برق تعداد بسيار زيادي ازذره هاي ريز به نام الکترون است.الکترون بخشي از اتم هاست.در همه ي مواد برق هست؛چون همه ي مواد از اتم ساخته شده اند. اما تا زماني که عاملي الکترون ها را از اتم هايشان دور نکند،هيچ يک از خاصيت هاي برق را در جسم نمي يابيد.
مالش سبب حرکت الکترون ها مي شود.وقتي لباس نايلوني به بدن شما ماليده مي شود،الکترون ها را از اتم هاي بدن شما جدا مي کند.اتم ها سعي مي کنند دوباره الکترون ها را به دست آورند؛در نتيجه لباس به تن شما مي چسبد.زماني که بادکنک را به آستين خود مي ماليد هم همين اتفاق مي افتد.
باتري سبب حرکت الکترون ها مي شود.باتري مي تواند الکترون ها را در سيم هايي ساخته شده از مس يا ساير فلزات به طرف جلو هل دهد.فلزاتي نظير مس که الکترون ها مي توانند در آن حرکت کنند،رسانا نام دارند.الکترون هاي کوچک به زور ميان اتم هاي سيم جا مي شوند.
برق در هر جاي زندگي ما نقش مهمي را بازي مي کند. به کمک برق خانه هاي ما روشن مي شود،
غذاي ما پخته مي شود ، کامپيوتر ، تلويزيون و ساير وسايل برقي ما به کار مي افتد . برق باتري باعث حرکت ماشين و روشن شدن چراغ قوه مي شود.
حال در اينجا از طريق آزمايشي مي توانيد به اهميت برق پي ببريد. از مدرسه ، خانه يا آپارتمان خود شروع به پياده روي کنيد و کليه وسايل و لوازم خانگي و ماشينهايي را که با برق کار مي کنند را يادداشت کنيد، سپس متعجب خواهيد شد که تعداد زيادي از وسايل روزمرة ما بستگي به برق دارند.
اما برق يا الکتريسيته چيست ؟ از کجا مي آيد ؟ چگونه کار مي کند ؟ قبل از اينکه همة اينها را بفهميم بايد اطلاعات کمي درباره اتمها و ساختمانشان داشته باشيم. کلية مواد از اتمها ساخته شده و اتمها نيز از ذرات کوچکتر تشکيل شده اند. سه ذره اصلي سازنده اتم عبارتند از پروتون ، نوترون و الکترون.
همانگونه که ماه به دور زمين مي چرخد ، الکترونها نيز به دور مرکز يا هستة اتم مي چرخند. هسته، مجموعه اي از نوترونها و پروتونها مي باشد.
الکترونها داراي بار منفي و پروتونها داراي بار مثبت هستند. نوترون ها خنثي مي باشند، به عبارت ديگر نه داراي بار مثبت و نه منفي هستند.
در طبيعت اتمهاي مختلفي وجود دارد به گونه اي که هر نوع عنصر داراي اتم خاص خودش است. يک اتم سازندة يک عنصر است. 118 عنصر مختلف شناخته شده وجود دارد. بعضي از عناصر، مثل اکسيژني که تنفس مي کنيم، براي زندگي ضروري هستند.
هر اتم از تعداد مشخصي الکترون ، پروتون و نوترون تشکيل شده است. اما تعداد ذرات يک اتم اهميتي ندارد. معمولاًٌ تعداد الکترونها بايد برابر تعداد پروتونها باشد. اگر تعداد آنها برابر باشد، اتم را خنثي مي نامند که در اين حالت اتم بسيار پايدار است.
بنابراين اگر اتمي داراي 6 پروتون باشد ، تعداد الکترونهاي آن نيز بايد 6 عدد باشد. عنصري که داراي 6 الکترون و 6 پروتون است کربن ناميده مي شود. کربن به مقدار فراواني در خورشيد ، ستارگان ، ستاره هاي دنباله دار ، جو اکثر سيارات و در غذايي که مي خوريم وجود دارد. زغال سنگ از کربن ساخته شده است ، و الماسها نيز همينطور . بعضي از انواع اتمها داراي الکترونهايي هستند که به خوبي به هم متصل نشده اند. اتمي که الکترون از دست مي دهد، پروتونهايش بيش از الکترون بوده و داراي بار مثبت است. اتمي که الکترون مي گيرد داراي ذرات منفي بيشتري بوده و بار منفي دارد.
يک اتم باردار را يون مي نامند.
