الکتریسیته چیست و جریان الکتریکی چگونه ایجاد می‌شود؟ الکتریسیته یا برق به بخش جدایی ناپذیری از زندگی بشر امروزی تبدیل شده است. در این مطلب با نیروی الکتریکی و کاربردهای آن آشنا خواهید شد.
برق یا الکتریسیته تمام اطراف ما را فرا گرفته است. فقط کافی است نگاهی به پیرامون خود بیاندازید تا انرژی الکتریکی را در همه جای زندگی خود ببینید. کامپیوترها، گوشی های هوشمند، چراغ‌ها، سیستم های تهویه مطبوع و اکثر دستگاه های صنعتی با نیروی برق کار می‌کنند. دشوار است که در زندگی امروزی بتوانید از نیروی الکتریکی فرار کنید.
حتی اگر بخواهید برای فرار از برق، از شهر و روستای خودتان به طبیعت پناه ببرید باز هم نیروی الکتریسیته شما را رها نخواهد کرد. از رعد و برق گرفته تا سیناپس درون بدنتان به این انرژی خارق العاده متکی هستند.
اما برای اینکه بدانید دقیقا برق چیست و چگونه تولید می‌شود، نیاز دارد تا به شکلی عمیق تر به این موضوع بپردازیم و سوالات بیشتری مطرح کنیم. حقیقت این است که برای پاسخ به این سوال یک تعریف دقیق و قاطع وجود ندارد، بلکه این یک تعریف انتزاعی است از تاثیری که الکتریسیته بر ما و محیط اطرافمان می‌گذارد.
برق یا الکتریسیته چیست
برق یا الکتریسیته یک پدیده طبیعی است که به حضور و جریان بار الکتریکی وابسته است. الکتریسیته نوعی از انرژی بوده و در واقع جریان الکترون ها است. برق یک پدیده طبیعی است که در سرتاسر طبیعت رخ می‌دهد، اما در این مطلب ما به دنبال تعریف برق تولید شده توسط انسان هستیم. هدف این است که بدانیم برق چگونه تولید می‌شود و به چه طریق انتقال می‌یابد.
الکتریسیته به طور خلاصه به عنوان جریان بار الکتریکی تعریف می‌شود، اما در پشت این تعریف ساده چیزهای زیادی نهفته است. این نیرو از کجا آمده است و چگونه ما می‌توانیم آن را منتقل کنیم؟ بار الکتریکی چگونه باعث حرکت مکانیکی شده و همه چیز را روشن می‌کند و ده‌ها سوال دیگر!
اما برای توضیح اینکه الکتریسیته چیست ما باید از طریق ماده و مولکول به دنیای اتم ها وارد شویم. این مطلب به تعریف الکتریسیته در فیزیک می‌پردازد و اگر قصد دارید که همه چیز درباره برق را بدانید، مطمئنا بد نیست که به منابع دیگری هم رجوع کنید.
اتم ها، بلوک های ساختار پایه هر ماده را تشکیل می‌دهند و به بیش از 100 شکل مختلف به عنوان عناصر شیمیایی همچون هلیوم، هیدروژن، اکسیژن و غیره وجود دارند، اما برای توضیح اینکه برق چگونه کار می‌کند باز هم لازم است تا به اجزای کوچکتری نفوذ کنیم.
هر اتم از سه ذره متمایز به نام الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است. در هسته مرکزی پروتون ها و نوترون ها وجود دارند و الکترون ها در اطراف هسته در گردش هستند. تعداد پروتون ها برای یک اتم حایز اهمیت است، چرا که مشخص می‌کند با چه عنصر شیمیایی سر و کار داریم.
به عنوان مثال اتمی که تنها یک پروتون دارد، هیدروژن بوده و اتمی که 29 پروتون دارد، مس است. در واقع تعداد پروتون ها عدد اتمی عناصر را مشخص می‌کنند، اما برای اینکه بدانیم الکتریسیته چیست هیچ نیازی به پروتون ها و یا نوترون ها نداریم. این دو ذره هیچ تاثیری در شناخت ما از برق نخواهند داشت.
