الکتریسیته ( برق ) به زبان ساده

1666
1
اشتراک گذاری :

الکتریسیته یا برق ، یکی از مهم ترین منابع مصرفی ما انسان هاست که امروزه شدیداً به آن وابسته می باشیم. حتی همین الان هم که در حال خواندن این مطلب هستید ، باید مدیون الکتریسیته باشید زیرا اگر برق نبود نمی توانستیم لوازم برقی همچون سخت افزارهای کامپیوتری را داشته باشیم.

الکتریسیته چیست؟

طبق اسناد ویکی پدیا ، الکتریسیته تا سال ۱۶۰۰ به مدت چند هزار سال تنها به عنوان یک کنجکاوی ذهنی قلمداد می‌شد، تا اینکه ویلیام گیلبرت، دانشمند انگلیسی، مطالعات دقیقی پیرامون الکتریسیته و مغناطیس انجام داد. او تأثیر سنگ آهنربا را به وسیله مالش کهربا شناسایی کرد. او واژه electricus را به خاصیت جذب اجسام کوچک، پس از مالش، نسبت داد. پس از این رویداد، واژه الکتریسیته و الکتریکی برای اولین بار در کتاب سیودودکسیا اپیدمیکا، نوشته توماس براون چاپ شد.

بعد ها دانشمندان زیادی پیرامون این پدیده تحقیق و بررسی هایی به عمل آوردند تا اینکه در قرن 19 میلادی این مبحث در مسیری کاربردی تر و با اطلاعات بیشتر در زندگی مردم به کار گرفته شد اما بگذارید کمی اطلاعات پیش نیاز این موضوع را مورد بررسی قرار دهیم.

اتم

طبق نظریه ی نیلز بور ، اتم از هسته و الکترون تشکیل شده است. الکترون با بار منفی در مداری بدور هسته ی مرکزی حرکت می کند ، همانطور که زمین یا دیگر سیارات بدور خوردشید حرکت می کنند. هسته که بیشترین جرم اتم را تشکیل می دهد از پروتن که بارمثبت و خلاف الکترون را دارد پدید آمده است. درحالت عادی تعداد الکترون های دور یک اتم با میزان جرم و ذرات پروتن درون هسته در یک توازن به سر میبرند و به این حالت از اتم حالت خنثی گفته می شود. با توجه به اطلاعات پایه ای که امروزه از آن یاد می شود ، اتم تمایل به حفظ حالت خود بصورت خنثی دارد در نتیجه زمانی که یک الکترون از مدار هسته ی خود جدا می شود ، توازن اتم از بین خواهد رفت و در اولین فرصت ساختار اتم منتظر جایگزین کردن الکترون از دست رفته ی خود می باشد و همین نکته عامل الکتریسیته و انقلابی است که در دنیا به پا شده.

 

در نظر داشته باشید که یک تکه ماده ی جامد از اتم های خنثی تشکیل شده ، حالا اگر در قسمتی از ماده ی مورد نظر الکترون های اتم آن را کم کنیم ، توازن برخی اتم های ماده را از بین برده و اتم هایی با الکترون کمتر که به اصطلاح یون مثبت گفته می شوند برای جایگزینی جای خالی الکترون خود به دنبال الکترون های اتم های خنثی مجاور هستند اما این رقابت بر سر تصاحب الکترون همیشه ساده نیست.

جریان الکتریکی و مواد هادی

هرچند مدل اتمی بور از معروفترین و کاربردی ترین مدل ها برای شرح ساختار اتم است اما مدل اتمی لایه ای به شرح کامل و بهتری از ساختار یک اتم خواهد پرداخت. طبق این مدل ،  الکترون های دور هر اتم براساس فاصله ای که از هسته ی مرکزی دارند و میزان انرژی خود به چند لایه تقسیم خواهند شد. الکترون هایی که در لایه ی آخر قرار دارند بواقع فاصله ی بیشتری با هسته خواهند داشت ، در نتیجه انرژی گرانشی هسته بر الکترون کمتر است و الکترون لایه ی آخر راحت تر می تواند از مدار هسته ی خود جدا شود. در موادی با ساختار خاص که از آنها تحت عنوان مواد هادی یا هدایت کننده یاد می شود ، الکترون ها به شکلی دور هسته ی اتم خود دسته بندی شده اند که الکترون لایه ی آخر بسادگی می تواند تنها با یک نیروی گرانش ساده یا خارجی از اتم خود جدا شود. در چنین موادی همچون فلز یا آلومینیوم اگر اختلاف پتانسیل ایجاد کنیم می توان یک صفی از حرکت الکترون های آزاد یا لایه ی آخر ماده را به راه انداخت.