الکترونها را مي توان از يک اتم به اتم ديگري حرکت داد. هنگامي که اين الکترونها بين اتمها حرکت مي کنند، برق يا جريان الکتريکي توليد مي شود. حرکت الکترونها از يک اتم به اتم ديگر جريان ناميده مي شود. در اين حالت يک اتم، الکترون گرفته و ديگري الکترون از دست مي دهد.
اين زنجيره مشابه گروههاي آتش نشاني در زمانهاي قديم است که به کمک سطل آتش را خاموش مي کردند. اما به جاي اينکه سطلي را از نقطة شروع به نقطة پايان برسانند ، هر شخصي مي بايست سطلي از آب براي پرکردن از سطلي به سطل ديگر داشته باشد. بدين ترتيب مقدار زيادي آب از سطل بيرون مي ريخت و آب کافي براي ريختن روي آتش وجود نداشت . عبور برق از يک سيم يا يک مدار مشابهت زيادي با آنچه که در بالا گفته شد دارد. هنگام عبور برق از سيم ، بار از يک اتم به اتم ديگر عبور مي کند.
دانشمندان و مهندسان راههاي زيادي را براي حرکت دادن الکترونها به خارج از اتمها يافته اند. به عبارت ديگر با اضافه نمودن الکترونها و پروتونها، به جاي اينکه حالت خنثي برقرار شود، شما يک پروتون اضافي خواهيد داشت.
از آنجايي که کليه اتمها مي خواهند خنثي باشند ، اتمي که خنثي نيست به دنبال الکترون آزادي جهت پر نمودن محل الکترون از دست رفته مي گردد. اين اتم غير خنثي داراي بار مثبت (+) است، زيرا داراي پروتونهاي خيلي زيادي مي باشد.
الکترون آزاد در اطراف اتم غير خنثي منتظر مانده تا مکاني براي آن پيدا شود. الکترون آزاد داراي بار منفي است و هيچ گونه پروتوني براي خنثي سازي آن وجود ندارد . بنابراين مي گوييم که اين الکترون داراي بار منفي (-) است.
حال بارهاي مثبت و منفي چه رابطه اي با الکتريسيته دارند؟
دانشمندان و مهندسان چندين روش را براي ايجاد تعداد زيادي اتم مثبت و الکترون آزاد منفي يافته اند. از آنجايي که اتمهاي مثبت جهت خنثي شدن به دنبال الکترونهاي منفي بوده ، از اين رو آنها قابليت جذب زيادي به اتمهاي مثبت دارند. بدين ترتيب اتم مثبت ، الکترون منفي را جذب کرده و خنثي
مي شود. هر قدر که تعداد اتمهاي مثبت يا الکترونهاي منفي بيشتر باشد، قدرت جذب ديگري بيشتر خواهد بود. از آنجايي که هر دو گروه مثبت و منفي يکديگررا جذب مي کنند ، جذب کلي را « بار» مي نامند.
زمانيکه الکترونها در بين اتمهاي ماده حرکت مي کنند، جريان برق توليد مي شود. اين پديده اي است که در يک قطعه سيم اتفاق مي افتد. الکترونها از يک اتم به اتم ديگر عبور کرده و جريان برق را از يک طرف به طرف ديگر برقرار مي کنند ، درست مثل آنچه که در حرکت تصاوير يک فيلم اتفاق مي افتد.
معمولاً قابليت هدايت جريان برق در هر يک از اشياء متفاوت است. مقاومت هر شئ، ميزان قابليت هدايت جريان برق را نشان ميدهد. بعضي از اشياء داراي الکترونهاي خيلي پيوسته به هم بوده و برق از آنها به راحتي عبور نمي کند. به اين نوع اشياء عايق مي گويند . لاستيک ، پلاستيک ، شيشه و هواي خشک داراي مقاومت بالايي بوده و عايق هاي خوبي هستند.
ساير مواد داراي الکترونهاي ناپيوسته بوده و برق به آساني از ميان آنها عبور مي کند. به اين دسته از مواد هادي مي گويند . اکثر فلزات از قبيل مس ، آلومينيوم يا فولاد ، هادي هاي خوبي هستند.
کلمة «الکتريسيته يا برق » از کجا آمده است ؟
الکترونها ، الکتريسيته ، الکترونيک و ساير کلماتي که با «الکتر» شروع مي شود همگي ريشه در يک کلمه ي يوناني به نام «elektor» به «معني خورشيد درخشان» دارد. در يوناني «elektron» به معني کهرباست .
کهربا يک سنگ قهوه اي مايل به طلايي بسيار زيبايي است که در زير نور خورشيد به رنگ نارنجي و زرد مي درخشد. در واقع کهربا شيرة درخت فسيل شده اي است که در فيلم پارک ژوراسيک نيز از آن استفاده گرديد. ميليون ها سال قبل حشرات به شيرة اين درخت چسبيدند. حشرات کوچکي که دايناسورها را نيش زده بودند داراي خوني در بدنشان بودند که اکنون در کهربا قرار داشت.
