مقاله

برق یا الکتریسیته چیست؟ — به زبان ساده

اگر تا به حال رعد و برق و صاعقه‌های قدرتمندی را که از آسمان به زمین می‌رسند دیده باشید، ایده نیروی الکتریسیته یا برق در ذهنتان وجود خواهد داشت. رعد و برق یک الکتریسیته یا برق ناگهانی و عظیم بین آسمان و زمین است. انرژی موجود در یک صاعقه برای اینکه تا 100 لامپ قوی را در یک روز کامل روشن کنید یا حدود بیست هزار برش نان تست با آن تهیه کنید کافی است. در این آموزش به این پرسش پاسخ می‌دهیم که الکتریسیته چیست و انواع آن کدامند.

«برق» (Electricity) متنوع‌ترین منابع انرژی را دارد و از جدیدترین انرژی‌هاست که خانه‌ها و مشاغل بیش از صد سال است از آن استفاده می‌کنند. برق از گذشته تاکنون نقش حیاتی و مهمی در زندگی انسان‌ها داشته است و در آینده نیز این نقش مهم ادامه خواهد داشت. ساختمان‌های بیشتری با استفاده از سلول‌های خورشیدی و توربین‌های بادی انرژی الکتریکی تجدید‌پذیر خود را تولید می‌کنند. در این مطلب نگاهی دقیق‌تر به برق می‌اندازیم و توضیح می‌دهیم که چگونه کار می‌کند.

برق یا الکتریسیته چیست؟

الکتریسیته نوعی انرژی است که می‌تواند در یک مکان جمع شود یا از یک مکان به مکان دیگر منتقل شود. هنگامی که الکتریسیته در یک مکان جمع می‌شود، به عنوان «الکتریسیته ساکن» (Static Electricity) شناخته می‌شود (کلمه استاتیک یا ساکن به معنی چیزی است که حرکت نمی‌کند). الکتریسیته‌ای که از یک مکان به مکان دیگر منتقل می‌شود، «الکتریسیته جاری» (Current Electricity) نامیده می‌شود.

الکتریسیته ساکن چیست؟

الکتریسیته ساکن اغلب هنگامی که اجسام را به هم می‌مالید ایجاد می‌شود. اگر 20 یا 30 بار یک بادکنک به پولیور خود بمالید، مشاهده خواهید کرد که بادکنک به لباس شما می‌چسبد. این اتفاق می‌افتد به این دلیل می‌افتد که مالش بادکنک به لباس بار الکتریکی می‌دهد (مقدار کمی الکتریسیته). این بار باعث می‌شود بادکنک مانند آهن‌ربا به پلیور شما بچسبد، زیرا پولیور بار الکتریکی مخالف پیدا می‌کند. بنابراین لباس و بادکنک مانند دو قطب مخالف دو آهن‌ربا یکدیگر را جذب می‌کنند.

الکتریسیته ساکن
رعد و برق هنگامی اتفاق می‌افتد که الکتریسیته ساکن (در یک مکان پر از ساختمان) به الکتریسیته جاری تبدیل شود (از یک مکان به مکان دیگر جریان داشته باشد).

آیا تا به حال برایتان پیش آمده که روی فرش عبور راه بروید و کمی احساس سوزن سوزن‌ شدن کنید و با دست زدن به فلزی مانند دستگیره در یا شیر آب درد ناگهانی و شدیدی در دست خود احساس کنید؟ این نمونه‌ای از شوک الکتریکی است. وقتی روی فرش راه می‌روید، پاهایتان با آن مالش پیدا می‌کنند. بدن شما به تدریج یک بار الکتریکی ایجاد می‌کند که همان سوزن سوزنی است که می‌توانید حس کنید. وقتی فلز را لمس می‌کنید، بار بلافاصله به سمت زمین می‌رود و این همان شوکی است که احساس می‌کنید.

