recent
أخبار ساخنة

المختصر المفيد في اساسيات الكهرباء

 اساسيات الكهرباء
المختصر المفيد في اساسيات الكهرباء

المختصر المفيد في اساسيات الكهرباء في هذا الموضوع نسعي لجمع المعلومات الاساسية في الكهرباء حتي تكون حجر اساس لمن يريد ان يعرف عن اساسيات الكهرباء للفنيين وللمهندسين و اساسيات الكهرباء المنزلية والكهرباء الصناعية واساسيات الكهرباء والالكترونيات فالموضوع جامع لأساسيات الكهرباء.

المختصر المفيد في اساسيات الكهرباء



مقدمة:
الكهرباء هي العنصر الرئيس في الحضارة المعاصرة فبسببها بنيت المصانع وعرفت اجهزة كان التفكير بوجودها يعتبر خيال,لك ان تتخيل حال العالم قبل اكتشاف الكهرباء وتخيل اذا قال احد انه يستطيع ان يدخل داخل صندوق صغير (التلفاز) كيف كان سينظر الناس اليه في ذلك الوقت ,فالكهرباء هي اصل الحضارة الحاليه وهي السبب في انك تقرأ هذا الكلام من خلال جهاز كهربائي.

والكهرباء موجوده في الطبيعه وليست أمر مستحدث ومثال علي ذلك سمك الرعاد الكهربائي او كما يعرف بين الناس بسمكه الفولت العالي  ومن الجدير بالذكر ان هناك ما بين (250-300) نوع من الأسماك، تحتوي على أعضاء كهربائية في أجسامها، بإمكانها أن تولد الطاقة الكهربائية وذلك وفقا للهيئة العامة للتنمية الثروة السمكية المصرية.
و وذكر المهندس نبيل رزق في كتابه عن الدوائر الكهربائية  أن أصل كلمة الكهرباء: هو اسم لحجر أصفر أكتشف سنة ٣٠٠٠ قبل الميلاد في بروسيا الشرقية ومن هذا الحجر تم عمل أشياء كثيرة حتى عرف كإحدى الطرق للحصول على الكهرباء بوقت قصير.

ما هي الكهرباء وكيف تنتج؟


الكهرباء في اغلب المصادر هي انتقال الالكترونات من ذرة لأخري خلال موصل.ولكن ما هي الالكترونات واين توجد ؟ لنعرف ذلك علينا ان نعلم أكثر عن الماده وخصائصها .

ما هي الماده؟
كل شيء في الكون يتكون أساساً من المادة (MATTER) والمادة تعرف على أنها كل شيء يحتل الفضاء أوكل شيء له كتلة، وتتواجد المادة بعدة حالات  ( الحالة الصلبة - الحالة السائلة - الحالة الغازية).

واذا قمنا بتقسيم الماده لشكل أصغر نحصل علي ما يعرف بالعنصر (Element) فهو الشكل الاصغر للماده ويوجد في الطبيعه أكثر من 100عنصر ،و إذا قسمنا العنصر إلى شكل أصغر فإننا نحصل على الذرة(Atom). 

بنية الذرة 
تتكون الذرة من الالكترونات والنيترونات والبروتنات كما يظهر ذلك في الصورة القادمة
تركيب الذرة
تركيب الذرة


الغلاف الذري:

تقوم الإلكترونات السالبة بالدوران في مدارات مغلقة ويكون شكل هذه المدارات دائريا وكل مدار يحمل طاقة محددة تقل كلما تم الاقتراب من النواة، وحتى يتم انتقال الإلكترون من مدار إلى آخر يجب أن يكسب أو يفقد طاقة ليساوي طاقة المدار المنتقل إليه.