يونانيان قديم متوجه شدند که خواص کهربا خيلي عجيب است. به عنوان مثال وقتي کهربا به خز يا ساير اشياء ماليده مي شد ،قادر بود پر را جذب کند. آنها عامل ايجاد اين پديده را نمي دانستند. اما يکي از اولين مثالهاي الکتريسيته ي ساکن را يونانيان کشف کرده بودند .
کلمه لاتين «electricus» به معني «توليد شده از کهربا توسط اصطکاک» مي باشد. بنابراين کلمه ي انگليسي الکتريسيته از کلمات يوناني و لاتيني که در مورد کهربا بوده ، گرفته شده است.
الكتريسيته و خواص آن از دير باز مورد توجه انسان بوده است . از زماني كه رعد و برق در آسمان ديده شد و از لحظه اي كه تا لس از خا صيت كهربا نام برد تا آواخر قرن نوزدهم هميشه معماي الكتريسيته در ميان كاوشگران وجود داشته است.
استفاد ه از انرژي الكتريسيته امروزه بيش از ساير انرژي ها مورد استفاده قرار مي گيرد. بطوريكه بدون اين انرژي استفاده از لوازم خانگي ، وسايل رو شنايي ، و دستگاههاي مدرن امروزي غير ممكن است .
اگر چه كاربرد و استفاده انرژي الكتريسيته در زمانهاي اخير مورد استفاده قرار گرفته است ، ولي در حدود 2000 سال قبل توسط يونا نيها كشف شده بود . آنها پي بردند كه وقتي ماده اي به نام كهربا به ماد ه ديگري مالش داده شود با نيروي عجيبي بادار مي شود . چنين كهر باي بارداري اجسامي مانند برگ خشك و برداه هاي چوب را جذب مي كند .(واژه ء الكتريسيته از كلمه يوناني الكترون به نام كهر با گر فته شده است .)
راههاي ايجاد انرژي الكتريسيته؟
1- اصطكاك يا مالش
2- تماس
3- القاء
(بحث درباره راههاي ايجاد انرژي الكتريسيته خارج از اين مبحث مي باشد.)
استفاده از انرژي الكتريسيته:
انرژي الكتريسيته به عنوان يك منبع انرژي كه به سادگي به نيرو و روشنايي تبديل مي شود شناخته مي شود.
از انرژي الكتريكي از چهار اثر يا خا صيت اصلي الكتريسيته نشات مي گيرد.
1- اثر حرارتي: مانند تستر(نان برشته كن ) ، اتو و اجاقهاي برقي كه در مراحل توليد و انتقال و توزيغ برق در هاديها و دستگاهها ايجاد مي شود يك انرژي تلف شده محسوب مي گردد.
2- اثر روشنايي: وقتي فيلامان يك لامپ گرم مي شود يا يك قوس الكتريكي توليد مي گردد نور ايجاد مي شود مانند لامپهاي رشته اي و بخار سديم.
3-اثر شيميايي: جريان الكتريكي را مي تواند ملكولهاي شيميايي معيني را به اتمهاي آنها را بشكند. براي مثال آب طي فرآيندي به نام تجزيه شيمياي ( الكتروليز) به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي شود. الكتروليز در صنعت براي آب فلز كاري و ساخت آلومينيوم استفاده مي شود.
4- اثر مغناطيسي: ميدان مغناطيسي يا آهنربايي اطراف يك سيم حامل جريان را مي توان با پيچيدن سيم به شكل سيم پيچ (بوبين) به دور يك هسته از مواد مغناطيسي افزايش داد. اين اثر در ژنراتور ها يا مولدهاي نيرو و ترانسفور ماتورها استفاده مي شود.
توليد انرژي الكتريكي:
وقتي كه سيمي درون يك ميدان مغناطيسي حركت مي كند يك با ر الكتريكي د ر سيم القاء مي شود . بنابراين براي توليد الكتريسيته جاري تعدادي مغناطيس الكتريكي بروي آرميچري پيچيده شده و داخل يك استاتور كه خود داراي سيم پيچ بسياري است مي چرخد. آرميچر به يك توربين متصل است وقتي كه آب ، باد يا بخار آب به پرهاي توربين برخورد مي كند باعث چرخيدن آن و توليد انرژي الكتريكي مي شود.
