تطور الكهرباء

‫بحث‬ ‫تطور الكهرباء‬

‫ـ نبذة عن الكهرباء ‪:‬‬ ‫تُعرف الكهرباء على أنّها شكل من أشكال الطاقة الناتجة عن وجود جسيمات أولية تحمل شحنات كهربائية مختلفة؛ مثل‬ ‫الإلكترونات والبروتونات‪ ،‬حيث تنشأ الكهرباء نتيجة تراكم الشحنات‪ ،‬أو من خلال حركة الإلكترونات وتدفّقها في جسم موصل‪،‬‬ ‫وهو ما يُعرف عادة باسم التيار‪ ،‬ويُعرف عادة أن الإلكترونات هي الجسيمات ذات الشحنة السالبة‪ ،‬أما البروتونات فهي‬ ‫الجسيمات ذات الشحنة الموجبة‪.‬‬ ‫تنشأ الكهرباء من خلال تحفيز الإلكترونات المحيطة بالنواة للتحرر من مداراتها بعيداً عن الذ ّرة‪ ،‬وتختلف ذرات المواد بقدرتها‬ ‫على التم ّسك بالإلكترونات المحيطة بها‪ ،‬فإن كانت قدرة النواة على التمسك بالإلكترونات الخارجية ضعيفة فإن ذلك يزيد من‬ ‫سهولة تحرر الإلكترونات بعيداً عنها‪ ،‬وهو يعني أ ّن المادة تعتبر موصلاً جيداً للكهرباء‪ ،‬وذلك ينطبق على المواد المعدنية‬ ‫بشكل عام؛ كالنحاس‪ ،‬والألمنيوم‪ ،‬والذهب‪ ،‬والفضة‪ ،‬أ ّما المواد الأخرى فيصعب تحرير الإلكترونات من ذ ّراتها لأ ّن النواة فيها‬ ‫تُمسك بقوة على الإلكترونات فيها‪ ،‬وبذلك تكون هذه المواد موصلات سيئة للكهرباء؛ كالخشب‪ ،‬والزجاج‪.‬‬ ‫اكتُشفت الكهرباء في أواخر القرن التاسع عشر‪ ،‬وأصبحت جزءاً أساسياً من الحياة‪ ،‬لما لها من استخدامات متعددة في جميع‬ ‫نواحيها‪ ،‬وتطبيقاتها‪ ،‬وهي على الرغم من ذلك تعتبر مصدراً ثانوياً للطاقة؛ فهي لا تُستخرج من الأرض كالفحم مثلاً‪ ،‬بل يتم‬ ‫الحصول عليها بواسطة المصادر الأولية للطاقة؛ مثل الفحم‪ ،‬والغاز الطبيعي‪ ،‬وضوء الشمس‪ ،‬وطاقة الرياح‪ ،‬وغيرها‪.‬‬

‫تاريخ الكهرباء ومراحل تطورها‬ ‫على مر السنين ‪:‬‬ ‫تُشير بعض الكتابات القديمة إلى أ ّن الكهرباء قد ُعرفت لأول مرة من قبل الغربيين في القرن السادس قبل الميلاد من خلال‬ ‫ملاحظة أ ّن مادة العنبر تُشحن بالفرك‪ ،‬وبقي استخدام الكهرباء على بساطته تلك حتى وصف العالم الإنجليزي وليام جيلبرت‬ ‫كهربة العديد من المواد في عام ‪1600‬م كما صاغ مصطلح (الكهرباء) من الكلمة اليونانية التي تعني العنبر‪ ،‬وبذلك أصبح‬ ‫الأب الروحي لعلوم الكهرباء الحديثة‪.‬‬ ‫وفي العام ‪1660‬م اخترع أوتو فون جيريك آلة جديدة لإنتاج الكهرباء الساكنة باستخدام كرة كبريتية يتم تدويرها وفركها‪.‬‬ ‫ثم توالت الاكتشافات في الكهرباء بين العلماء‪ ،‬فعُرفت القوى الكهربائية المتبادلة من تنافر وتجاذب خلال الفراغ‪ ،‬كما تم التمييز‬ ‫بين الموصلات وغير الموصلات بواسطة العالم ستيفن جراي و ُصنّفت الكهرباء لموجبة وسالبة‪.‬‬

‫وفي عام ‪ 1745‬م تم اختراع قارورة ليدن من قبل بيتر فان موشنبروك‪،‬‬ ‫والتي تُخ ّزن الكهرباء الساكنة ليت ّم بعد ذلك تفريغها دفعة واحدة‪.‬‬ ‫وفي عام ‪1747‬م ت ّم تفريغ الكهرباء الساكنة منها خلال دائرة كهربائية‪،‬‬ ‫ليبدأ مفهوم التيار الكهربائي والدائرة الكهربائية الدخول بمجالات جديدة من التجارب‬ ‫والاكتشافات بعد ذلك؛ حيث وضع العالم كولوم العلاقة الرياضية التي‬ ‫تعبّر عن القوى المتبادلة بين الأجسام المشحونة‪،‬‬ ‫وكان ذلك بدايةً للحقبة الجديدة التي اهتمت بالدراسة الكمية للكهرباء ‪.‬‬

