برق همه حوادث اطراف ما مانند تلفن های همراه ، کامپیوتر، چراغ، لحیم کاری و سیستم های تهویه مطبوع در اختیار ما قرار می دهد. دشوار است که از دنیای مدرن فرار کنیم. حتی زمانی که شما سعی می کنید از برق فرار کنید، هنوز هم در سراسر طبیعت، برق از رعد و برق تا سیناپس در داخل بدن ما است. اما دقیقا چه چیزی برق است؟ این یک سوال بسیار پیچیده است، و همانطور که شما عمیق تر کنکاش می کنید سوال های بیشتری برایتان پیش می آید.
برق یک پدیده طبیعی است که در سراسر طبیعت رخ می دهد و اشکال مختلفی دارد . در اینجا ما روی برقی که هر روز ه با آن سر و کار داریم تمرکز می کنیم: قدرتی که ابزارهای الکترونیکی ما را بکار می اندازد . هدف ما این است که بدانیم چگونه برق از یک منبع برق از طریق سیمها جریان می یابد، چراغ ها روشن می شود، موتورهای چرخشی، و دستگاه های ارتباطی ما را روشن می کند.
الکتریسیته به طور خلاصه به عنوان جریان بار الکتریکی تعریف شده است، اما در پشت این بیان ساده خیلی پیچیده است. چگونه ما آنها را حرکت می دهیم؟ آنها به کجا حرکت می کنند؟ بار الکتریکی چگونه باعث حرکت مکانیکی می شود یا سبب می شود همه چیز روشن شود؟ پرسش های بسیار! برای شروع توضیح درباره اینکه برق چیست؟، ما باید از طریق ماده و مولکول، به اتم هایی که همه چیز را در زندگی ما تعامل می کنند، حرکت کنیم.
حرکت ذره ها (جریان اتمی)
برای درک مبانی برق، ما باید بر اتم ها تمرکز کنیم که یکی از بلوک های اصلی ساختمان و زندگی، است شروع کنیم. اتم ها در بیش از یکصد فرم مختلف به عنوان عناصر شیمیایی مانند هیدروژن، کربن، اکسیژن و مس وجود دارند. انواع اتمها می توانند مولکول ها را ایجاد کنند
اتمها کوچک هستند و حداکثر تا 300 پیکومتر طول دارند (یعنی 3x10-10 یا 0.0000000003 متر). یک پنی مسی (اگر در واقع از 100٪ مس ساخته شده باشد) 1022 عدد 3.22 (اتمی 32،000،000،000،000،000،000،000) مس در داخل آن است.
برای درک بهتر برق باید به بررسی اجزای اتم بپردازیم پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها.( قبلا راجع به اتم مفصلا توضیح داده ایم می توانید اینجا را کلیک کنید)
ساخت بلوک اتم
یک اتم با ترکیبی از سه ذره متمایز ساخته شده است: الکترون، پروتون و نوترون. هر اتم دارای یک هسته مرکزی است، که در آن پروتون ها و نوترون ها قرار دارند. در اطراف هسته، گروهی از الکترونهای در حال چرخش هستند.
ساختمان ساده اتم
هر اتم باید حداقل یک پروتون داشته باشد. تعداد پروتون ها در یک اتم مهم است، زیرا مشخص می کند اتم چه عنصر شیمیایی را نشان می دهد. به عنوان مثال یک اتم با تنها یک پروتون هیدروژن است، یک اتم با 29 پروتون مس است و یک اتم با 94 پروتون، پلوتونیوم است. این تعداد پروتون ها عدد اتمی است.
الکترونها برای کارهای الکتریکی حیاتی هستند در حالت پایدار و متعادل، یک اتم به همان اندازه الکترونها از پروتونها برخوردار است. همانطور که در مدل اتمی بور، در زیر، یک هسته با 29 پروتون (که آن را یک اتم مس می سازد) توسط یک عدد الکترون برابر احاطه شده است.
مدل Bohr مس
همانطور که درک ما از اتم ها تکامل یافته است،الکترونهای اتم برای همیشه به اتم وابسته نیستند. الکترونها در مدار بیرونی اتم الکترونهای valence نامیده می شوند. با نیروی قدرتی بی نظیر، یک الکترون valence می تواند از مدار اتم فرار کند و آزاد شود. الکترونهای آزاد اجازه حرکت بار می دهند
جریان بارالکتریکی
همانطور که در ابتدای این آموزش ذکر شد، برق به عنوان جریان بار الکتریکی تعریف شده است. باردارایی ماده است - مانند جرم، حجم و یا تراکم. قابل اندازه گیری است همانطور که می توانید مقدار چگالی را تعیین کنید، می توانیداندازه بارالکتریکی را تعیین کنید. بار الکتریکیبه دو صورت است : مثبت (+) یا منفی (-).