منابع ديگر توليد انرژي الكتريكي:
از ديگر منابع توليد انرژي الكتريكي مي توان انرژي خورشيدي ، بادي ، گرمايش زمين ، موتورهاي ديزلي ، پيل شيميايي و ....را نام برد.
انرژي خورشيدي: يك سلول فتو ولتيك از جنس سليكن يا سلول خورشيدي كه مستقيما الكتريسيته را از نور خورشيد تبديل مي كند.
انرژي گرمايشي زمين (ژئو ترمال): استفاده از گرماي دروني حفرهاي زمين براي بخار كردن آب و چرخاندن پرههاي توربين تو ليد انرژي الكتريسيته.
اگرچه که الکتريسته به عنوان نتيجه واکنش شيميايي اي که در يک پيل الکتروليک از زماني که الساندرو ولتا در سال1800م اين آزمايش را انجام داد، شناخته مي شده است، اما توليد آن به اين روش گران بوده و هست. در سال 1831م، ميشل فارادي ماشيني ابداع کرد که از حرکت چرخشي توليد الکتريسته مي کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشيد تا اين فن آوري از نظر اقتصادي مقرون به صرفه شود. در سال 1878م، توماس اديسون جايگزين عملي تجاري اي را براي روشنايي هاي گازي و سيستم هاي حرارتي ايجاد کرد و به فروش رساند که از الکتريسته جريان مستقيمي استفاده مي کرد که بطور منطقه اي توليد و توزيع شده بود، استفاده مي کرد. در سيستم جريان مستقيم اديسون، ايستگاه هاي توليد توان اضافي مي بايست نصب مي شدند. بدليل اينکه اديسون قادر نبود سيستمي را توليد کند که به ژنراتورهاي چندگانه اجازه بدهد که به يکديگر متصل شوند، گسترش سيستم او نياز داشت که تمامي ايستگاه هاي توليد جديد مورد نياز ساخته شوند.
نياز به نيروگاه هاي اضافي ابتدا توسط قانون اهم بيان شده است: بدليل اينکه تلفات با مربع جريان يا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل هاي طولاني در سيستم اديسون به مفهوم داشتن ولتاژهاي خطرناک در برخي نقاط يا کابل هاي بزرگ و گران قيمت و يا هر دوي اينها بود.
نيکولا تسلا که مدت کوتاهي براي اديسون کار مي کرد و تئوري الکتريسته را بگونه اي درک کرده بود که اديسون درک نکرده بود، سيستم جايگزيني را ابداع کرد که از جريان متناوب استفاده مي کرد. تسلا بيان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جريان را نصف مي کند و منجر به کاهش تلفات به ميزان 4/3 مي شود و تنها يک سيستم جريان متناوب اجازه انتقال بين سطوح ولتاژ را در قسمت هاي مختلف آن سيستم ممکن مي سازد. او به توسعه و تکميل تئوري کلي سيستم اش ادامه داد و جايگزين تئوري و عملي اي را براي تمامي ابزارهاي جريان مستقيم آن زمان ابداع کرد و ايده هاي بديعش را در سال 1887م در 30 حق انحصاري اختراع به ثبت رساند.
در سال 1888م کار تسلا مورد توجه جرج وستينگهاوس که حق انحصاري اختراع يک ترانسفورماتور را در اختيار داشت و يک کارخانه روشنايي را از سال 1886م در گريت بارينگتون، ماساچوست راه اندازي کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سيستم وستينگهاوس مي توانست از روشنايي هاي اديسون استفاده کند و داراي گرم کننده نيز بود، اما اين سيستم داراي موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستينگهاوس يک سيستم قدرت براي يک معدن طلا در تلوريد، کلورادو در سال 1891 ساخت که داراي يک ژنراتور آبي 100 اسب بخار(75 کيلو وات) بود که يک موتور 100 اسب بخار (75 کيلو وات) را در آنسوي خط انتقالي به فاصله 5/2 مايل (4 کيلومتر) تغذيه مي کرد. سپس در يک قرارداد با جنرال الکتريک که اديسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستينگهاوس اقدام به ساخت يک نيرگاه در نياگارا فالس کرد که داراي سه ژنراتور تسلاي 5000 اسب بخار بود که الکتريسته را به يک کوره ذوب آلومينيوم در نياگارا ، نيويورک و به شهر بوفالو، نيويورک به فاصله 22 مايل (35 کيلومتر) انتقال مي داد. نيروگاه نياگارا در 20 آوريل 1895م شروع به کار کرد.
