۰۵۱۳۸۹۴۶۱۱۰
مشهد، چهارراه صیاد شیرازی، بین پیروزی ۶۳ و ۶۵ پلاک ۱۸۷
برق

الکتریسیته

الکتریسیته

الکتریسیته یا برق یا نیروی الکتریکی (به انگلیسی: Electricity)، مجموعه‌ای از پدیده‌های طبیعی است که به حضور و جریان بار الکتریکی وابسته است. طبق توصیف معادلات ماکسول الکتریسیته با مغناطیس در ارتباط است و هر دو بخشی از پدیده الکترومغناطیس هستند. الکتریسیته آثار متنوع زیادی چون آذرخش، الکتریسیته ساکن، گرمایش الکتریکی و تخلیه بار الکتریکی و … دارد.

وجود بار الکتریکی، که می‌تواند مثبت یا منفی باشد، میدان الکتریکی تولید می‌کند. حرکت بار الکتریکی که جریان الکتریکی نام دارد میدانی مغناطیسی تولید می‌کند.

زمانی که بار در مکانی با میدان مغناطیسی غیر صفر قرار می‌گیرد، نیرویی بر آن اثر خواهد گذاشت. اندازهٔ این نیرو با قانون کولن اندازه‌گیری می‌شود. اگر بار به حرکت در بیاید میدان مغناطیسی بر روی بار کار انجام می‌دهد. در این حالت می‌توان گفت پتانسیل الکتریکی در نقطه‌ای مشخص در فضا وجود دارد که با کاری که توسط عامل خارجی انجام داده شده تا یک واحد بار را از نقطه اول به نقطه ثانویه حمل کند برابر است و با ولت اندازه‌گیری می‌شود.

برق قلب فناوری‌های مدرن است و به این منظورها استفاده می‌شود:

توان الکتریکی: استفاده از جریان الکتریکی برای تأمین انرژی وسایل برقی را گویند.
الکترونیک: در حالی که با مدارهای الکتریکی در ارتباط است، شامل اجزای فعال الکتریکی از جمله لامپ‌های خلأ، ترانزیستورها، دیودها و مدارهای مجتمع می‌باشد.

پدیده‌های الکتریکی از گذشته دور مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما پیشرفت در درک نظری تا قرن‌های هفدهم و هجدهم به آرامی اتفاق افتاد. حتی آن زمان نیز کاربرد الکتریسیته اندک بود، و این موضوع تا اواخر قرن نوزدهم و زمانی که مهندسان قادر به استفاده از برق در مناطق صنعتی و مسکونی شوند، ادامه یافت. پیشرفت سریع در تکنولوژی الکتریکی صنعت و جامعه را دگرگون ساخت. کاربرد گسترده الکتریسیته سبب شد که از آن در موارد کاربردی بدون محدودیت شامل حمل و نقل، گرمایش، روشنایی، مخابرات و محاسبات استفاده شود. اکنون الکتریسیته پایه‌های جامعه صنعتی مدرن را تشکیل می‌دهد.

تاریخچه

خیلی پیشتر از هر اطلاعی از الکتریسیته، مردم از شوک‌های ماهی‌های الکتریکی آگاهی داشتند. در نوشته‌های مصریان باستان که از سده ۲۸ (پیش از میلاد) باقی مانده‌اند، نام این‌گونه‌ها را تندرگرهای نیل گذاشتند، و آن‌ها را محافظ سایر ماهی‌ها می‌دانستند. هزاران سال قبل، ماهی‌های الکتریکی به وسیله یونان باستان، امپراطوری روم و طبیعت‌شناسان مسلمان گزارش شده‌است. چند نویسنده باستانی، مانند پلنیوس و اسکریبونیوس لارگوس به وجود تأثیرات بی‌حس‌کنندهٔ شوک‌های الکتریکی ناشی از گربه‌ماهی‌های الکتریکی و سپرماهی‌سانان پی بردند و دریافتند که این شوک‌ها، به‌وسیلهٔ اشیای هادی انتقال می‌یابد. به بیماران مبتلا به بیماری‌هایی چون نقرس یا سردرد، توصیه می‌شد که ماهی الکتریکی را لمس کنند تا شاید نیروی قدرتمندش آن‌ها را درمان کند. اولین و نزدیکترین روش کشف برای شناسایی آذرخش و الکتریسیته، به اعراب نسبت داده می‌شود، که قبل از قرن ۱۵ام، واژه عربی «رعد» را به پرتوماهی برقی اطلاق کردند.