تشبه الذرة في تكوينها المجموعة الشمسية ويمكن اعتبار النواة الذرية كأنها الشمس والإلكترونات التي تدور حول النوة كأنها الكواكب السيارة في المجموعة الشمسية وبنفس الطريقة فكما توجد قوة بين الكواكب والشمس تجعل المجموعة الشمسية في حالة استقرار توجد كذلك قوى بين النواة والإلكترونات تجعل الذرة في حالة استقرار ,وشحنة الإلكترونات السالبة تساوي شحنة البروتون الموجبة في المقدار ويختلفان في نوع الشحنة مما يؤدي إلى قوة تجاذب تجعل الذرة في حالة تعادل إذا تعرضت الذرة لمؤثرات خارجية
(فعل ميكانيكي وكيميائي) فإن شرط التعادل في الذرة يتغير عندها يفلت أحد الإلكترونات من الذرة ويترك مداره ويصبح الإلكترون حرا وحيث إن الذرة قد فقدت إلكترونا (شحنة سالبة) فإنها تصبح موجبة الشحنة بما يعادل شحنة إلكترون واحد لذا سوف تسعى كل ذرة لأن تجذب لنفسها أيا من الإلكترونات الحرة المتواجدة بالقرب منها. والفجوة عبارة عن غياب الإلكترون من نقطة في التركيب الذري كان من الطبيعي أن يتواجد بها. ويعزى سبب تخلي الإلكترون عن الذرة "الأم" إلى اكتساب مقدار من الطاقة يكفيه لكي 
يفلت من تأثير قوى الربط الذرية ويمكن أن تأتي هذه الطاقة من عدة مصادر لعل أكثرها شيوعا هو الجو المحيط بنا درجة الحرارة".
بمعني أن الإلكترونات تترك النواه وتسير مكونة الكهرباء، أوما يسمى بالتيار الكهربائي.

والسؤال الذي يطرح نفسه هو: من الذي يتولى نقل الكهرباء: الإلكترونات؛ أم البروتونات؛ أم النيترونات؟

الإجابة والتعليل:
أنه من المستحيل أن تقوم نواة الذرة ذات الشحنة الموجبة بنقل التيار الكهربائي لكونها مرتبطة في موقع ثابت، علما أن معظم إلكترونات الذرة السالبة في المادة الصلبة لها أيضا مواقع ثابتة في مدارات محددة مرتبطة بالنواة إلا أن عددا قليلاً منها يتمكن من الانفصال والبقاء حرا بعض الوقت أو الاتحاد بذرة أخرى، وتتولى هذه الإلكترونات مسؤولية نقل الكهرباء والتي تدعى كما ذكرنا بالإلكترونات الحرة.

أنواع الكهرباء

أنواع الكهرباء
أنواع الكهرباء

يخلط كثير من الفنيين بين أنواع الكهرباء وأنواع التيار الكهربائي (متردد-مستمر) التي سنتناولها ايضا في هذا الموضوع ولكن ما يهمنا اللآن ان نوضح أن انواع الكهرباء هي :
  1. الكهرباء الساكنه 
  2. الكهرباء الديناميكية 
أولا:الكهرباء الساكنة 
الكهرباء الساكنة
الكهرباء الساكنة

عندما نمشى على سجادة ثم نمسك بمقبض الباب المعدني، نشعر برعشة أو وخزة ،وايضا في المناطق البارده (ذات درجة الحرارة المنخفضة)، عندما يدخل شخص إلى البيت من مكان بارد، ويسحب القبعة عن رأسه، يحدث أن شعره يقفعلى أطرافه. ما الذي يحدث؟ ولماذا يحدث غالبا في الشتاء؟  بالطبع الإجابة هي الكهرباء الساكنة

حركة الشحنات:

الشحنات المتعاكسة تتجاذب والمتشابهة تتنافر، الأجسام المشحونة بشحنات مختلفة تنجذب نحو بعضها بينما ذات الشحنات المتشابهة تدفع بعضها البعض بعيدا.
الجسم المشحون أيضا يجذب أي شيء متعادل، فكر كيف تلصق بالونا بالحائط، أذا دلكت البالون بشعرك فإنك تشحنه فهو سينتزع إلكترونات أكثر ويصبح سالبا، قربه من جسم متعادل فتتحرك الشحنات في ذلك الجسم. 
فإذا كان الجسم موصلا فإن الإلكترونات ستتحرك بسهولة للجهة البعيدة عنه أي أبعد ما يكون عنالبالون في ذلك الجسم أما إذا كان الجسم عازلا فأن عددا قليلا من الإلكترونات يبتعد إلى الجهة البعيدة للجسم. في كلتا الحالتين الجهة القريبة من الجسم تصبح موجبة وهذا ما يجعل البالون يلتصق بالحائط.
ولكن ما علاقة ذلك بالصدمة؟ الرعشة أو الشعر المكهرب؟ عندما تخلع قبعتك فإنها تدلك بشعرك فتنتقل الإلكترونات من شعرك للقبعة (تشحن بشكل سالب) وهو أيضا ما يشحن شعرك موجبا. وتتنافر الشعرات مع بعضها لأنها لها نفس الشحنة.

وعندما تسير على السجادة فبعض الإلكترونات تنتقل من صوفها إلى جسمك مما يجعلك تملك كمية من الإلكترونات الزائدة، ولكن يد الباب المعدنية موصل جيد للكهرباء مما يسهل انتقال الإلكترونات من جسمكإليها فتشعر برعشة.