صاعقه نیز توسط الکتریسیته ساکن ایجاد می‌شود. با حرکت ابرهای بارانی در آسمان، بلورهای یخ درون آن‌ها به پایین می‌روند، در حالی که قطرات آب به سمت بالا می‌روند. بلورها بار منفی دارند، در حالی که قطرات آب باری از نوع دیگر، یعنی مثبت، دارند. جداسازی این بارها است که به ابر اجازه می‌دهد تا قدرت خود را افزایش دهد. سرانجام، وقتی بار به اندازه کافی بزرگ شد، به صورت یک رعد و برق به زمین برخورد می‌کند. هنگامی که در حوالی منطقه‌ای طوفان باشد، اغلب می‌توانید احساس سوزن سوزن شدن در هوا را حس کنید. این برق موجود در هوای اطراف شما است. برای اطلاعات بیشتر در این مورد مطلب، پیشنهاد می‌کنم به آموزش «خازن چیست؟ — از صفر تا صد (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)» در مورد خازن‌ها مراجعه کنید.

الکتریسیته ساکن چگونه تولید می‌شود؟

الکتریسیته توسط الکترون‌ها (ذرات ریزی که دور اتم‌ها می‌چرخند و همه چیز از اتم ساخته شده)، ایجاد می‌شود. هر الکترون بار منفی کمی دارد. یک اتم در حالت عادی تعداد برابری الکترون و پروتون (ذرات دارای بار مثبت در هسته یا مرکز اتم) دارد. یک قطعه لاستیک از مجموعه بزرگی از اتم‌ها به نام مولکول ساخته شده است. از آنجا که اتم‌ها بار الکتریکی ندارند، مولکول ها نیز بار ندارند و همچنین لاستیک نیز بار ندارد.

فرض کنید بادکنکی را روی پلیور خود می‌‌مالید. وقتی بادکنک را حرکت می‌دهید، در واقع به آن انرژی می‌دهید. انرژی حاصل از حرکت دست شما باعث حرکت بادکنک می‌شود. هنگام مالش، برخی از الکترون‌های مولکول‌های لاستیک آزاد شده و روی بدن جمع می‌شوند. این باعث می‌شود که بادکنک الکترون کمتری داشته باشد. از آنجا که الکترون‌ها بار منفی دارند، داشتن الکترون‌های کم باعث می‌شود که بادکنک کمی بار مثبت داشته باشد. در مقابل، پولیور شما این الکترون‌های اضافه را به دست آورده و دارای بار منفی می‌شود. لباس بار منفی دارد و بادکنک هم بار مثبت دارد. بارهای مخالف جذب می‌شوند و به همین دلیل است که بادکنک به لباستان می‌چسبد.

آنچه گفتیم یک معرفی بسیار مختصر در مورد الکتریسیته ساکن بود. برای آشنایی بیشتر درباره این موضوع و علت ایجاد چنین چیزی که اثر برق مالشی نام دارد، پیشنهاد می‌کنیم به مطلب «الکتریسیته ساکن — به زبان ساده» در این لینک مراجعه کنید.

تصویر متحرک زیر نمایش کلاسیک الکتریسیته ساکن را نشان می‌دهد ممکن است در مدرسه دیده باشید. هنگامی که توپی فلزی یک مولد واندوگراف را لمس می‌کنید، بار الکتریکی بزرگی دریافت می‌کنید و موهای شما سیخ می‌شوند. رشته موها بار ساکن مشابهی دارند و مانند بارهای همنام از یکدیگر دور می‌شوند. برای آشنایی بیشتر با این موضوع، مطلب «مولد واندوگراف — به زبان ساده» را مطالعه کنید.

مولد واندوگراف

الکتریسیته جاری چیست؟

الکترون‌ها در هنگام حرکت انرژی الکتریکی را از یک مکان به مکان دیگر منتقل می‌کنند. به این حرکت جریان یا «جریان الکتریکی» می‌گویند. برخورد صاعقه یکی از نمونه‌های جریان الکتریکی است، گرچه دوام زیادی ندارد. جریان‌های الکتریکی همچنین در تأمین برق کلیه وسایل برقی مورد استفاده ما، از ماشین لباسشویی گرفته تا چراغ‌قوه و از تلفن گرفته تا پخش‌کننده‌های MP3 نقش دارند. این جریان‌های الکتریکی تداوم زمانی بیشتری دارند.

