریسیته یا برق‌گرایی، یکی از پایه‌های علم فیزیک است که به مطالعه خواص و رفتار الکترون‌ها و سایر ذرات باردار با بارهای الکتریکی می‌پردازد. الکترون در مرکز بررسی قرار دارد و custodian انجمن و جمع‌آوری علمی و دیده‌بانی این مقوله است. در ادامه با JBH همراه باشید تا اطلاعات مفیدی را کسب کنید.

الکتریسیته چیست؟

الکتریسیته یکی از اصولی‌ترین پدیده‌های طبیعی است که در اطراف ما رخ می‌دهد و نقش مهمی در جهان مدرن دارد. این پدیده به تبادل بارهای الکتریکی بین ذرات باردار، مانند الکترون‌ها و پروتون‌ها، در اجسام و مواد اشاره دارد. به‌طورکلی، الکتریسیته شامل دو نوع اصلی الکتریسیته استاتیک (ثابت) و الکتریسیته جریانی (جاری) می‌شود. در ادامه به پاسخ سوال الکتریسیته چیست می‌پردازیم.

• الکتریسیته استاتیک (ثابت)

این نوع الکتریسیته به پدیده‌ای اشاره دارد که معمولاً در اجسام با تماس مستقیم یا نزدیکی به یکدیگر رخ می‌دهد. در این پدیده، بارهای الکتریکی به طور موقت بین اجسام منتقل می‌شوند و معمولاً پس از تماس، اجسام با بارهای متضاد (مثلاً بار مثبت و منفی) جذب یا جدا می‌شوند. به‌عبارت‌دیگر، این الکتریسیته مرتبط با تفاوت بارهای الکتریکی بین اجسام است.

• الکتریسیته جریانی (جاری)

این نوع الکتریسیته به حرکت بارهای الکتریکی درون یک ماده یا ماده‌ای مخصوص اشاره دارد. هنگامی که بارها (مثل الکترون‌ها) درون یک ماده حرکت می‌کنند، جریان الکتریکی ایجاد می‌شود. این جریان معمولاً به کمک تفاوت ولتاژ (پتانسیل الکتریکی) بین دو نقطه در ماده ایجاد می‌شود و از اهمیت وسیعی در حوزه‌های مانند الکترونیک، الکتریسیته‌شناسی، کنتاکتور و تکنولوژی انتقال انرژی برقی دارد.

مفهوم‌های کلیدی در زمینه الکتریسیته

در ادامه به کلیدی‌ترین مفاهیم این حوزه می‌پردازیم.

• بار الکتریکی

بارهای مثبت و منفی که بر اثر اختلاف تعادل الکترونی در اجسام ایجاد می‌شوند، بارهای الکتریکی نامیده می‌شوند.

• الکترون

الکترون‌ها ذراتی با بار منفی هستند که در اتم‌ها حول هسته قرار دارند و در جریان‌های الکتریکی نقش اساسی دارند.

• پروتون

پروتون‌ها ذراتی با بار مثبت هستند که در هسته اتم‌ها قرار دارند.

• نیروی الکترواستاتیکی

نیرویی که بین بارهای الکتریکی بر اثر تفاوت بارها ایجاد می‌شود. این نیرو با قانون کولمب در تعامل بارها توصیف می‌شود.

• ولتاژ (پتانسیل الکتریکی)

تفاوت پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه در یک ماده که عموماً به ولت v   اندازه‌گیری می‌شود.

• جریان الکتریکی

حرکت بارهای الکتریکی درون یک ماده که جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند.

الکتریسیته از اهمیت فراوان در زندگی روزمره ما برخوردار است، از انرژی الکتریکی در منازل و صنعت تا تکنولوژی‌های پیشرفته مانند رایانه‌ها، تلفن‌ها، تلویزیون‌ها، فیوز مینیاتوری، وسایل نقلیه الکتریکی و غیره استفاده می‌شود.

الکتریسیته از کجا آمده و چگونه کار می‌کند؟

الکتریسیته چیست به زبان  ساده؟ الکتریسیته یک پدیده طبیعی است که از قرن‌ها پیش از میلاد تا به امروز مورد مطالعه و تحقیق قرار دارد. اما تفهیم دقیق و جامعی از آن در طول تاریخ به‌دست نیامده است. الکتریسیته یکی از مهم‌ترین مفاهیم در حوزه بار الکتریکی است که تا قرن 17 توسط دانشمندانی مانند آمبرواز پاره، ویلیام گیلبرت و رابرت بویل تجربه و مورد بررسی قرار گرفت.

