انرژی الکتریکی چیست؟

[رزیتا]

ميدانيم كه هر ماده از تعداد بسيار اتم تشكيل شده است كه هر اتم نيز از سه قسمت 1-نوترون 2- پروتن 3-الكترون تشكليل شده است تعداد الكترونها با تعداد پروتنها در حالت عادي (خنثي) برابر است الكترون داراي بار منفي و پروتن داراي بار مثبت ميباشند كه الكترونها به دور(( پروتن و نوترون )) (هسته اتم) با سرعت بسيار زيادي ميچرخند در اثر اين چرخش نيروي گريز از مركزي بوجود مي آيد كه مقدار اين نيرو با مقدار نيروي جاذبه بين الكترونها و هسته برابر است پس اين برابري نيرو الكترونها را در حالت تعادل نگه ميدارد و نميگذارد كه از هسته دور شوند .

يك سيم مسي هم داراي تعداد زيادي اتم و در نتيجه الكترون است هر گاه ما بتوانيم توسط يك نيرويي الكترونهاي در حال چرخش به دور هسته را از مدار خود خارج كنيم و در يك جهت معين به حركت در آوريم جريان الكتريكي برقرار ميشود.

پس اين نكته را دريافتيم كه جريان برق چيزي جز حركت الكترونها نيست البته اين حركت بصورت انتقالي انجام ميشود يعني يك اتم تعدادي الكترون به اتم كناري خود ميدهد و اتم كناري نيز به همين ترتيب تعدادي الكترون به اتم بعدي ميدهد و بدين صورت جريان برقرار ميشود. پس هر گاه كه ميگوئيم جريان برق كم يا زياد است يعني تعداد الكترونهايي كه در مسير سيم در حال حركت هستند كم يا زياد است .

نيروهايي كه باعث جدا شدن الكترون از هسته ميشوند:

1- نيروي مغناطيسي خارجي

هرگاه يك سيم را در يك ميدان مغناطيسي حركت دهيم نيروي اين ميدان باعث حركت الكترونهاي سيم ميشود .

2- ضربه

فرض كنيد يك اتوبوس كنار خيابان ايستاده و تمام مسافران آن محكم روي صندليها نشستند بعد يك اتومبيل ديگر با سرعت زياد به جلوي اين اتوبوس برخورد ميكند حال اتوبوس با سرعت به عقب پرتاب ميشود و مسافران كه در آنها اينرسي سكون ذخيره شده تمايل دارند كه به همان حالت سكون باقي بمانند در نتيجه اتوبوس به عقب رفته ولي مسافران در همان نقطه مكاني باقي ميمانند در نتيجه مسافران از صندليهاي خود جدا شده و از شيشه اتوبوس به بيرون پرتاب ميشوند پس اين نيروي ضربه بود كه مسافران را از اتوبوس جدا كرد به همين صورت نيز ضربه ميتواند الكترونها را از مدار خود خارج كند. نمونه اين توليد برق در فندكها.

3- انرژي خورشيدي

انرژي خورشيدي نيز داراي نيرويي است كه قادر است الكترونها را از مدار خود جدا كند.

4-حرارت و ...

ميدانيم كه حرارت باعث ميشود كه جنبش ملكولي اجسام زياد شود در اثر اين جنبش تعداد زيادي ملكول به شدت با هم برخورد ميكنند كه همان نيروي ضربه را بوجود مي آوردند و باعث جدا شدن الكترون از اتم ميشوند .

نكته : يك سيم مانند دالاني ميماند كه در يك دوره زماني مشخص تعداد معيني از افراد ميتوانند از آن عبور كنند يعني براي اينكه در دوره زماني مشخص مثلا در 1 دقيقه افراد بيشتري بتوانند از اين دالان عبور كنند بايد سرعت حركت آنها بيشتر شود در نتيجه در اثر برخورد با هم و با ديواره دالان باعث ايجاد اصطكاك و گرما ميشوند براي سيم نيز چنين اتفاقي مي افتد يعني اگر بخواهيم تعداد الكترونهاي در حال حركت را افزايش دهيم (جريان را افزايش دهيم ) سرعت حركت الكترونها و نيز تعداد الكترونهايي كه همراه با هم از مقطع سيم عبور ميكنند افزايش مي يابد در نتيجه اصطكاك افزايش يافته و توليد گرما ميكند كه اگر جريان بيش از حد مجاز خود از سيم عبور كند گرماي توليد شده باعث ذوب شدن سيم ميشود (سيم ميسوزد).