آیا اصطلاحات انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی را شنیده‌اید؟ انرژی پتانسیل به معنای نوعی انرژی است که به نوعی برای استفاده در آینده ذخیره می‌شود. خودرویی که در بالای تپه قرار دارد دارای انرژی پتانسیل است، زیرا دارای پتانسیل (یا توانایی) غلتیدن در پایین تپه در آینده است. هنگامی که از تپه به پایین حرکت می‌کند​​، انرژی پتانسیل آن به تدریج به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود (انرژی چیزی که به دلیل حرکت دارد.)

الکتریسیته ساکن و الکتریسیته جاری، به ترتیب، مانند انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی هستند. وقتی برق در یک مکان جمع می‌شود، در آینده توانایی انجام کاری را دارد. برق ذخیره شده در باتری نمونه‌ای از انرژی پتانسیل الکتریکی است. می‌توان از انرژی موجود در باتری برای روشن کردن چراغ‌قوه استفاده کرد.

باتری

هنگامی که چراغ‌قوه را روشن می‌کنید، باتری داخل آن شروع به تأمین انرژی الکتریکی لامپ می‌کند و باعث می‌شود نور از آن بتابد. در تمام مدت ساطع شدن نور، انرژی از باتری به لامپ جریان دارد. با گذشت زمان، انرژی ذخیره شده در باتری به تدریج در لامپ به نور (و گرما) تبدیل می‌شود. باتری مانند انرژی پتانسیل الکتریکی را به شکل شیمیایی ذخیره می‌کند.

مدارهای الکتریکی

برای اینکه جریان الکتریکی برقرار شود، باید مدار وجود داشته باشد. مدار یک مسیر یا حلقه بسته است که جریان الکتریکی در آن برقرار است. یک مدار معمولاً با اتصال قطعات الکتریکی به یکدیگر با قطعاتی از سیم ساخته می شود. بنابراین ، در یک چراغ‌قوه، یک مدار ساده با یک سوئیچ (کلید)، یک لامپ و یک باتری ساخته می‌شود که توسط چند قطعه سیم مسی کوتاه به هم متصل شده‌اند. وقتی سوئیچ را روشن می‌کنید، برق در مدار جریان پیدا می‌کند. اگر در هر نقطه از مدار قطعی وجود داشته باشد، برق نمی‌تواند جریان یابد. به عنوان مثال، اگر یکی از سیم‌ها خراب باشد، لامپ روشن نمی‌شود. به همین ترتیب، اگر کلید خاموش باشد، هیچ الکتریسیته‌ای جریان نمی‌یابد. به همین دلیل است که بعضی اوقات سوئیچ را قطع کننده مدار می‌نامند.

برای ساخت مدار همیشه نیازی به سیم نیست. مداری وجود دارد که بین ابر و زمین توسط هوای در بین آن‌ها شکل می‌گیرد. به طور معمول هوا برق را هدایت نمی‌کند. با وجود این، اگر بار کافی الکتریکی در ابر وجود داشته باشد، می‌تواند ذرات بارداری به نام یون ایجاد کند (اتم‌هایی که الکترون‌های خود را از دست داده یا به دست آورده‌اند). یون‌ها مانند یک کابل نامرئی کار می‌کنند که ابر بالا و هوای زیر را به هم پیوند می‌دهد. رعد و برق از طریق هوا در یون‌ها جریان می‌یابد.

الکتریسیته چگونه در مدار می‌چرخد؟

موادی مانند فلز مس که برق را هدایت می‌کنند (اجازه می‌دهند آزادانه جریان برقرار باشد) هادی یا رسانا نامیده می‌شوند. به موادی که اجازه نمی‌دهند برق به راحتی از آن‌ها عبور کند، مانند لاستیک و پلاستیک، عایق نامیده می‌شوند. چه چیزی مس را رسانا و لاستیک را عایق می‌کند؟

تصویر زیر الکترون‌هایی را که در مدار باتری و لامپ جریان دارند نشان می‌دهد.