به منظور انتقال و جابه جایی بار ما نیاز به حمل بار است، الکترونها همیشه بار منفی را حمل می کنند، در حالی که پروتون ها همیشه بار مثبت دارند. نوترونها خنثی هستند، آنها هیچ باری ندارند. هر دو الکترون و پروتون همان مقدار باررا دارند، فقط متفاوت هستند
یک اتم لیتیوم (3 پروتون) و 3 الکترون
بار الکتریکی الكترون ها و پروتون ها مهم است، زیرا حاصل نیروی این بارها بر یکدیگر تولید نیروی الکترواستاتیک است
نیروی الکترواستاتیک
نیروی الکترواستاتیک (همچنین قانون کولن نامیده می شود) نیرویی است که بین بارها عمل می کند. این اعلام می کند که بارهای مشابه یکدیگر را دفع می کنند، در حالی که بارهای متضاد جذب یکدیگر می شوند.واحد سنجش بار الکتریکی کولن نامیده می شود
مقدار نیرویی که بر روی دو بار اعمال می شود به فاصله آنها از یکدیگر بستگی دارد
با توجه به نیروی الکترواستاتیک، الکترونها الکترونهای دیگر را دفع می کنند و به پروتون ها جذب می شوند.
ایجاد جریان بار الکتریکی
الکترون ها در اتم ها می توانند به عنوان حامل بار منفی عمل کنند، زیرا هر الکترون دارای بار منفی است. اگر ما بتوانیم یک الکترون را دراتم آزاد کنیم و آن را مجبور کنیم حرکت کنیم، می توانیم برق تولید کنیم.
مدل اتمی اتم مس، یکی از منابع اصلی ترجیحی جریان جریان شارژ را در نظر بگیرید. در حالت متعادل آن، مس 29 پروتون در هسته آن و تعداد الکترونهایی است که در اطراف آن قرار دارد. الکترون ها در فاصله های مختلف از هسته اتم قرار دارند. الکترونهایی که به هسته نزدیکتر میشوند، جاذبهی بسیار قویتری نسبت به سیارههای دورتر دارند. الکترونهای دورتر از اتم، الکترونهای valence نامیده می شوند،
این یک نمودار هسته مس است: 29 پروتون در هسته، که توسط نوارهای الکترونهای گردان احاطه شده است. الکترون هایی که به هسته نزدیک تر می شوند،حذف آن مشکل است در حالی که الکترون valence (حلقه بیرونی) نیازمند انرژی نسبتا کمی است که از اتم خارج می شود.
با استفاده از نیروی الکترواستاتیک کافی بر روی الکترون والانس - یا فشار آن را با یک بار دیگر منفی ( دافعه)یا جذب آن با یک بار مثبت (جاذبه ) ما می توانیم الکترون را از مدار اطراف اتم آزاد کنیم
حالا یک سیم مسی را در نظر بگیرید:پر از اتم های بی شماری مس است همانطور که الکترون در فضای بین اتم شناور است، الکترون آزاد در نهایت یک اتم جدید برای چسبیدن به آن پیدا می کند؛ در انجام این کار، بار منفی این الكترون، الکترون دیگری از اتم را دفع می کند. در حال حاضر یک الکترون جدید از طریق فضای آزاد به دنبال انجام همان کار است. این اثر زنجیره ای می تواند جریان الکتریکی ایجاد کند.
یک مدل ساده از جریان بار الکتریک
هدایتConductivity
الکترونها در برخی از اتمهای یک عنصر راحتراز بقیه اتم ها آزاد می شوند . برای بدست آوردن بهترین جریان الكترون ممكن، ما از اتم هایی استفاده می كنیم كه الكترون های والانس آنها بسیار محكم نیست.
عناصر با هدایت بالا، که دارای الکترون های بسیارمتحرک و سیار هستند، هادی ها نامیده می شوند. این نوع عناصر به جریان الکتریکی کمک می کند. فلزات مانند مس، نقره و طلا معمولا انتخاب های برتر ما برای هادی خوب است.
عناصر با رسانایی کم، عایق ها نامیده می شوند. عایق ها برای اهداف بسیار مهم استفاده می شوند: آنها از جریان الکترون ها جلوگیری می کنند. عایق های محبوب شامل شیشه، لاستیک، پلاستیک و هوا هستند.
الکتریسیته ایستا یا جاری
الکتریسیته ساکن
به طور کلی، الکتریسیته ساکن به علت حرکت الکترونها از یک سطح به دیگری اتفاق می افتد
الکتریسیته ساکن را در اطاف خود زیاد می بینیم زمانی که بالن بر روی سر خودمالش می دهیم موهای خود را به حالت ایستاده در می اید ، مالش باعث ایجاد یک بار مثبت در هر مو می شود. از آنجایی که هر مویی باریکسانی با موی دیگر داردبنابر این همه آنها سعی می کنند تا از یکدیگر فاصله بگیرند و به صورت راست قرار می گیرند .
رعد و برق یک شکل قدرتمند از برق استاتیک است
الکتریسیته جاری
الکتریسیته جاری شکل دیگری از الکتریسیته است که تمام وسائل الکترونی ما را بکار می اندازد . این شکل از الکتریسیته زمانی تولید می شود که بارها قادر به جریان مداوم باشند . در مقایسه با الکتریسیته ساکن که در آن بارها جمع شده و باقی می مانند
در مقالات آینده بیشتر به جزئیات الکتریسیته خواهیم پرداخت
مطالب مرتبط در سایت دانستنی دردانم:
اتم چیست؟
مولکول چیست ؟
15 واقعیت جالب از اتم ها
چقدر پروتون و نوترون و الکترون در اتم وجود دارد
ایزوتوپ چیست ؟