بررسی اساسی سه مولفه اصلی برق

در این مقاله سعی داریم تا به بررسی سه مولفه اصلی برق که عبارت اند از:ولتاژوجریان الکتریکی و منتقل کننده برق و همچنین نارسانا های الکتریسته بپردازیم مقاله تقریبا بلند است و حاوی اطلاعاتی است که با مطالعه و فکر کردن بدست امده است...مثال های جالب و گیرایی هم درون مایه ی این متن شده است.لطف کنید و حوصله ای برای یاد گیری و خوانش متن نوشتاری صرف کنید.ممنونمم
امید است مورد توجه تمامی دوستان قرار گیرد...
در این مقاله در گام نخست تعریفی کلی کرده و گذری بر علم مولکولی موادوسپس به سه مولفه میپردازیم.

درقدم نخست به تعریفی از الکتریسته می پردازیم.

الکتریسته(برق):الکتریسته یعنی حرکت هدفمندالکترون ها دریک جسم رسانابه منظورانجام یک فعالیت خاص است.

همانطورکه میدانیدهرچیزی درپیرامون ماازسه حالت ماده جامد،مایع وگاز جدانیست البته در پژوهش های جدید دانشمندان دریافتند که سه ماده دیگربااسم های پلاسما،فرمیون وبوزن هاوجود دارند.

هرچیزی که شما حس میکنید یا به کار میبریدماده است.هرحالتی از مواد دارای ملکول است.مولکول کوچکترین جزء تشکیل دهنده مواداست که خاصیت آنهارا دارد.خاصیت مثل شوری در نمک طعام است مولکول ها می توانندبه اجزای ریزتری تقسیم بندی بشوندکه اتم نام دارد.البته اکثر چیز هایی که دراطراف خود میبینید ترکیب چند عنصر است.عنصر ماده ی خالصی است که دیگر خاصیت ترکیب خود را نداردوخود دارای خواص به خصوصی است.پس اگر بخواهیم تقسیم بندی کنیم ترکیب سپس تجزیه به عناصرتشکیل دهنده خود،عناصرتجزیه به مولکول و مولکول هانیز به اتم تجزیه می شودالبته اتم ها هم تجزیه می شوند.که در ادامه توضیع خواهم داد.

اتم چیست:
به کوچکترین اجزاء تشکیل دهنده که شمادرچشم خودحتی درآینه روبروتون می بینید.این اتم هاهستندکه باعث بروزویژگی هایی درماده میشوندالبته این موضوع صرف نظراز ترکیب شدن با عناصردیگراست.

که اعم ازرسانش،سختی،مقاومت وعایق بودن ماده است.حالابنظرمن می رسدکه شما درحال فکر هستید.این اتم چه ربطی به برق دارد؟

حالا که شمامتوجه شدید که اتم هاباعث بروز خاصیت عناصر ها میشوند حالا نوبت به شناخت اتم می رسد.

اجزای تشکیل دهنده اتم چیست؟
اتم هم از دوبخش مداربیرونی و هسته مرکزی تشکیل شده است.در مدار بیرونی الکترون ها با آرایش مخصوص خود عنصردر مسیر های مشخصی درحال حرکت با بار منفی هستند.در داخل هسته نوترون هابا بارخنثی(نه منفی ونه مثبت)وپروتون ها با بارمثبت قرار گرفته اند.نوترون ها باعث میشوند که نیروی ربایش بین الکترون وپروتون خنثی شودو آنها بهم نچسبند.

امامنظور از آرایش مخصوص چیست؟
جواب این سوال این است که هر اتمی تعداد مشخصی نوترون،پروتون و الکترون دارد.تعداد پروتون ها و الکترون ها به دلیل پایداری و حفظ شکل اتم عددی مشترکاست،که این عدد مساوی را عدداتمی می نامندوبا حرف(Z) نشان میدهند.

براساس این عدد الکترون تقسیم بندی میشوندکه در لایه ی اول 2 الکترون،درلایه ی دوم 8 الکترون و در لایه ی سوم نیز 18 الکترون گنجایش وجود دارد واز رابطه ی 2Nبه توان 2 بدست می آید(توان 2 برای حرف N است).

پایداری و ناپایداری اتم را در بخش انتقال برق نیز بررسی کنیم منظور از این کلمه ها از لحاظ بار الکتریکی است.اگرمقدار الکترون و پروتون اتم عددی مشترک شوند در این زمان می گوییم اتم در حالت پایداری قرار داردوجریانی نداریم اما باانرژی الکترون خود را از دست میدهدو ناپدار میشود.

اگرتعداد پروتون ها از الکترون ها پیشتر میشودو اتم بار مثبت می گیرد.چون تعداد پروتون هاازالکترونهاپیشتر میشود.

وبه محض اینکه انرژی قطع شود دوباره الکترون ها به جای اولیه خود برمیگردند(پایداری).

این ناپایداری است که باعث میشود ما انرژی الکتریکی داشته باشیم.درادامه به طور مفصل در بخش ولتاژبه این موضوع میپردازیم.

