برق چطور کار می‌کند

برق چیزی است که ما هر روز از آن استفاده می کنیم، از شارژ کردن تلفن همراه تا لذت بردن از حمام آب گرم بعد از باشگاه! با این حال، بسیاری از ما احتمالاً نمی توانیم به این سؤال پاسخ دهیم “الکتریسیته چگونه کار می کند؟” با توجه به این نگرانی، در این مقاله سعی داریم تا درک روشنی از چیستی الکتریسیته به شما ارائه دهیم و در عین حال حقایق جالبی را در مورد این رشته فاش کنیم.

برق یا الکتریسیته چیست

مفهوم الکتریسیته بر اساس حرکت الکترون ها است. در واقع وقتی الکترون ها را مجبور به حرکت در کنار هم می کنید، گرما تولید می شود، در چنین حالتی مفهوم جریان الکتریکی رخ می دهد. در این راستا زمانی که الکتریسیته در یک مکان جمع آوری شود، الکتریسیته ساکن و زمانی که الکتریسیته از مکانی به مکان دیگر منتقل شود، الکتریسیته جاری نامیده می شود. با این توضیح، وقتی از نحوه کار الکتریسیته صحبت می کنیم، اساساً به نتیجه تجمع یا حرکت تعداد معینی الکترون نگاه می کنیم. حالا با یک مثال نحوه کار برق را توضیح می دهیم.

تصور کنید وارد اتاقی شده اید و کلید چراغ را روشن می کنید. دقیقا با این چیکار کردی؟ شما اساساً یک مدار را می بندید تا الکترون ها بتوانند از طریق سیم ها عبور کنند. با اعمال همین منطق، وقتی یک سوئیچ را خاموش می کنید، یک مدار را باز می کنید. در واقع با خاموش کردن سوئیچ از جریان الکترون های اتم مس (در سیم های مس) جلوگیری می کنید. به همین ترتیب، وقتی تلفن خود را شارژ می کنید، تلویزیون را روشن می کنید یا با هر دستگاه دیگری کار می کنید، منطق مشابهی اعمال می شود.

برق از کجا می‌آید

بسیاری از مردم نمی دانند که الکتریسیته در واقع یک منبع انرژی ثانویه است، یعنی شما آن را از سایر منابع انرژی اولیه مانند گاز طبیعی، زغال سنگ، انرژی هسته ای، نفت و غیره دریافت می کنید. قابل قبول است، اما خود برق در هیچ کدام قرار نمی گیرد. از این دو دسته الکتریسیته مفهومی است که در بلوک های ساختمانی به نام اتم قرار دارد، به همین دلیل است که باید نحوه رفتار آن را در نظر بگیرید و مهمتر از همه، رفتار الکترونیکی را درک کنید.

هر اتمی دارای یک هسته است که از پروتون و نوترون تشکیل شده است. در همان زمان، الکترون ها ذرات باردار هستند که به دور هسته در خارج از هسته می چرخند. از آنجایی که پروتون ها دارای بار مثبت و الکترون ها دارای بار منفی هستند، این دو ذره یکدیگر را جذب می کنند. نیروی جاذبه یکسان بین این دو ذره، هر دو بار را برابر نگه می دارد که به نوبه خود تعادل اتم را حفظ می کند.

هنگامی که الکترون ها از مکانی به مکان دیگر حرکت می کنند، یا به طور دقیق تر، در مداری حرکت می کنند، انرژی الکتریکی را مانند مورچه هایی که غذا را حمل می کنند (برای یک الکترون با بار منفی) از مکانی به مکان دیگر حمل می کنند. دیگری را منتقل می کنند.

درک رابطه‌ بین پروتون‌ها و الکترون‌ها

الکترون های یک عنصر را می توان در پوسته های مختلفی در اطراف هسته قرار داد. در این رابطه طبیعی است که الکترون های خارجی ترین لایه نسبت به الکترون های لایه های مجاور جاذبه ضعیف تری برای پروتون ها داشته باشند. بنابراین، الکترون‌هایی که تحت تأثیر جاذبه ضعیف‌تر هسته هستند، می‌توانند مدار را ترک کنند که به نوبه خود به آنها اجازه می‌دهد از یک اتم به اتم دیگر حرکت کنند. جای تعجب نیست که این الکترون های متحرک هستند که الکتریسیته می سازند. اگرچه به زبانی بسیار ساده می توان به این نکته اشاره کرد که الکتریسیته از الکترون تشکیل شده است، اما از نظر فنی، جریان بار الکتریکی است که به عنوان نوعی الکتریسیته، عامل ایجاد جریان الکتریکی محسوب می شود.