انرژي الکتريکي در حال حاضر
امروزه سيستم انرژي الکتريکي جريان متناوب تسلا کماکان مهمترين ابزار ارايه انرژي الکتريکي به مصرف کنندگان در سراسر جهان است. با وجود جريان مستقيم ولتاژ بالا (HVDC) براي ارسال مقادير عظيم الکتريسته در طول فواصل بلند بکار مي رود، اما قسمت اعظم توليد الکتريسته، انتقال توان الکتريکي، توزيع الکتريسته و داد و ستد الکتريسته با استفاده از جريان متناوب محقق مي شود.
در بسياري از کشورها شرکت هاي توان الکتريکي کليه زيرساخت ها را از نيروگاه ها تا زيرساخت هاي انتقال و توزيع در اختيار دارند. به همين علت، توان الکتريکي به عنوان يک حق انحصاري طبيعي در نظر گرفته مي شود. صنعت عموماْ به شدت با کنترل قيمت ها کنترل مي شود و معمولا مالکيت و عملکرد آن در دست دولت است. در برخي کشورها بازارهاي الکتريسته وسيع با توليد کننده ها و فروشندگان الکتريسته، الکتريسته را مانند پول نقد و سهام معامله مي کنند.
اختراع برق، 20 درصد از خواب مردم جهان را كاسته است
به گفته پزشكان، اختراع برق و روشنايي، باعث كاهش خواب مردم در سطح جهان نسبت به قرن گذشته بوده و اين در حالي است كه خواب يكي از اساسي ترين نيازهاي بشر است و پزشكان نسبت به غذا نخوردن و تماشا نكردن تلويزيون قبل از خواب، براي ايجاد خواب راحت توصيه كردند.
به گزارش سلامت نيوزو به نقل از پايگاه خبري شين هوآ، نتايج تحقيقات انجام شد پژوهشگران دانشگاه كلمبيا نشان مي دهد، اين امر پس از اختراع برق و ورود روشنايي در شب به منازل رخ داده است.
بنابر اين گزارش، به گفته پزشكان كم خوابي علاوه بر ايجاد خستگي و اختلالات روحي رواني در افراد مي شود بلكه يافته هاي جديد نشان مي دهد خطر بروز چاقي در افراد در شبانه روز كمتر از چهار ساعت مي خوابند، 73 درصد بيشتر است.
يادآور مي شود، خوابيدن يكي از نيازهاي ضروري بدن انسان براي داشتن سلامت است و پرهيز از غذاخوردن بعد از ساعت هشت شب و تماشا نكردن تلويزيون در هنگام خواب در دستورالعمل ها تاكيد شده است.
چند جمله جالب و معني دار از اديسون :
1- با يک نياز شروع کنيد:
"من هرگز چيزي را قبل از اينکه فکر کنم چه فايده هايي مي‌تواند براي مردم داشته باشد اختراع نکردم. فکر کردم جهان چه چيزي نياز دارد و سپس به اختراع پرداختم"
2- گول نخوريد:
"مشغول بودن هميشه به معني مفيد بودن نيست، کار واقعي وقتي مشخص مي‌شود که نتيجه‌ي خوبي بدهد و براي گرفتن نتيجه خوب چيز هايي از قبيل برنامه ريزي، هماهنگي، ذکاوت، شجاعت و… لازم است. با تظاهر کردن چيزي درست نمي‌شود."
3- سخت کوش و صبور باشيد:
"صبر و شکيبايي کليد موفقيت است فقط بايد به آن ايمان داشته باشيد."
4- تلاش يک الزام است:
"نبوغ يک درصد ذاتي و نود و نه درصد به دست آوردني است.
"5- شکست شما را به موفقيت نزديک‌تر مي‌کند:
"من شکست نخوردم بلکه ده هزار راه اشتباه را پيدا کردم.
"6- ما توانايي انجام کار هاي فوق العاده را داريم:
"اگر ما به اندازه‌ي توانمان تلاش کرده بوديم الان خيلي خيلي شگفت زده تر بوديم.
"7- گاهي شکست شروع موفقيت است:
"فقط چون چيزي کاري که شما ازش مي‌خواهيد را انجام نمي‌دهد به اين معني نيست که به درد نخور است.
"8- زود تسليم نشويد:
"مهم‌ترين نقطه ضعف ما زود تسليم شدن است، معمول ترين راه موفقيت فقط يک بار ديگر امتحان کردن است.
"9- از کاري که مي‌کنيد لذت ببريد:
"من حتي يک روز هم در زندگي‌ام کار نکردم، آنها همه اش تفريح بود.
"10- خلاق باشيد:
"براي داشتن يک ايده‌ي ناب کلي ايده داشته باش."
11- وسواس نداشته باشيد:
"براي اختراع کردن يک قوه‌ي تصور قوي نياز داريد و مقداري خرت و پرت!"