جریان الکترون

جریان الکتریسیته یک جریان ثابت الکترون است. وقتی الکترون‌ها از یک مکان به مکان دیگر می‌روند، در یک مدار گردش دارند، انرژی الکتریکی را مانند مورچه‌هایی که برگ را حمل می‌کنند و از مکانی به مکان دیگر انتقال می‌دهند. الکترون‌ها به جای حمل برگ، مقدار کمی بار الکتریکی دارند.

هنگامی که ساختار جسمی باعث شود الکترون به راحتی از طریق آن حرکت کند، برق می‌تواند از طریق آن منتقل شود. فلزاتی مانند مس دارای الکترون‌های آزاد هستند که به اتم‌های اصلی آن‌ها اتصال محکمی ندارند. این الکترون‌ها در سراسر ساختار مس آزادانه جریان دارند و این همان چیزی است که جریان الکتریکی را برقرار می‌کند. در لاستیک، الکترون‌ها اتصال محکم‌تری دارند و هیچ الکترون آزادی وجود ندارد؛ در نتیجه، برق از لاستیک عبور نمی‌کند. رساناهایی که اجازه می‌دهند جریان برق آزادانه از آن‌ها عبور ‌کند، رسانایی بالا و مقاومت کمی دارند. عایق‌هایی که اجازه نمی‌دهند جریان الکتریسیته از آن‌ها عبور کند، برعکس هستند و رسانایی کم و مقاومت بالایی دارند.

برای جریان یافتن الکتریسیته، باید چیزی وجود داشته باشد که الکترون‌ها را به سمت جلو سوق دهد که به آن نیروی محرکه الکتریکی (EMF) می‌گویند. باتری یا پریز دارای برق نیروی الکتریکی را ایجاد می‌کند که جریان الکترون را برقرار می‌کند. نیروی الکتریکی بیشتر به عنوان ولتاژ شناخته می‌شود.

جریان مستقیم و جریان متناوب

برق می‌تواند به دو روش مختلف در مدار حرکت کند. در شکل بالایی تصویر زیر، می‌توانید الکترون‌هایی را ببینید که مثل یک ماشین مسابقه‌ای در یک مسیر دور یک حلقه می‌دوند و همیشه در همان جهت حرکت می‌کنند. به این نوع برق، «جریان مستقیم» (DC) گفته می‌شود و بیشتر اسباب‌بازی‌ها و ابزارهای کوچک دارای مدارهایی هستند که از این طریق کار می‌کنند.

همان‌طور که در تصویر زیر می‌بینیم، در مدار جریان مستقیم (DC)، الکترون‌ها همیشه در یک جهت جریان می‌یابند، اما در مدار جریان متناوب (AC)، جهت الکترون‌ها در هر ثانیه چندین بار معکوس می‌شود.

جریان برق

وسایل بزرگتر در خانه از برق دیگری به نام «جریان متناوب» (AC) استفاده می‌کنند. الکترون‌ها به جای اینکه همیشه به یک شکل جریان داشته باشند، جهت خود را معکوس می‌کنند (در هر ثانیه حدود 50 تا 60 بار). اگرچه ممکن است فکر کنید که این امر باعث می‌شود که انرژی نتواند در مدار منتقل شود، اما این‌طور نیست! با جریان مستقیم‌، الکترون‌های جدید از طریق رشته (یک قطعه سیم نازک در داخل لامپ) جریان می‌یابند و باعث گرم شدن و تابش نور می شوند. با جریان متناوب، همان الکترون‌های قدیمی در رشته به عقب و جلو حرکت می‌کنند. می‌توان چنین تصور کرد که آن‌ها درجا می‌دوند و رشته را گرم می‌کنند، بنابراین هنوز نور قابل توجهی را مشاهده می‌کنیم. در نتیجه، هر دو نوع جریان می‌توانند لامپ را روشن کنند. اکثر وسایل برقی دیگر نیز می‌توانند با استفاده از جریان مستقیم یا متناوب کار کنند، اگرچه برخی از مدارها برای کار صحیح نیاز به تغییر جریان مستقیم به جریان متناوب (یا بالعکس) دارند.