جریان الکتریسیته

یک لوله ی آلومینیومی را تصور کنید. ما به انتهای لوله یک فلزی می چسبانیم که اتم های آن از کمبود الکترون رنج می برند و در ابتدای لوله ی مورد نظر فلزی می چسبانیم که اتم های آن دارای الکترون زیادی هستند. بلافاصله بعد از اتصال این دو جسم فلزی به انتها و ابتدای لوله ، هسته ی اتم های جسم فلزی که الکترون کم دارند انرژی گرانشی بیشتری در اطراف خود ایجاد می کنند زیرا الکترون کمتری در دور آنهاست و توازن بین بار منفی الکترون و بار مثبت هسته شکسته شده در نتیجه اتم های دارای کمبود اکترون که یون مثبت نام دارند بر الکترون های لایه ی آخر اتم های انتهایی لوله نیروی گرانشی وارد کرده و باتوجه به رسانا بودن این اتم ها براحتی الکترون این اتم ها به مدار خالی الکترون های غایب در جسم فلزی وارد می شوند. با این اتفاق درواقع کمبود الکترون یک قدم وارد لوله شده و حالا نوبت به اتم های انتهایی آلومینیوم است که اگر یادتان باشد بتازگی الکترون های لایه ی آخر خود را در اثر نیروی گرانش هسته ی یون های مثبت جسم فلزی از دست داده اند. حالا این اتم ها هم می خواهند به توازن و حالت خنثی برسند ، پس آنها از اتم های کنار خود الکترون لایه آخر را تصاحب کرده و باز این حالت یون مثبت یک گام جلوتر می رود.

اگر اول پاراگراف را یادتان باشد ، گفته بودیم در سر لوله ما جسم فلزی را خواهیم گذاشت که الکترون بیشتر از حالت توازن دارد ، پس زمانی که این حالت یون مثبت تا انتهای لوله پیش برود به اتم های جسم فلزی می رسد که از الکترون زیادی بهره مند می باشند در نتیجه الکترون های لایه ی آخر و اضافه ی این اتم ها به آخرین یون های مثبت آلومینیوم انتقال یافته و کل جسم آلومینیومی و دو جسم فلزی به حالت خنثی خواهند رسید. در این میان ما در مدت زمانی شاهد حرکت حرکت زنجیر وار و پشت سرهم الکترون ها از ابتدا به انتهای لوله و همینطور حرکت یون های مثبت از انتها به ابتدای لوله بوده ایم.

اگر کمی بیشتر به این حرکت بی اندیشید متوجه خواهید شد که در واقع جسم فلزی انتهای لوله از جسم فلزی ابتدای لوله که دارای الکترون زیادی بود الکترون گرفته تا به حالت خنثی برسد. لوله ی آلومینیومی از ابتدا در حالت خنثی به سر می برد و در این میان تنها نقش یک واسط را بازی کرد. بطور کلی جریان الکتریکی به همین موضوع گفته می شود و هرچه تعداد اتم های یون مثبت و منفی ( دارای الکترون اضافی ) را در ابتدا و انتهای جسم رسانا بیشتر کنیم ، جریان بیشتر و قوی تری از الکترون را در سیستم خود خواهیم داشت. این اختلاف الکترون در دو سر جسم رسانا یا واسط را اختلاف پتانسیل گفته و حرکت یون های مثبت از سر مثبت به سر منفی را جریان الکتریکی یا جریان الكتریسیته می گویند.

الكتریسیته در بعضی مواد بهتر از مواد دیگر منتقل می شوند. مقاومت یك ماده نشان می دهد كه چقدر رسانای خوب جریان الكتریسیته است، هر چه مقاومت كمتر، رسانا بهتر. بعضی از مواد به شدت الكترون خود را نگه می دارند و الكترون ها در بین آن ها به سختی حركت می كنند این مواد را عایق می نامیم. پلاستیك، لاستیك، لباس، شیشه و هوای خشك عایق های بسیار خوبی هستند و مقاومت بسیار بالایی دارند.

مواد دیگری وجود دارند كه الكترون های ضعیفی دارند، الكترون ها در بین آن ها به راحتی حركت می كنند. این گونه مواد را رسانا گویند، اكثر فلزات مانند مس، آلومینیوم، یا استیل رساناهای خوبی هستند.

الکتریسیته یا در واقع همین بارهای منفی آزاد اگر در جریان نباشند و برخشی از جسم ثابت بمانند به الکتریسیته ی ساکن معروف خواهند بود که آنقدر در بخشی از ماده خواهند ماند تا در اولین فرصت به شکلی از اتم های اولیه ی خود جدا کرده و هم اتم های اولیه ی خود را به حالت خنثی برسانند و هم خود به اتمی بروند که الکترون کم دارد. وقتی در اثر مالش دو جسم ، الکترون آزاد اتم های سطح یک ماده به اتم های سطح ماده ی دیگر انتقال پیدا می کند ، درواقع آن ماده شامل الکتریسیته ی ساکن خواهد شد و در اولین برخورد با جسمی رسانا همانند بدن انسان این الکترون های اضافه خارج شده و به جسمی دیگر برای رهایی از حالت آزاد و به توازن رسیدن انقال پیدا خواهند کرد.

با به جریان انداختن الکترون یا همان الکتریسیته می توان کارهای خیلی زیادی کرد. به عنوان مثال وقتی الکترون های آزاد از داخل مواد مختلف عبور می کنند واکنش های جدیدی رخ خواهد داد که در بعضی مواقع خطرناک و در بعضی مواقع مفید واقع خواهد شد. یک سیم از جنس فلز منگنز وقتی از خود جریان الکتریکی را عبور می دهد داغ شده و سرخ می شود. سرخ شدن همین سیم باعث ایجاد نور و روشن کردن محیط خواهد شد که همین موضوع موجب اختراع لامپ گردید.

 

 

 

در ادامه با ویدئوی “9 آزمایش جالب در مورد الکتریسیته ساکن” همراه باشید:

 

منابع: تبیان و ویکی پدیا

اشتراک گذاری :

1 دیدگاه

پاسخ دهید