تكون الكهروستاتيكية ملحوظة أكثر في الشتاء حينما يكون الهواء جافا، وفى الصيف الهواء عالي الرطوبة لا تلاحظ الكهرباء الساكنة. لأن الماء (الرطوبة) يساعد في انتقال الإلكترونات بعيدا عن جسمك وبذلك لاتتكون شحنة عالية علية قد تشكل خطرا عليك.

تعريف الكهرباء الاستاتيكية:
الكهرباء الاستاتيكية هي نتيجة تكون شحنات بين جسمين أحد هذه الأجسام يحمل شحنة سالبة نتيجة وجود عدد من الإلكترونات الزائدة، بينما الجسم الأخر يوجد به نقص في الإلكترونات فشحنته موجبة، مجرد أن يتقابلوا يحدث تفريغ أي تعادل، يصبح الشحنات الموجبة والسالبة في الجسمين متعادلتان.

ظاهرة التفريغ الألكتروستاتيكى:
مثال هذه الظاهرة في الطبيعة ظاهرة البرق، سببها وجود غيوم مشحونة غالبا بشحنة سالبة وتريد أن تفرغ شحنتها، والأرض أفضل مكان للتفريغ لأنه لا توجد إلكترونات في الأرض تعتبر فارغة، عندما تقترب الغيوم إلى أي نقطة من الأرض يحدث ما يسمى بالبرق؛ وهذه العملية تسمى بالتفريغ الألكتروستاتيكى. ولكن هل يمكن الاستفادة من هذه الكهرباء (ظاهرة البرق)؟
صعب جدا، لأنه لحظي، يتم تفريغ ملايين من الشحنات في لحظة زمنية قصيرة، فطبعا لا يمكن معرفةمقدارها ولا تنظيمها وبالتالي لا يمكن الاستفادة منها.


ثانيا :الكهرباء الديناميكية
تستخدم في بيوتنا في كل الأجهزة، مثال: الكهرباء التي تصدر من المولد الكهربائي أو الكهرباء التي تصدر من البطاريات، هذه الكهرباء عبارة عن سريان دائم (غير لحظي)، التيار الكهربائي في هذا النوع من الكهرباء يمكن التحكم به وبالتالي فهذا النوع من الكهرباء يمكن الاستفادة منه.وهذا ما ينقلنا لنعرف أكثر عن التيار الكهربائي المستفاده منه.


ما هو التيار الكهربائي؟


ينشا التيار الكهربائي عن شحنات متحركة، ويعرف بأنه سيل من الإلكترونات الحرة يسير في موصل ما ( سلك) من نقطة إلى أخرى أو من مصدر تيار إلى مستهلك ويسير من القطب السالب إلى القطب الموجب.
وبالتالي يتم تقسيم المواد من ناحية التوصيل الكهربائي الي ثلاثه أنواع وذلك حسب سماحيتها للشحنات بالحركة خلالها وهذه الأصناف هي: 

المواد الموصلة Conductors

المواد الموصلة Conductors: هي المواد التي تسمح للشحنات بالحركة خلالها، حيث تسمح بمرور التيار الكهربائي بسهولة عند تعرضها لفرق جهد مسلط عليها ومن أمثلة ذلك جميع المعادن وخاصة النحاس والحديد.

أشباه الموصلات

أشباه الموصلات:هي مواد تكون مقاومتها بين مقاومة المواد الموصلة والمواد العازلة فهي تسلك سلوك المواد العازلة وعند تعرضها لظروف معينة ( فيزيائية) تتحول إلى مواد موصلة ومن أكثر هذه المواد شيوعا الجرمانيوم والسليكون وتستخدم في الدوائر الإلكترونية (مثل الدايود والترانزاستور)وهي ذات أهمية كبيرة في التكنولوجيا الحديثة. 

المواد العازلة lnsulators:

المواد العازلة:هي المواد التي لا تسمح بمرور التيار الكهربائي خلالها عند تعرضها لفرق جهد مثل ( الخزف والورق والزجاج والمطاط والخشب) وتستخدم في عزل الموصلات (الأسلاك) والدوائر الإلكترونية.




الدائرة الكهربية البسيطه

تتكون الدئرة الكهربائية في أبسط أشكالها من المكونات الأساسية الآتية:

 المنبع الكهربائي: وهو الذي يوفر فرق الجهد اللازم لسريان التيار الكهربائي بمعني هو مصدر الكهرباء في الدائرة.
الحمل الكهربائي :وهو أحد الأجهزة الكهربائية كالمصباح أو المحرك ... إلخ.
النواقل:وهي تشكل مجرى سريان التيار بين المنبع الكهربائي والحمل. وغالبا ما تصنع من أسلاك نحاس أو ألمنيوم.