الکترومغناطیس

الکتریسیته و مغناطیس با یکدیگر ارتباط تنگاتنگی دارند. شاید آهنرباهای الکتریکی غول‌پیکر را که گورستان‌های خودرو استفاده می‌شوند، دیده باشید. آهنربای الکترومغناطیسی آهنربائی است که با برق روشن و خاموش می‌شود؛ هنگامی که جریان برقرار می‌شود، مانند یک آهنربا کار می‌کند. وقتی جریان متوقف می‌شود، به یک قطعه فولادی عادی و غیرمغناطیسی تبدیل می‌شود. جرثقیل‌های گورستان‌های خودرو با روشن کردن آهنربا، تکه‌های فلزی را برمی‌دارند. برای سقوط فلزات، آن‌ها آهنربا را دوباره خاموش می‌کنند.

آهن‌ربا نشان می‌دهد که برق می‌تواند مغناطیس ایجاد کند، اما چگونه؟ وقتی برق از طریق یک سیم جریان می‌یابد، الگوی مغناطیسی نامرئی در اطراف آن ایجاد می‌شود. اگر یک قطب‌نما را نزدیک کابل برق قرار دهید و برق را خاموش یا روشن کنید، می‌توانید حرکت سوزن یا عقربه را به دلیل اثر مغناطیسی که کابل ایجاد کرده، مشاهده کنید. مغناطیس در اثر تغییر الکتریسیته هنگام روشن یا خاموش کردن جریان ایجاد می‌شود.

موتور الکتریکی بر این اساس کار می‌کند. موتور الکتریکی ماشینی است که برق را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. به عبارت دیگر، توان الکتریکی باعث چرخش موتور می‌شود و موتور می‌تواند ماشین‌آلات مختلف را بچرخاند. در ماشین لباسشویی‌، یک موتور الکتریکی درام را می‌چرخاند. در یک مته برقی، یک موتور الکتریکی باعث می شود تا مته با سرعت بالا بچرخد و به سطحی را که می‌خواهیم سوراخ کند. در ساده‌ترین ساختار، موتور الکتریکی استوانه‌ای است که در لبه آن آهن‌ربا قرار گرفته است. در وسط، یک هسته ساخته شده از سیم آهنی وجود دارد که به دور آن پیچیده شده است. هنگامی که برق به هسته آهنی اعمال شود، اثر مغناطیسی ایجاد می‌کند. مغناطیس ایجاد شده در هسته مغناطیسی موجود در استوانه خارجی را تحت فشار قرار داده و باعث چرخش هسته موتور می‌شود.

تولید برق

همان‌طور که الکتریسیته می‌تواند مغناطیس ایجاد کند، مغناطیس نیز می‌تواند الکتریسیته تولید کند. داخل دینام کمی شبیه موتور الکتریکی است. هنگامی که دوچرخه خود را پدال می‌زنید، گشتاوری که روی چرخ وجود دارد دینام را می‌چرخاند. درون دینام، یک هسته سنگین وجود دارد که با سیم آهنی محکم بسته شده است (دقیقاً مانند داخل موتور). هسته آزادانه در داخل آهن‌ربای ثابت می‌‌چرخد. هنگام رکاب زدن، هسته درون این آهن‌ربای خارجی می‌چرخد ​​و برق تولید می‌کند. برق از دینام خارج می‌شود و لامپ دوچرخه را روشن می‌کند.

ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده در نیروگاه‌ها دقیقاً به همان شیوه کار می‌کنند، فقط در مقیاس بسیار بزرگ‌تر. این ژنراتورهای بزرگ به جای اینکه از پاهای شخصی نیرو بگیرند، با نیروی حاصل از بخار حرکت می‌کند. بخار حاصل از سوزاندن سوخت یا واکنش‌های هسته‌ای است. نیروگاه‌ها می‌توانند مقدار زیادی برق تولید کنند، اما مقدار زیادی از انرژی زیادی را که تولید می‌کنند تلف می‌کنند. این انرژی باید از نیروگاه به خانه‌ها، دفاتر و کارخانه‌هایی که کیلومترها دورتر هستند، منتقل شود. تولید برق در نیروگاه و رساندن آن به یک ساختمان دوردست می‌تواند تا دو سوم انرژی را که در ابتدا در سوخت وجود داشت، هدر دهد!