هنگامی که الکترون ها از مکانی به مکان دیگر حرکت می کنند، یا به طور دقیق تر، در مداری حرکت می کنند، انرژی الکتریکی را مانند مورچه هایی که غذا را حمل می کنند (برای یک الکترون با بار منفی) از مکانی به مکان دیگر حمل می کنند. دیگری را منتقل می کنند. هنگامی که ساختار یک سیم یا هر وسیله ای حرکت الکترون ها را در آن آسان کند، الکتریسیته می تواند از آن عبور کند. به طور کلی، فلزاتی مانند مس دارای الکترون‌های آزاد هستند که به اتم‌های اصلی خود پیوند محکمی ندارند، بنابراین این الکترون‌ها آزادانه در سراسر ساختار مس جریان دارند. از سوی دیگر، در چیزهایی مانند پلاستیک که نارسانا هستند، الکترون‌ها محکم‌تر به اتم‌های ماده متصل می‌شوند، بنابراین الکتریسیته از پلاستیک عبور نمی‌کند.

سرعت برق

الکتریسیته با سرعت نور حرکت می کند! جالب است بدانید که الکتریسیته با سرعت نور حرکت می کند که در مجموع 670,616,629 مایل در ساعت است. برای درک بهتر این موضوع باید بدانید که 670,616,629 مایل در ساعت معادل 300 میلیون متر در ثانیه است! همانطور که در بخش قبل ذکر شد، همه چیز به الکترون ها و ایجاد جریان الکتریکی بستگی دارد، از جمله توسعه چنین سرعتی برای حرکت الکتریسیته.

رعد و برق و تخلیه‌ الکتریکی

همانطور که احتمالا بارها و بارها شنیده اید، رعد و برق توسط یک جریان الکتریکی عظیم ایجاد می شود. در واقع، اگرچه به نظر می‌رسد که ابرها با آرامش در آسمان حرکت می‌کنند، اما به‌طور فریبنده‌ای فعال هستند. در آب و هوای متغیر، آب و یخ توسط جریان های هوای گرم در جو به بالا رانده می شوند و سپس توسط گرانش به پایین کشیده می شوند. در طی چنین سفری، قطرات آب و یخ در ابرها فشرده می شوند و نه تنها در اطراف آنها بلکه در درون آنها نیز گردش می کنند.

با گذشت زمان، این آب و یخ در داخل ابرها بار الکتریکی ایجاد می کنند و درست مانند زمانی که بادکنکی را به موهای خود می مالید تا الکتریسیته ساکن ایجاد شود، ابرها نیز به همان روش شارژ می شوند. به طور کلی این توزیع بارها در یک روز عادی مشکلی ایجاد نمی کند. با این حال، در یک روز طوفانی، بادهای متلاطم باعث جدا شدن بارهای الکتریکی می شوند. با حرکت ابرهای باران در آسمان، بلورهای یخ در آنها فرو می‌روند، در حالی که قطرات آب بالا می‌آیند. کریستال ها دارای بار منفی هستند، در حالی که قطرات آب دارای بار مثبت هستند. جدا شدن این بارها باعث می شود که ابر قدرت بیشتری پیدا کند و در نهایت وقتی بار الکتریکی به اندازه کافی زیاد شد، به صورت صاعقه به زمین برخورد می کند.

تولید برق با مغز

مغز به خودی خود برق تولید می کند. این بدان معناست که سلول‌های عصبی آن با پالس‌های کوچک الکتریسیته با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند که ناشی از تغییرات در غشای سلول عصبی است و به مولکول‌های باردار اجازه می‌دهد در پاسخ به سیگنال‌های شیمیایی به داخل و خارج سلول جریان پیدا کنند. به عبارت دیگر، مغز برق خود را تولید می کند. به عبارت فنی تر، میزان پردازش مغز به دلیل فعالیت های الکتریکی آن به حدی است که می تواند اطلاعات را از تمام قسمت های بدن با سرعت 240 کیلومتر بر ساعت به مغز منتقل کند. این فعالیت‌های مغزی بیداری می‌توانند الکتریسیته کافی برای روشن کردن یک لامپ کوچک تولید کنند.

الکتریسیته اولین بار در سال ۶۰۰ قبل از میلاد کشف شد

گزارش های زیادی وجود دارد که کشف برق را به سال های مختلف نسبت می دهد. این در حالی است که طبق آخرین تحقیقات، کشف الکتریسیته به 600 سال قبل از میلاد مسیح در یونان باستان باز می گردد. در واقع، برای اولین بار در جهان، این یونانیان بودند که متوجه شدند با مالیدن یک تکه کهربا بر روی چیزی مانند خز یا پارچه، می توانند نوعی الکتریسیته ساکن ایجاد کنند. حتی جالب است بدانید که علاوه بر کشف یونانی ها، اعتقاد بر این است که رومی ها از برق برای ساخت باتری نیز استفاده می کردند. در دهه 1930، باستان شناسان مجموعه ای از گلدان های طراحی شده با ورقه های مسی را کشف کردند که در داخل آن پنهان شده بود. کارشناسان معتقدند رومی ها از این گلدان ها به عنوان منبع انرژی استفاده می کردند!