برداشت كلي از اين قسمت : حركت الكترونها در يك هادي (سيم) را جريان الكتريكي گويند .

تا اينجا معني جريان را فهميديم اما در مورد ولتاژ چه بايد گفت ؟

آيا يك منبع كه ولتاژش بيشتر باشد برق بيشتري توليد ميكند يا منبعي كه جريانش بيشتر باشد ؟

هر گاه يك اتم الكترنهايش را از دست دهد بار منفي آن كم ميشود و اصطلاحاً ميگوئيم بار دار مثبت شده است ميدانيم كه بين بار مثبت و منفي نيروي جاذبه وجود دارد و نيروي جاذبه يك عدد الكترون با نيروي جاذبه يك عدد پروتن برابر است به همين جهت است كه در اتم هر پروتن براي خود يك الكترون اختيار ميكند تا اينكه بار الكتريكي اتم خنثي شود در حالت عادي تمام اتمهاي يك سيم از نظر بار الكتريكي خنثي هستند وقتي ما توسط نيروي خارجي الكترونهاي اتمهاي سيم را جدا ميكنيم و آنها را به يك سمت هدايت ميكنيم آن طرف سيم كه الكترونها به آنجا هدايت شده اند داراي زيادي الكترون است پس بارش منفي ميشود و طرف ديگر كه كمبود الكترون دارد بارش مثبت ميشود در نتيجه بين دوسر سيم يك اختلاف بوجود مي آيد اين اختلاف بصورت انرژي پتانسيل در دو سر سيم ذخيره ميشود تا زمانيكه راهي براي خنثي شدنش پيدا كند پس در اين حالت هيچ گونه جرياني در سيم و جود ندارد و فقط يك انرژي پتانسيل دو سر سيم ذخيره شده است كه به اين نيروي پتانسيل ولتاژ الكتريكي گوييم حال چنانچه نيروي خارجي را قطع كنيم الكترونها به سرعت به جاي قبلي خود برميگردند و در يك لحظه چريان برقرار ميشود پس متوجه شديم تا زمانيكه نيروي خارجي وجود دارد نميگذارد كه الكترونها از مسير همان سيم به جاي خود برگردند پس بايد راه ديگري پيدا كنند براي همين اگر توسط يك سيم ديگر كه ميدان خارجي آن را تحت تاثير خود قرار نداده باشد دو سر سيم قبلي را به هم وصل كنيم الكترونها راهي براي حركت به سمت مكان كمبود الكترون پيدا ميكنند در نتيجه جريان در سيم برقرار ميشود .

پس نتيجه گرفتيم كه در يك مدار الكتريكي كار اصلي را جريان انجام ميدهد و ولتاژ فقط يك نيروي ذخيره شده است كه باعث به حركت در آوردن الكترونها ميشود .

حال براي اينكه بهتر متوجه شويد كه ولتاژ چگونه باعث به حركت در آوردن الكترونها (برقراري جريان ) ميشود يك مثال ميزنيم .

فرض كنيد دو ليوان داريم كه يكي پر و ديگري نصفه است ليوانها را در كنار هم قرار ميدهيم ميدانيم كه بين اين دوليوان اختلاف مقدار آب وجود دارد همانگونه كه بين دو سر سيم اختلاف مقدار الكترون وجود داشت اگر اين ليوانها چندين ساعت هم در كنار هم قرار بگيرند هيچ اتفاقي نمي افتد اما چنانچه توسط يك لوله ته دو ليوان را به هم وصل كنيم آب از طرف ليوان پر تر به سمت ليوان نصفه حركت ميكند تا زمانيكه سطح آب درون دو ليوان به يك اندازه شود . پس در اينجا اختلاف آب است كه باعث حركت ميشود و در آنجا اختلاف الكترون (اختلاف پتانسيل) كه اين اختلاف پتانسيل خود داراي مقدار است كه به آن مقدار ولتاژ ميگوئيم .