در اواخر قرن 18، اقدامات دانشمندانی همچون بنجامین فرانکلین که الکترون را به‌عنوان یک عامل باربری شناخت و مفهوم‌های مهمی مانند “بار مثبت” و “بار منفی” را مطرح کرد، به پیشرفت واقعی در درک الکتریسیته منجر شد. در قرن 19، دانشمندانی مانند مایکل فارادی، جورج اهم و آندره آمپر با انجام تجربیات و مطالعات عمیق‌تر، به درک بهتری از رفتار الکتریسیته دست یافتند. آمپر به تشکیل قوانین مشهوری در زمینه جریان الکتریکی (قانون آمپر) پرداخت.

از اواخر قرن 19 تا اوایل قرن 20، دانشمندان مانند جیمز کلرک ماکسول، آلبرت انیشتین و نیکولا تسلا با ارتقا تئوری‌ها و تجربیات به تبیین تئوری‌های الکتریسیته و مغناطیس پرداختند. کلرک ماکسول با تجزیه‌وتحلیل ریاضی معادلات الکترومغناطیسی معروف به معادلات ماکسول، نسبت میان الکتریسیته و مغناطیس را توضیح داد. در نهایت، نظریه‌های آلبرت انشتین در قرن 20 با تعیین این که نور یک امواج الکترومغناطیسی است و از تفاوت‌ها و همبستگی میان الکتریسیته و مغناطیس پیروی می‌کند.

در مورد چگونگی کار الکتریسیته می‌توان گفت که الکتریسیته بر اثر تفاوت بارها ایجاد می‌شود. ذرات باردار مثل الکترون‌ها که بار منفی دارند و پروتون‌ها که بار مثبت دارند، به‌عنوان نواحی مهم در ایجاد این پدیده هستند. الکتریسیته استاتیک، معمولاً به انتقال بارهای الکتریکی بین اجسام منجر می‌شود. این انتقال بارها می‌تواند از طریق تماس مستقیم بین اجسام یا به‌عنوان نتیجه نزدیکی بارها در فاصله کم انجام شود. الکتریسیته جریانی، به‌وجودآمدن جریان الکتریکی در مواد و ماده‌های رسانا مرتبط است. جریان الکتریکی از حرکت بارهای الکتریکی (معمولاً الکترون‌ها) در مواد رسانا مانند فلزات به وجود می‌آید. این حرکت بارها ناشی از تفاوت ولتاژ بین دو نقطه در ماده است و به‌صورت جریان الکتریکی انتقال پیدا می‌کند.

در نتیجه، الکتریسیته به‌عنوان پدیده‌ای از تفاوت بارها و حرکت بارهای الکتریکی در مواد وجود دارد که تأثیرات متعددی را از جمله تولید نور، تولید گرما، تولید قدرت مکانیکی (مانند موتورها) و… دارد. محافظ برق یکی از دستگاه‌های بسیار مهم دررابطه‌با جریان برق است.

تاریخچه کلمه الکتریسیته

کلمه “الکتریسیته” از واژه یونانی (elektron) مشتق شده است که به معنی سفید یا جلا درخشان است. این واژه به طور اصلی به ماده‌ای اشاره داشت که از درخشش الکتریسیته به وجود می‌آمد، اما در دوره‌های بعدی به مفهوم الکتریسیته نیز ارتباط داده شد.

واژه “الکتریسیته” برای نخستین‌بار توسط فرانسیس باکون، فیلسوف و دانشمند انگلیسی در قرن 17 میلادی مورداستفاده قرار گرفت. او از این واژه برای توصیف پدیده جذب اشیا کوچک توسط مواد الکتریسیته دار استفاده کرد. این پدیده‌ها شامل جذب قطعات کوچک کاغذ یا پارچه توسط مواد مانند زبره و شیشه‌ای شارجه دار بود. در طول تاریخ، با پیشرفت در درک الکتریسیته و مطالعات بیشتر در این زمینه، این واژه به معنای پدیده‌های مختلف مرتبط با تفاوت و جریان بارهای الکتریکی استفاده می‌شود.