برای تعریف الکتریسیته و چگونگی عملکرد آن به الکترون ها نیاز داریم (متوجه اشتراک بین نام آنها شده‌اید؟) در حالت پایدار و متعادل، اندازه پروتون ها و الکترون ها در یک اتم با یکدیگر برابر خواهد بود. به عنوان مثال مس با عدد اتمی 29، دارای 29 الکترون است.
الکترون ها در یک اتم برای همیشه به آن متصل نخوااهند بود. الکترون ها در لایه بیرونی اتم قرار دارند و به الکترون های والانس معروف هستند. این الکترون ها می‌توانند از مدار اتم خارج شده و به شکل آزاد به حرکت درآیند. این الکترون های آزاد همان چیزهایی هستند که باعث ایجاد جریان الکتریکی می‌شوند.
جریان الکتریکی چیست
در ابتدای این مقاله در تعریف الکتریسیته به جریان بارهای الکتریکی اشاره کردیم. بار الکتریکی نیز درست به مانند جرم، حجم و یا چگالی قابل اندازه گیری است. بار الکتریکی در دو نوع مثبت و منفی وجود دارد.
پروتون ها دارای بار مثبت بوده و الکترون ها بار منفی دارند، اما نوترون ها خنثی هستند. پروتون ها نمی توانند هسته اتم را ترک کنند، اما این موضوع برای الکترون ها صادق نیست؛ در شرایطی الکترون ها قادرند تا اتم خود را ترک کنند.
الکتریسیته در واقع همین الکترون هایی هستند که اتم هایشان را ترک کرده تا به اتم دیگری پیوند بخورند. این جریان الکترون ها در حقیقت پاسخی خواهد بود به این سوال که الکتریسیته چیست
برخی اتم ها به راحتی الکترون های خود را از دست می‌دهند و برای برخی دیگر این مساله با سختی بیشتری همراه است. این موضوع به تعداد الکترون ها در لایه بیرونی آن اتم بستگی دارد. به عنوان مثال اتم مس در بیرونی ترین لایه خود تنها یک الکترون دارد و این مساله باعث می‌شود تا الکترون های اتم مس به راحتی از هسته اتم جدا شوند. به همین دلیل مس یک رسانای خوب برق به حساب می‌آید.
بار الکترون ها و پروتون ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است، چرا که باعث بوجود آمدن نیروی بین آنها خواهد شد، نیرویی که به الکترواستاتیک معروف است.
ادامه دارد….
نیروی الکترواستاتیک چیست
نیروی الکترواستاتیک (قانون کولن نیز نامیده می‌شود)، نیرویی است که بین بارهای الکتریکی عمل می‌کند. این نیرو به الکتریسیته ساکن یا ایستا برق نیز معروف است.
الکترواستاتیک به بیان ساده می‌گوید که بارهای هم نوع یکدیگر را دفع می‌کنند، در حالی که بارهای مخالف به یکدیگر جذب می‌شوند.
مقدار نیرویی که روی دو بار الکتریکی اثر می‌گذارد، به فاصله بین آنها بستگی دارد. دو بار الکتریکی که به یکدیگر نزدیکتر باشند نیروی بیشتری (یا یکدیگر را جذب کرده و یا دفع می‌کنند) به هم اعمال می‌کنند.
بر همین اساس قانون کولن -بعضا به اشتباه کولمب گفته می‌شود- تعریف می‌شود. معادله پایه الکتروستاتیک، قانون کولن است که نیروی بین دو بار نقطه‌ای را توصیف می‌کند.
اندازه نیروی الکترومغناطیس بین دو بار الکتریکی نقطه‌ای با حاصلضرب اندازه بارها نسبت مستقیم، و با مربع فاصله بین دو بار نسبت معکوس دارد.
در فرمول کولن بالا، Q۱ و Q۲ اندازه بارها و r فاصله بین دو بار بوده و ε۰ ثابت گذردهی خلأ نامیده می‌شود. مقدار ثابت گذردهی خلأ برابر است با “مقدار برابر با ۸ ضرب در ده به توان ۹”
منابع : tadbirkara.com و پارس الکتریک و techrato.com