چرا برخی مواد مثل مس رسانا هستند و موادی مثل چوب نارسانااست؟
برای پاسخ به این سوال باید شما را با لایه ی والانس آشنا کنم.

همان طور که میدانید،هراتمی مقدار معینی الکترون داردوهمچنین تعداد معینی لایه هایی برای عبور این الکترون ها(مداربیرونی) که گنجایش خاصی دارد.

براساس این گنجایش الکترون ها در مدار های بیرونی تقسیم میشوندوبه آخرین لایه ای که دارای الکترون است لایه والانس می گویندوالکترون آن نیز الکترون آزاد میگویند.

یک تعریف کوتاه از این ماده داشته باشیم رسانا یعنی هرماده ای که انرژی الکتریکی را راحت از خود عبود دهد.

حال اگر درلایه والانس اتمی 1تا3 الکترون آزادوجود داشته باشد.به آن رسانای الکتریکی میگویند.یعنی با دادن انرژی بسیار کمی جریان الکتریکی را از خود عبور میدهد.مثل مس

خوب برای اینکه الکتریسته داشته باشیم باید اولا الکترون آزاد رااز بندمدارخودآزاد کرده وسپس در یک مسیر مشخص به حرکت در بیاوریم.برای آزاد کردن الکترون ها ما به انرژی نیاز داریم تا براثرمتقابل جذب بارهای ناهمنام غلبه کندیعنی الکترون بابارمنفی را ازپروتون بابار مثبت جداکند.درساختار اتمی هرچه الکترون از هسته خود دور باشدنیروی جذب بار ها کمتر به آن وارد میشودوراحت تر از مدار خود جدا میشود.

پس تعریف جامع رسانا این میشود که موادی هستند که الکترون های لایه ی والانس خود را با نیروی کمی ازدست میدهند.وبه راحتی جریان الکتریکی را عبور میدهند.وهمچنین مقاومت کمی از خود نشان میدهند.

نارساناها:   
 موادی هستندکه درمقایل عبور جریان الکتریکی مقاومت میکنند.
این مواد در لایه ی والانس خود 5تا8 دارند.این مواد از لحاظ الکتریکی مواد خنثی ویاپایدارهستندچون به سختی وبا صرف انرژی بالایی،میتوان 5تا8 الکترون را ازبند نیروی ربایش بین ذرات خلاص کرد.

وقتی شما به این مواد انرژی می دهید این انرژی در بین الکترون ها و درسطح مدار تقسیم میشودوتوانایی غلبه بر انرژی میان اتمی (نیروی ربایش)را نداردوهیچ گونه جداشدن درکارنیست ووقتی الکترون ها آزاد نشوند یعنی جریان الکتریکی نیز در کار نیست.

اماهیچ عایقی وجود نداردکه به طور 100%این حالت را حفظ کند و این موضوع نسبی است و شما بادادن انرژی بسیار بالا میتوانیدعایق هارا نیز به رسانا تبدیل کنید.

منظور ازانرژی همان ولتاژاست.

خسته شدید تا الان پیش گفتار بود از الان اصلش شروع میشه:) شما داری میخونی خسته شدی من که نوشتم چیکار کردم؟؟؟؟خخخخخ
ولتاژ:

درگام نخست تعریفی کلی از ولتاژرا میخوانیم.

ولتاژانرژی است که کمک میکند بار الکتریکی از نقطه ای به نقطه ای دیگر حرکت کند.

الکتریسته یعنی حرکت هدفدار الکترون ها در یک رسانای الکتریکی برای اینکه این امر انجام شود.

باید الکترون های آزادرسانا را اولا از هسته خود جدا کنیم.ودوماآن را در یک مسیر به طور منظم به حرکت در بیاوریم و برای انجام یک هدف از پیش تعیین شده مثل روشن کردن یک لامپ به کار بگیریم.

پس ولتاژیعنی انرژی که به الکترون میدهیم تا به حرکت در بیایدودرتعریف فرمولی نیز داریم.

مقدار کاری(U) که واحدآن ژول است باید انجام شود تا الکترون(q)با واحدکولن به حرکت در بیاید.وفرمول آن در تصویر مشخص است.

واحد ولتاژبه اختصار ولت نامیده میشودوبا (V)نشان میدهنداما واحد درست آن از،تقسیم ژول بر کولن است.

وقتی به مقدار یک ژول برای انتقال یک کولن الکتریسته انرژی میدهیم می گوییم اختلاف پتانسیل(ولتاژ) یک ولت ایجاد شده است.

به طور کلی هرچیزی که حرکت بکند ویا دفع ویا جذب الکترون ها اتفاق بیوفتد می گوییم کارانجام شده است.وبه طور کلی تغییر یک وضعیت به وضعیت دیگر را کار تعریف میکنند.