الدائرة الكهربائية البسيطة
الدائرة الكهربائية البسيطة

 ويمكن جعل التحكم في الدئرة الكهربائية أكثر فاعلية، وذلك بإضافة قاطع أو مفتاح يقوم بتوصيل او فصل الكهرباء عن الدائرة في الوقت الذي نريده وايضا يمكننا ان نضع لها عنصر حماية مثل الفيوز بهدف حماية الدائرة الكهربية من الارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي.
ولتعمل الدائرة الكهربائية يجب ان تكون جميع عناصرها متصله ببعضها بمعني ان تكون الدائرة مغلقة  بحيث تمثل مساراً للتيار 
الكهربائي من أحد طرفي المصدر إلى الطرف الآخر عبر الحمل. 
وتكون الدارة الكهربائية مفتوحة عندما يكون أحد أجزائها مفصولا (غير متصل) أو تالفا بحيث يمنع مرور ألتيار الكهربائي وبالتالي لن تعمل الدائرة.

سؤال متي تحدث دائرة القصر ما يعرف الشورت او القفله؟

يحدث ذلك عندما يتصل طرفا المنبع الكهربائي بشكل مباشر دون حمل (أي عبر مقاومة منخفضة)  فيتدفق تيار هائل ينتج حرارة مرتفعة قد تؤدي إلى إتلاف بعض أجزاء الدارة الكهربائية، ونقول بأنه قصر (short circuit) في الدئرة. ينتج القصر في الدارة الكهربائية عن أسباب عدة، كسوء الوصلات أو توصيل خاطئ في الأسلاك.

تعاريف كهربائية هامه


شدة التيار الكهربائي (الأمبير)

وتعرف شدة التيار الكهربائي بأنها كمية الشحنة الكهربائية التي تعبر سطحا (مقطعا) معينا في الناقل في وحدة الزمن (الثانية). 
,تقاس شدة التيار الكهربائي (I) بوحدة الأمبير ويرمز لها بالرمز A نسبة إلى العالم أندريه ماري أمبير. 
وتعريف الأمبير هو : 
شدة تيار كهربائي يستطيع في زمن مقداره ثانية واحدة أن يمرر في دارة كمية من الكهرباء تساوي واحد كولون.

إن أهم شروط سريان التيار الكهربائي هو وجود قوة مؤثرة خارجية تجبر الإلكترونات الحرة (الشحنات) على التحرك في اتجاه معين عبر الناقل. وكما ذكرنا سابقا، يمكن أن نحصل على هذه القوة من مصادر التغذية الكهربائية كالبطاريات والمولدات. وتسمى هذه القوة بأسماء عدة مختلفة: القوة المحركة الكهربائية، وفرق الجهد، والجهد الكهربائي. ومع اختلاف هذه المسميات إلا أنها تقاس بوحدة  ( الفولت ) ويرمز لها بالرمز V. ويمكن تعريفها بأنها القوة التي تجبر الإلكترونات على التحرك في اتجاه معين عبر الناقل. أي تسبب سريان التيار الكهربائي.

المقاومة الكهربائية

 تعرف المقاومة الكهربائية بأنها مقدار إعاقة المادة لمرور التيار الكهربائي فيها. فالمواد العازلة مثل الزجاج والمطاط لهم مقاومة كهربائية كبيرة جدا، أما المواد الناقلة مثل النحاس والأثمنيوم، فلها مقاومة منخفضة جدا.
ومن ثم يمكن الاستتتاج بأن المقاومة تحد من قيمة التيار المار في الدئرة الكهربائية. ونحتاج في الكثير من الأحيان لوضع مقدار محدد من المقاومة في الدارة الكهربائية. فعلى سبيل المثال، عناصر التسخين (السخان او الهيتر)الموجودة في الأفران الكهربائية، وأجهزة التدفئة ما هي إلا مقاومات.

القدرة الكهربائية electric power:

هي معدل الطاقة الكهربائية (التشغيل الكهربائي) بالنسبة للزمن وهي حاصل ضرب الجهد في شدة التيار والقدرة في دوائر التيار المستمر ويرمز لها بالرمز (P) وللقدرة عدة أنواع في دوائر التيار المتردد ووحدة قياس القدرة الكهربائية (P) هى الواط Watt ويرمز لها بالرمز (W).

google-playkhamsatmostaqltradent