الشحنات الكهربائية هي المسؤولة عن الكهرباء والتي هي مصدر الطاقة الأكثر تنوعًا الذي لدينا، وقد لعبت الكهرباء جزءًا حيويًا من ماضينا، ولكن يمكن أن تلعب دورًا مختلفًا في مستقبلنا، مع العديد من المنشآت التي تولد الطاقة الكهربائية المتجددة الخاصة بها باستخدام الخلايا الشمسية وتوربينات الرياح.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه الشحنات الكهربائية وكيف يمكن توليدها.

ما هي الشحنات الكهربائية

تحمل الشحنات الكهربائية معظم الإلكترونات والبروتونات داخل الذرة، حيث أن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة  في حين أن البروتونات تحمل شحنة موجبة، تجذب البروتونات والإلكترونات بعضها البعض، وعلى العكس من ذلك  يتنافر بروتونان عن بعضهما البعض كما يفعل ذلك إلكترونان.

تخلق البروتونات والإلكترونات حقولًا كهربائية، ولأن البروتونات تكون عادةً محصورة في النوى داخل الذرات فهي ليست حرة تقريبًا في التحرك مثل الإلكترونات، لذلك عندما نتحدث عن الشحنة الكهربائية فإننا نقصد دائمًا وجود فائض أو نقص في الإلكترونات، فعندما يكون هناك خلل في الشحنات وتكون الإلكترونات قادرة على التدفق، يتم توليد تيار كهربائي.1

كيف يمكن توليد الشحنات الكهربائية

  1. توليد الشحنات الكهربائية من المحركات والمولدات

    جزء أساسي من معظم محطات الطاقة الكهربائية هو المولد، وهو جهاز يحول الحركة الدوارة إلى كهرباء، داخل المولد تدور لفائف من الأسلاك النحاسية داخل حقل مغناطيسي قوي، وعندما تتحرك الملفات يخلق الحقل المغناطيسي تدفق التيار الكهربائي المتناوب داخل السلك، ولا يهم مصدر الحركة الدورانية سواء كانت طاحونة هوائية أو توربينات أو محرك ديزل ببساطة يجب أن تكون قوية بما يكفي.
    يعمل المحرك بنفس الطريقة ولكنه ينتج التيار المستمر (DC).

  2. توليد شحنات كهربائية من البخار

    تنتج محطة توليد الطاقة البخارية أو المولدات الكهرباء عن طريق حرق الوقود، بما في ذلك الكتلة الحيوية أو الفحم أو البترول، ويتم نقل البخار المتولد من العملية إلى توربين، ومع دوران التوربين ينتج تيار كهربائي.

  3. توليد الشحنات الكهربائية من الطاقة الكهرومائية

    الكهرباء التي يتم توليدها من الماء تسمى الطاقة الكهرومائية حيث تقوم المياه المتساقطة بتدوير ريش التوربينات الكهرومائية والتي بدورها تحرك المحرك النحاسي داخل المولد الكهربائي لإنتاج الكهرباء. مثال على محطة الطاقة الكهرومائية هي سد هوفر العظيم (الواقع بالقرب من لاس فيجاس، الولايات المتحدة). لديها ما مجموعه 19 توربينات تنتج ما يكفي من الكهرباء لخدمة أكثر من 1.3 مليون شخص سنويًا.

  4. توليد الشحنات الكهربائية من طواحين الهواء (الطاقة من الرياح)

    تقوم محطة طاقة الرياح بتدوير ريش التوربين التي تحرك المحرك النحاسي (الذي يقع داخل المولد) لتوليد الكهرباء، تم استخدام طواحين الهواء في الماضي لتدوير عجلات المطاحن، كما تعمل طواحين الهواء الحديثة على تحويل الطاقة الميكانيكية (الناتجة عن الحركة) إلى طاقة كهربائية.

  5. توليد الشحنات الكهربائية من الطاقة الشمسية

    تستخدم الخلايا الكهروضوئية طاقة ضوء الشمس لإنتاج الكهرباء أو الشحنات الكهربائية ، حيث يتم توليد التيار المستمر (DC) من الألواح الشمسية الثابتة (التي تتكون من الخلايا الضوئية)، ويستخدم عادة للتطبيقات المحلية، بما في ذلك تشغيل مضخات الري الصغيرة أو شحن الأجهزة التي تعمل بالبطارية، كما تكتسب محطات الطاقة الشمسية على نطاق تجاري شعبيةً بشكلٍ مطردٍ مع الزيادة في أسعار الوقود الأحفوري، إنها تعمل من خلال احتجاز الطاقة الشمسية من خلال العواكس الكبيرة، ثم يتم توجيه الطاقة المحبوسة إلى أجهزة استقبال تستخدم تقنيات مختلفة لتوليد الكهرباء عن طريق تشغيل توربينات الغاز أو البخار.

قوة الكهرباء

قبل اختراع الكهرباء كان على الناس إنتاج الطاقة في أي مكان وفي أي وقت كانوا بحاجة إليه، وهكذا، كان عليهم أن يصنعوا حرائق من الخشب أو الفحم لتدفئة منازلهم أو طهي الطعام، وباختراع الكهرباء تغير كل ذلك، كان ذلك يعني أن الطاقة يمكن صنعها في مكان واحد ثم نقلها لمسافات طويلة إلى أي مكان في حاجةٍ لها، كما لم يعد الناس مضطرين للقلق بشأن إنتاج الطاقة للتدفئة أو الطهي فكل ما كان عليهم فعله هو التوصيل والتشغيل، وكانت الطاقة موجودة هناك بمجرد ما أرادوها.2

المراجع