‫فتح اختراع البطارية بعد ذلك مجالات جديدة لاستكشاف التيار الكهربائي؛‬ ‫حيث لاحظ العالم جلفاني في عام ‪1786‬م تأثير التفريغ الكهربائي للكهرباء الساكنة‬ ‫على قدم ضفدع استُخدم لإجراء التجارب من خلال ملاحظة اهتزازها‪،‬‬ ‫مما دعا العلماء للاستمرار بالتجريب والبحث حتى بنى العالم أليساندرو فولتا العمود الفلطائي‪،‬‬ ‫الذي يُعتبر نوعاً أولياً من البطاريات‪ ،‬كما أدى التيار المستمر الناتج عن البطاريات‬ ‫إلى فتح الطريق أمام اكتشاف قانون أوم والذي يربط التيار بالجهد الكهربائي‪ ،‬والمقاومة الكهربائية‪،‬‬ ‫وقانون جول للتسخين الكهربائي‪ ،‬حيث يعتبر قانون أوم وقانون كيرشوف الذي تم اكتشافه لاحقاً ا‬ ‫لأساس للحسابات المتعلقة بالدارات الكهربائية‪.‬‬

‫ـ بدأ عصر الكهرومغناطيسية عام ‪1819‬م باكتشاف المجال المغناطيسي المحيط بسلك معدن ّي يسري فيه تيار كهربائي‬ ‫ـ ثم وضع العالم أندري ماري أمبير العديد من القوانين المتعلقة بالكهرومغناطيسية في صيغ رياضية‬ ‫ـ ثم اخترع العالم فارادي النموذج المبدئي للمحرك الكهربائي‬ ‫ـ ثم تبعه اختراع المولد الكهربائي لتشغيل المحرك‬ ‫ـ ثم بعد عام واحد تم تصميم نموذج لمولد كهربائي يعمل يدوياً‬ ‫ـ ثم توالت التطورات في ذلك المجال حتى الوصول لبناء أول محطة طاقة كهربائية بعد خمسين عاماً من ذلك الوقت‬ ‫وظهرت الإنارة الكهربائية‪.‬‬

‫في عام ‪1873‬م فتح العالم كلارك ماسكويل مساراً جديداً للتطور في مجال الكهرومغناطيسية من خلال‬ ‫وضع معادلات تصف المجال المغناطيسي‪ ،‬وتنبأ بوجود موجات كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء‪.‬‬ ‫وأُ ّكد هذا التنبؤ تجريبياً فيما بعد من قبل العالم هاينريش هيرتز‪ ،‬واستُخدمت هذه الأمواج لاختراع‬ ‫الراديو من قبل العالم ماكروني في عام ‪1895‬م‪.‬‬ ‫وتبعه اختراع الأنبوب الفراغي الذي استُخدم ككاشف لموجات الراديو من قبل العالم جون أمبروز‬ ‫فلمنج‪.‬‬ ‫وتوالت الاكتشافات ليبدأ مجال الإلكترونيات‪ ،‬ثم أصبح الفهم النظري أكثر اكتمالاً للظواهر الكهربائية‬ ‫باكتشاف الإلكترون في نهايات القرن التاسع عشر من قبل العالم طومسون‪.‬‬ ‫وفي مطلع القرن العشرين وصل العالم رذرفورد لتكوين الذرة وتوزيع الشحنات فيها‪.‬‬ ‫وفي عام ‪1913‬م استطاع العالم روبرت مليكان قياس شحنة الإلكترون الواحد ‪.‬‬

‫تع ّد الكهرباء حالياً الشكل المف ّضل للاستخدام مقارنة بأشكال الطاقة الأخرى‪ ،‬وذلك نظراً لكفاءتها‬ ‫العالية‪ ،‬وسهولة الوصول إليها والتعامل معها‪ ،‬وقد كان الفحم قديماً هو المصدر الرئيسي لتوليد‬ ‫الطاقة الكهربائية لأعوام عديدة‪ ،‬ولكن التطور المستمر واكتشاف مصادر جديدة للطاقة جعل الطاقة‬ ‫الكهرومائية‪ ،‬والغاز الطبيعي‪ ،‬والطاقة النووية‪ ،‬من المصادر التي تُستخدم أيضاً لتوليدها بشكل كبير‪،‬‬ ‫وقد أدى ازدياد استخدام الكهرباء في شتى مجالات الحياة‪ ،‬إلى زيادة استهلاك هذه المصادر لتوليدها‪.‬‬ ‫استُخدمت الكهرباء وما زالت تُستخدم في العديد من الأجهزة‪ ،‬وقد أضاءت الكهرباء مناطق مختلفة‬ ‫من العالم‪ ،‬وأصبحت ضرورة قصوى لتق ّدم المجتمعات وازدهار اقتصادها؛ فوجود الكهرباء س ّهل سبل‬ ‫الحياة وجعلها أكثر أمناً وسلامة‪ ،‬حيث يمكن من خلالها مثلاً الحفاظ على المنازل باردة‪ ،‬أو دافئة‬ ‫خلال الصيف أو الشتاء‪ ،‬كما يمكن من خلالها الحفاظ على الطعام وحفظه من الفساد‪ ،‬والحصول على‬ ‫مياه نقية وآمنة للشرب‪.‬‬

‫لم يكن اكتشاف الكهرباء منجزًا‬ ‫لشخص واحد فقط ‪ ..‬بل كانت‬ ‫هناك العديد من العقول‬ ‫العظيمة التي ساهمت في أن‬ ‫نستمتع اليوم بكل ما توفره‬ ‫لنا الكهرباء من رفاهية ‪.‬‬

‫مشروع مادة فيزياء ‪3‬‬ ‫عمل الطالبات ‪:‬‬ ‫مريم فايز‬ ‫فاطمة أحمد‬ ‫أثير علي‬ ‫سمها علي‬ ‫عائشة هاشم‬ ‫سارة أحمد‬