مشکل دیگر نیروگاه‌ها تولید برق از طریق سوزاندن «سوخت‌های فسیلی» مانند زغال سنگ، گاز یا روغن است. این سوخت‌ها آلودگی ایجاد می‌کنند و به مشکلی معروف به گرم شدن کره زمین منجر می‌شوند. مشکل دیگر سوخت‌های فسیلی این است که منابع محدودی‌اند و در حال اتمام هستند.

توربین بادی

روشهای دیگری نیز برای تولید انرژی وجود دارد که دارای کارایی بیشتر و آلودگی کمتری هستند و در گرم شدن کره زمین تأثیر زیادی ندارند. به این نوع انرژی، انرژی تجدیدپذیر گفته می‌شود، زیرا می‌تواند تا بی‌نهایت دوام داشته باشد. نمونه‌هایی از انرژی های تجدید پذیر شامل توربین‌های بادی و انرژی خورشیدی است. برخلاف نیروگاه‌های بزرگ برق، آن‌ها اغلب روش‌های بسیار کارآمدتری برای تولید برق هستند. از آنجا که می‌توان آن‌ها را نزدیک به محل مصرف برق قرار داد، انرژی کمتری برای انتقال انرژی هدر می‌رود.

برق و الکترونیک

تصویر زیر یک ترانزیستور (یک قطعه الکترونیکی معمولی) روی برد مدار چاپی را نشان می‌دهد. قطعاتی از این دست درست مثل ماشین‌های لباسشویی با برق کار می‌کنند، اما با جریان و ولتاژ بسیار کمتر.

برق و الکترونیک

برق مربوط به جریان‌های نسبتاً زیاد انرژی الکتریکی برای مواردی مانند ماشین لباسشویی یا تأمین برق مته است. الکترونیک نوع متفاوتی از برق است که به کنترل کارها با استفاده از جریان‌های بسیار کم برق مربوط می‌شود. فرض کنید ماشین لباسشویی الکترونیکی دارید. جریان زیاد از برق از پریز برق (منبع تغذیه) برای چرخاندن درام و گرم شدن آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. جریان کمتری از برق اجزای الکترونیکی در واحد برنامه‌ریزی‌شده ماشین لباسشویی به کار می‌رود. این جریان‌های کوچک جریان‌های بزرگ‌تر را کنترل کرده و باعث چرخش درام به جلو و عقب می‌شوند، منبع آب را باز و بسته می‌کنند و غیره.

قدرت برق

قبل از اختراع برق، مردم مجبور بودند در هر کجا و هر زمان که احتیاج داشته باشند انرژی تولید کنند. بنابراین، آن‌ها مجبور بودند آتش چوب یا زغال سنگ درست کنند تا خانه‌هایشان را گرم کنند یا غذا بپزند. اختراع برق همه این‌ها را تغییر داد. این بدان معناست که می‌توان انرژی را در یک مکان تولید کرد و سپس در فواصل طولانی تا هر کجا که لازم بود تأمین کرد. مردم دیگر نگران تولید انرژی برای گرم کردن یا پخت و پز نیستند و تنها کاری که باید انجام دهند این است که برق را روشن کنند.

نکته خوب دیگر در مورد برق این است که مانند یک «زبان» مشترک است که تمام وسایل مدرن می‌توانند از آن استفاده کنند. شما می‌توانید با استفاده از انرژی موجود در بنزین اتومبیل رانندگی کنید یا می‌توانید با استفاده از زغال چوب در باغ خود کبابی بپزید، اما نمی‌توانید ماشین خود را با زغال روشن کنید یا غذا را با بنزین بپزید. اما برق کاملاً متفاوت است. می‌توانید با آن آشپزی کنید، اتومبیل را با آن برانید، خانه خود را با آن گرم کنید و تلفن همراه خود را با آن شارژ کنید. این زیبایی و قدرت برق عالی است: انرژی برای همه، در همه جا و همیشه!

