كيف يمكن توليد الشحنات الكهربائية بسرعة

تعتبر الشحنات الكهربائية إحدى خواص المواد الفيزيائية، وتقسم إلى قسمين مختلفي القطبية، هما الشحنة الموجبة والسالبة. فكيف يمكن توليد كل منهما؟

3 إجابات

يتم حمل معظم الشحنة الكهربائية بواسطة الإلكترونات والبروتونات في الذرة، حيث تحمل الإلكترونات الشحنة السالبة، والبروتونات الشحنة الموجبة، فلنفرض لدينا جسمان تلامسا مع بعضهما، فانتقل إلكترون من ذرة أحدهما إلى ذرة الآخر، وعادةً ينتقل الإلكترون من ذرة ضعيفة الترابط لذرة قوية الترابط، وهذه الحركة للإلكترونات تولد الكهرباء الساكنة.

 

كما وتولد الإلكترونات والبروتونات حقولاً كهربائية، حيث يشع الحقل الكهربائي الخارج من جسيم مشحون كما يشع الضوء الخارج من المصباح، ويتناقص كلما ابتعد عن المصدر؛ وعلى ذكر المصادر فإن مصادر الشحنة الكهربائية عديدة فلدينا:

  • الخلايا الكيميائية: (معروفة بالبطاريات) مثل بطارية المصباح.
  • المولدات: حيث إن معظم الكهرباء التي نتعامل معها والقادمة من محطات التحويل تولد من مولدات ضخمة.
  • بعض البلورات تولد كهرباء عند ضغطها أو خدشها وتسمى تلك الظاهرة بالأثر البيزوكهربائي.
  • الطاقة: بمختلف أنواعها حيث مثلًا بالاستفادة من المياه المتساقطة في تدوير عنفات تولد الكهرباء نكون قد استفدنا من الطاقة الكهرومائية، أو عندما نستخدم خلايا شمسية تقوم بتحويل طاقة الضوء لكهرباء نكون قد استفدنا من الطاقة الشمسية، كذلك الأمر بالنسبة لطاقة الرياح.
  • الوقود: حيث بحرق الوقود كالنفط والفحم في المحطات البخارية نستفيد من البخار الناتج في توليد الكهرباء.

وبالحديث عن توليد الشحنة الكهربائية، فهنا لا أعني المعنى الحرفي لتوليد أو تدمير؛ لأن قيم الشحنات ثابتة لا تتغير.

أكمل القراءة

يتم توليد الشحنات الكهربائية من خلال توليد حقل كهربائي موجبٍ اصطلاحًا وجذب الإلكترونات السالبة نحوه، تاركةً خلفها ناقلًا يعاني نقصًا في الشحنة السالبة تظهر عليه شحنة إيجابية، وبالعكس سيحمل الناقل الذي توجهت إليه الإلكترونات شحنة سالبةً، يتطلب توليد الحقل الكهربائي المطلوب طاقة كبيرة يمكننا الحصول عليها بطرق متعددة، جميعها يعتمد على المولدات، وهي أجهزة تحول الطاقة الحركية إلى شحنات كهربائية، عن طريق ملفٍ مصنوعٍ من معدن ناقل معزول يحول الطاقة الدورانية في المحرك إلى حقل كهرومغناطيسي لتحريك الشحنات، ويمكن تشغيل هذه المولدات بطرق متعددة هي:

  • المولدات العاملة بالوقود: وتعمل بالنفط أو أحد مشتقاته، ولها أحجام واستطاعات مختلفة، بدءًا من المولدات المنزلية الاحتياطية الصغيرة وصولًا إلى المحطات الحرارية التي تكفي لتزويد مدن كاملة بالكهرباء.
  • العنفات العاملة بالطاقة المائية: ويتم تركيبها ضمن السدود خلف بوابات تحبس ضغطًا مائيًا هائلًا يقوم بتدويرها لتوليد الكهرباء، وهي من أهم وأوفر الطرق وأكثر حفاظًا على البيئة.
  • طاقة الرياح: وهي من الطرق الصديقة للبيئة أيضًا، والتي تحول طاقة الرياح في البيئات الجبلية والوديان إلى شحنات كهربائية.
  • الطاقة الشمسية: تمتص الألواح الشمسية ضوء الشمس لإنتاج الكهرباء، ويشهد العالم إقبالًا على هذه الطريق بسبب ارتفاع أسعار النفط، وربما تمتلئ الصحاري يومًا ما بالمرايا العاكسة لتركيز أشعة الشمس في نقطة واحدة.
  • الطاقة النووية: وهي الأقل تكلفة لإنتاج الكهرباء بين جميع الطرق نظرًا للعمر التشغيلي الكبير للمفاعلات النووية السلمية، وتستطيع المفاعلات إنتاج كميات كبيرة من الكهرباء، ولكن انتشارها محدود في الدول المتقدمة بسبب خطورتها وإمكانية استغلالها لأغراض عسكرية.
  • محطات الطاقة البخارية: وتعمل بالوقود الصلب كالفحم الحجري أو بالنفط، ويتولد عنها بخار يتم حبسه في مكان ضيق ليدور توربين مولدًا الكهرباء، وهو من الأنواع التي تراجع استخدامها بسبب كفاءتها المنخفضة مقارنة بغيرها.

أكمل القراءة

تتكونُ الذرة من البروتونات التي تحمل الشحنات الموجبة، والإلكترونات ذات الشحنة السالبة ، والنيترونات. ففي معظم الأحيان تتوازن شحنتي البروتونات والإلكترونات لتحافظ على الاستقرار الكهربائي للنواة، وبالرغم من ذلك قد يتحرك أحد الإلكترونات من ذرته إلى ذرة أخرى، وبالتالي تفقد الذرة توازنها الكهربائي، لتصبح الذرة التي فقدت إلكترونها ذات شحنةٍ سالبة، أمّا التي انتقل لها الإلكترون تطغى الشحنة السالبة عليها، يُطلق على هذه العملية توليد الشحنات الكهربائية، ولهذه الآلية عدة طرق ومنها:

  • الشحن بالدلك: أغلبنا قد قام بتجريب هذه الطريقة أثناء سنواته في المدرسة، فمن خلال دلك قطعةٍ بلاستيكية “مسطرة مثلاً” بقطعةٍ من الصوف يمكنك رؤية كيف للمسطرة أنّ تجذب قطع الورق الصغيرة وتحركها بالمسار التي تذهب إليه قطعة البلاستيك، نفسّر هذه الحالة بأن الإلكترونات انتقلت من الصوف إلى قطعة البلاستيك لتكسبه شحنة سالبة، نفس النتيجة  قد تحدث عند تدليك قضيبٍ زجاجي مع قطعة قماش “حرير مثلاً”.
  • الشحن باللمس: تتم هذه الطريقة عن طريق ملامسة جسمين أحدهما مشحون والآخر غير مشحون، فهذه الملامسة تؤدي إلى انتقال الشحنات الكهربائية من الجسم المشحون الى الجسم المقابل له، كشحن المعادن والموصلات الأخرى.
  • الشحن بالتأثير: تتشابه هذه  الطريقة مع الطريقةِ السابقة، الاختلاف هنا أنّ الجسم الآخر يتأثر عن بعد دون لمس الجسم المشحون.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف يمكن توليد الشحنات الكهربائية بسرعة"؟