بخش‌های سیستم انرژی الکتریکی

سیستم انرژی الکتریکی شامل بخش‌های متعددی است که به هم تعامل می‌کنند تا انرژی الکتریکی را تولید، انتقال و توزیع کنند. بخش‌های اصلی یک سیستم انرژی الکتریکی عبارت‌اند از:

• نیروگاه

نیروگاه‌ها مسئول تولید انرژی الکتریکی هستند. آنها معمولاً از منابع انرژی مانند زغال‌سنگ، نفت، گاز طبیعی، باد، آب، خورشید و هسته‌ای استفاده می‌کنند. در این بخش، انرژی مکانیکی تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود.

• شبکه انتقال

شبکه‌های انتقال انرژی الکتریکی مسئول انتقال این انرژی از محل تولید به مکان‌های مصرف‌کننده هستند. این شبکه‌ها معمولاً از خطوط انتقال برق بلندمدت، ترانسفورماتورها، پست‌های برق و سایر تجهیزات تشکیل شده‌اند.

• توزیع

بخش توزیع مسئول توزیع انرژی الکتریکی به خانه‌ها، صنایع و سازمان‌ها است. این بخش شامل خطوط توزیع کوتاه‌مدت، ترانسفورماتورها، خانه‌های مستقر و تجهیزات توزیع است.

• مصرف

بخش مصرف انرژی الکتریکی شامل خانه‌ها، صنایع، مؤسسات و ادارات است. این بخش انرژی الکتریکی را برای نیازهای روزمره و صنعتی استفاده می‌کند.

علاوه بر این، بخش‌های دیگری مانند تجهیزات حفاظتی، کنترل و مانیتورینگ، سیستم‌های روشنایی عمومی و تجهیزات اضطراری همچنین در سیستم انرژی الکتریکی وجود دارند.

مزایای استفاده از انرژی الکتریکی در زندگی

استفاده از انرژی الکتریکی دارای مزایای بسیاری است که شامل موارد زیر می‌شود:

• حفاظت از محیط زیست

انرژی الکتریکی بدون ایجاد آلودگی زیست‌محیطی تولید می‌شود، از جمله ذرات معلق و انباشت متان در هوای تولید شده. ازاین‌رو، استفاده از انرژی الکتریکی کمک می‌کند به کنترل تغییرات آب‌وهوایی و حفظ سلامت محیط‌زیست.

• ایمنی بیشتر

استفاده از انرژی الکتریکی نسبت به استفاده از سوخت‌های فسیلی و انرژی‌های دیگر، ایمنی بیشتری دارد؛ زیرا احتمال انفجار، خورندگی و حوادثی مربوط به مصرف سوخت‌های فسیلی کاهش می‌یابد.

• کارایی بالا

تبدیل انرژی به الکتریسیته بسیار کارآمد است و ضریب بهره بالایی دارد. ازاین‌رو، با استفاده از انرژی الکتریکی، امکان استفاده بهینه از منابع انرژی فراهم می‌شود و از تلف کردن انرژی پیشگیری می‌شود.

• قابلیت انتقال و انبار ذخیره

انرژی الکتریکی قابلیت انتقال بلندمدت به نقاط دیگر را دارد و به‌راحتی قابل انباره‌سازی است. این امکان به صنایع و خانواده‌ها کمک می‌کند تا در هنگام توقف تولید انرژی، از انرژی الکتریکی ذخیره شده استفاده کنند.

• قابلیت مصرف در محل

انرژی الکتریکی قابل‌استفاده در محل‌های دیگری نیز است، مانند خانه‌ها، آسانسورها، ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی و غیره.

• تنوع مصارف

انرژی الکتریکی به‌راحتی قابل‌استفاده در بسیاری از مصارف مختلف است، مانند روشنایی، اجرای دستگاه‌های الکتریکی، پخت‌وپز، حمل‌ونقل الکتریکی و غیره.

• قابلیت پذیرش انرژی تجدیدپذیر

انرژی الکتریکی قابل‌استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند آب، باد، نور خورشید و غیره است. استفاده بیشتر از انرژی الکتریکی تجدید پذیر، منجر به کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی و انباشت گاز‌های گلخانه‌ای می‌شود.

• کنترل و مدیریت آسان

از طریق شبکه‌های الکتریکی، می‌توان به طور مرکزی مصرف انرژی را نظارت و کنترل کرد. این امر به‌راحتی به برنامه‌ریزی و مدیریت بهینه انرژی کمک می‌کند.