همچنین ولتاژاختلاف ایجاد میکند وهرموقعه کلمه اختلاف به میان می آید یعنی بین دونقطه یا چند نقطه است.ولتاژاختلاف بین دونقطه را ایجاد میکند.اگر این اختلاف نباشدتبدیل انرژی در کار نیست منظور از تبدیل انرژی یعنی شما یک لامپ را در مسیر اختلاف فاز و نول متصل میکنید و نور تولید میکنید.

مثال هایی از ولتاژ را در باتری ها اختلاف بین پتانسیل مثبت و منفی،اختلاف220ولت در بین فاز و نول و...

درفاز و نول در فاز شما 220 ولت ولتاژ دارید اما درنول صفر ولت اطلاق میشود.

وقتی ولتاژی نباشد جریانی نداریم و درنتیجه الکتریسته ای نیز وجود نداردودلیل آن هم این است که الکترون های آزاد به واسطه ی نیروی ربایش بین مثبت و منفی در مدار خود حرکت میکند و هادی خنثی است.

اگر ولتاژ بدهیم وسپس قطع کنیم برای یک لحظه الکترون ها از مدار خود آزاد میشوند اماپس از آن به سرعت جذب پروتون های رسانا شده و در مدار خود به حرکت ادامه میدهند.
کلید واژه حرکت الکترون ها فقط برای درک موضوع است و واقعا حرکت و آزاد شدن در کار نیست بلکه الکترون ها در مدار اتم های دیگر حرکت میکنندوجدیدا این موضوع،هم رد شده و می گویند انتقال انرژی کوانتومی است.

یک جمع بندی کنیم.

ولتاژانرژی ومقدار کاری است که بر بارالکتریکی وارد میشودکه باعث میشود الکترون ها ازمدارخود جداشده و به طور منظم در یک مسیر حرکت کنند.

درپایان توضیع ولتاژ یک نکته مهم این است که واژه تولید برای الکتریسته(ولتاژ) اشتباه است ما طبق قانون پایستگی انرژی که میگوید هیچ انرژی نه تولید و نه ازبین میرود بلکه اشکال خود را عوض میکندنمیتوانیم ولتاژ راتولید کنیم و صرفا با تغییر شکل انرژی مثل مغناطیسی در ژنراتور ها وشیمیای در باتری هابه ولتاژدسترسی داریم.وهمون گونه که قابل درک است الکتریسته نیرو نیست و انرژی است.

جریان الکتریکی:

معیاری برای سنجش میزان بارالکتریکی عبوری از یک سطح مقطع مشخص در یک زمان مشخص است.

جریان الکتریکی توسط ولتاژ به وجود می آیدواین مولفه فقط برای این است که ما بفهمیم که چه مقدار بار الکتریکی از یک قطعه سیم در حال عبور است.

در تعریف فرمول جریان الکتریکی(I) داریم که بار الکتریکی که با حرف (q) آن را نشان میدهند را تقسیم برزمان عبور آن که با حرف(t) نشان میدهند بنماییم.

واحد اصلی جریان،کولن تقسیم بر ثانیه است اما به اختصاربه آن آمپر می گویند.

اگر مقدار 6/28 ضبدر ده به توان 18 که همان یک کولن الکترون است در مدت یک ثانیه از یک مدار بگذرد می گوییم یک آمپر جریان الکتریکی از مدار عبور کرده.

در پایان متن نیز مثال هایی برای درک بهتر شما میزنیم.

فرض کنید که یک منبع آب در بالای تپه ای قرار دارد و شما با استفاده از لوله کشی ویک شیر آب میخواهید باغتان را آبیاری کنید.
تاسیسات آب شبیه به برق هستندپس به جدول توجه کنید.

منبع آب که به ولتاژنسبت داده شده منظورمان ارتفاع محل قرار گیری ومنبع آن است تا آب جاری شود.
مثال بعدی که یک تصویر است.

به دلیل طولانی شدن مباحث مبحث مقاومت که طولانی است را در پست های بعدی مورد بررسی قرار می دهیم اما بخاطر کامل شدن این پست تعریفی از مقاومت الکتریکی داشته باشیم.

مقاومت الکتریکی مخالفتی است که اجسام در برابر عبور جریان از خود نشان میدهند در مقاومت عواملی در آن تاثیر میگذارند که عبارت اند از:

سطع مقطع:برای مثال سیم 2/5 پیشتر از سیم با سطح مقطع 0/75 جریان را عبور میدهد.

طول جسم:برحسب متراست و به ازای هر100متر افت ولتاژقابل توجه ای داریم.

جنس جسم:رسانا یا نارسانا یا حتی نیمه رسانا.

وهمچنین گرمادر مقامومت الکتریکی تاثیر بسزایی داردوهرچه دما بالاتر رود مقاومت جسم پیشتر میشود.
"پایان"
معذرت بنده را بابت طولانی شدن مقاله قبول بفرمایید سعی شد دراین محتوا پیشترین میزان یادگیری حاصل شود.همان طورکه میدانید تایپ این مقاله کار سختی بوده است و علاقه شدید به یاد دادن بانی این کار قله فتح کن (خخخ) شده است.
باتشکر از توجه شما.
کامنت هم فراموش نکنید دیگه...