اندازه‌گیری برق

می‌توان برق را به روش‌های مختلف اندازه‌گیری کرد، اما چند سنجه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم. برای اندازه‌گیری ولتاژ، جریان و مقاومت می‌توانید از یک مولتی‌متر دیجیتال مانند تصویر زیر استفاده کنید.

مولتی متر

ولتاژ

ولتاژ نوعی نیروی الکتریکی است که باعث می‌شود الکتریسیته از طریق یک سیم حرکت کند و آن را برحسب ولت اندازه‌گیری می‌کنیم. هرچه ولتاژ بیشتر باشد، جریان بیشتری تمایل به گذر دارد. بنابراین یک باتری اتومبیل 12 ولتی به طور کلی جریان بیشتری از یک باتری چراغ قوه 1٫5 ولتی تولید می‌کند.

جریان

ولتاژ به خودی خود به جایی نمی‌رود و صحبت در مورد گذر ولتاژ از هر چیزی کاملاً اشتباه است. آنچه از سیم در مدار حرکت می‌کند، جریان الکتریکی است: یک جریان ثابت الکترون که برحسب آمپر اندازه‌گیری می‌شود.

توان

ولتاژ و جریان با هم به ما انرژی الکتریکی می‌دهند. هرچه ولتاژ بیشتر و جریان بیشتر باشد، توان الکتریکی بیشتری نیز خواهیم داشت. توان الکتریکی را در واحدهایی به نام وات اندازه‌گیری می‌کنیم. وسیله‌ای که از 1 وات مصرف می‌کند، در هر ثانیه 1 ژول انرژی صرف می‌کند.

توان الکتریکی در مدار برابر با حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان است (به عبارت دیگر: وات = ولت × آمپر). بنابراین اگر یک لامپ 100 واتی دارید و می‌دانید منبع تغذیه شما ۲۳0 ولت است (ولتاژ خانگی رایج در ایران)، جریان باید ۰٫۴ = 100/۲۳0 آمپر باشد.

انرژی

توان اندازه‌گیری میزان انرژی در هر ثانیه است. برای اطلاع از میزان کل انرژی مورد استفاده یک دستگاه الکتریکی، باید توان مصرفی آن در ثانیه را در کل ثانیه‌هایی که برای آن استفاده می‌کنید ضرب کنید. نتیجه‌ای که می‌گیرید برحسب «واحد توان × زمان» اندازه‌گیری می‌شود که اغلب به یک واحد استاندارد به نام کیلووات-ساعت تبدیل می‌شود. اگر از توستر برقی با توان 1000 وات (1 کیلووات) برای یک ساعت کامل استفاده کنید، 1 کیلووات ساعت انرژی مصرف کرده‌اید. می‌توانید از همان مقدار انرژی برای استفاده از توستر 2000 واتی به مدت 0٫5 ساعت یا لامپ 100 واتی برای 10 ساعت بهره‌گیری کنید.

تاریخچه مختصری از الکتریسیته

تاریخچه مختصری از الکتریسیته به شرح زیر است:

  • سال 600 قبل از میلاد: فیلسوف یونانی، تالس (تقریباً 624–546 ق. م.)، الکتریسیته ساکن را کشف کرد.
  • سال 1600 میلادی: دانشمند انگلیسی، ویلیام گیلبرت (1603-1544) اولین کسی بود که از کلمه «برق» (Electricity) استفاده کرد. وی معتقد بود که برق ناشی از مایعی متحرک به نام humor است.
  • سال 1733 میلادی: دانشمند فرانسوی، چارلز دو فای (1639-1698)، دریافت که دو نوع بار الکتریکی ساکن وجود دارد.
  • سال 1752 میلادی: روزنامه‌نگار، دانشمند و دولتمرد آمریکایی، بنجامین فرانکلین (1706–1790)، آزمایش‌های دیگری را انجام داد و دو نوع بار الکتریکی را «مثبت» و «منفی» نامید.
  • سال 1780 میلادی: زیست‌شناس ایتالیایی، لوئیجی گالوانی (1737–1798)، دو قطعه فلز را به پای یک قورباغه مرده وصل کرد و مشاهده کرد که پا تکان می‌خورد. همین امر باعث شد وی به این باور برسد که برق در بدن بدن حیوانات برقرار می‌شود.
  • سال 1785 میلادی: دانشمند فرانسوی، چارلز آگوستین دو کولومب (1736–1806)، اسرار میدان‌های الکتریکی را کشف کرد که نواحی فعال الکتریکی اطراف بارهای الکتریکی است.
  • سال 1800 میلادی: یکی از دوستان گالوانی، یک استاد فیزیک ایتالیایی به نام آلساندرو ولتا (1745–1827)، متوجه شد که «الکتریسیته حیوانات» از فلزاتی که گالوانی استفاده کرده بود ساخته شده است. وی پس از تحقیقات بیشتر، به چگونگی تولید برق با اتصال فلزات مختلف به یکدیگر پی برد و باتری‌هایی را اختراع کرد.
  • سال 1827 میلادی: فیزیکدان آلمانی، گئورگ اهم (1754-1789)، دریافت که برخی از مواد برق را بهتر از بقیه حمل می‌کنند و ایده مقاومت را بیان کرد.
  • سال 1820 میلادی: هانس کریستین اورستد، فیزیکدان دانمارکی، قطب‌نمایی را نزدیک کابل برق قرار داد و کشف کرد که برق می‌تواند مغناطیس ایجاد کند.
  • سال 1821 میلادی: یک فیزیکدان فرانسوی به نام آندره-ماری آمپر (1775–1836) دو کابل برق را به هم نزدیک کرد، آن‌ها را به یک منبع برق متصل کرد و آن‌ها را از هم جدا کرد. او نشان داد که الکتریسیته و مغناطیس می‌توانند برای تولید توان به کار گرفته شوند.
  • سال 1821 میلادی: مایکل فارادی (1791–1867)، شیمیدان و فیزیکدان انگلیسی، اولین موتور الکتریکی ابتدایی را ساخت.
  • دهه 1830 میلادی: فیزیکدان آمریکایی، جوزف هانری (1779–1879)، و مخترع انگلیسی، ویلیام استورجون (1783–1850)، به طور مستقل اولین آهنرباهای الکتریکی و موتورهای الکتریکی را ساختند.
  • سال 1831 میلادی: مایکل فارادی با توجه به اکتشافات قبلی خود، مولد برق را اختراع کرد.
  • سال 1840 میلادی: فیزیکدان اسکاتلندی، جیمز پریسکوت ژول (1818-1818)، ثابت کرد که برق نوعی انرژی است.
  • دهه 1870 میلادی: مهندس بلژیکی، زنوب گرام، (1826–1901) اولین ژنراتورهای الکتریکی در مقیاس بزرگ را ساخت.
  • سال 1873 میلادی: جیمز کلارک ماکسول (1831–1879)، دیگر فیزیکدان بریتانیایی، تئوری مفصلی در مورد الکترومغناطیس (چگونگی تعامل برق و مغناطیس) بیان کرد.
  • سال 1881 میلادی: اولین نیروگاه برق آزمایشی جهان در گودالمینگ انگلیس افتتاح شد.
  • سال 1882 میلادی: توماس ادیسون (1846–1931) اولین نیروگاه‌های برق بزرگ را در ایالات متحده ساخت.
  • دهه 1890 میلادی: کارمند سابق ادیسون، نیکولا تسلا (1856–1943)، برق متناوب (AC) را ارتقا داد و به عنوان رقیبی برای سیستم جریان مستقیم (DC) که توسط ادیسون توسعه یافته بود، مطرح کرد. ادیسون و تسلا برای برتری جنگیدند و اگرچه از ادیسون به عنوان پیشگام برق شناخته می‌شد، اما این سیستم AC تسلا بود که در نهایت پیروز شد.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

دکمه بازگشت به بالا