مردم در تمدن‌های کنار مدیترانه دریافته بودند که اجسامی چون کهربا، با مالش به موهای گربه می‌توانند اجسام سبک چون پر را جذب کنند. دانشمند و فیلسوف یونانی، تالس حدود ۶۰۰ سال پیش از میلاد، پس از مطالعاتی که بر روی الکتریسیته ساکن انجام داد، چنین برداشت کرد که مالش، کهربا را تبدیل به ماده مغناطیسی می‌کند و برخلاف آن، معادنی چون مگنتیت نیازی به مالش ندارند.طبق نظریه‌ای مورد مناقشه، به دلیل اکتشاف باتری بغدادی، کشف الکتریسیته را به ایران و بین‌النهرین باستان در دوره اشکانیان نسبت می‌دهند. اما با وجود شباهت این قطعه باستانی با پیل گالوانی، دانشمندان در این مورد که واقعاً آن خاصیت الکتریکی داشته یا خیر تردید دارند.
بنجامین فرانکلین در قرن ۱۸ام، تحقیقات وسیعی بر روی الکتریسیته انجام داد که این تحقیقات توسط جوزف پریستلی با عنوان تاریخچه و شرایط فعلی الکتریسیته تنظیم شد. فرانکلین با این فرد مکاتبات گسترده‌ای انجام داد.

الکتریسیته تا سال ۱۶۰۰ به مدت چند هزار سال تنها به‌عنوان یک کنجکاوی ذهنی قلمداد می‌شد، تا این‌که ویلیام گیلبرت، دانشمند انگلیسی، مطالعات دقیقی پیرامون الکتریسیته و مغناطیس انجام داد. او تأثیر سنگ آهنربا را به وسیله مالش کهربا شناسایی کرد. او واژه electricus را به خاصیت جذب اجسام کوچک، پس از مالش، نسبت داد. پس از این رویداد، واژه الکتریسیته و الکتریکی برای اولین در کتاب سیودودکسیا اپیدمیکا، نوشته توماس براون چاپ شد.

بعدها افرادی چون اتو فن گریکه، رابرت بویل، استفن گری و چارلز فرانکویس این مسیر را ادامه دادند.در قرن ۱۸ام، بنجامین فرانکلین تحقیقات گسترده‌ای پیرامون الکتریسیته انجام داد. او با فروش دارایی‌های خود، هزینه کارش را فراهم کرد. مشهور است که او در سال ۱۷۵۲ یک کلید فلزی را به انتهای یک بادبادک مرطوب وصل کرد و آن را در آسمان طوفانی به هوا فرستاد. جرقه‌های متوالی که از کلید به پشت دستش می‌پریدند، نشان دادند که آذرخش قطعاً پدیده‌ای الکتریکی در طبیعت است.او همچنین رفتار ظاهراً متناقض بطری لیدن را به‌عنوان وسیله‌ای برای ذخیرهٔ مقادیر زیاد بار الکتریکی توصیف کرد.

در سال ۱۷۹۱، لوییجی گالوانی اکتشاف خود در زمینه بیوالکتریک را منتشر کرد. او نشان داد که الکتریسیته واسطه‌ایست که به‌وسیلهٔ آن، سیگنال‌ها از یاخته‌های عصبی به ماهیچه‌ها انتقال می‌یابند. در قرن ۱۸ام، باتری الساندرو ولتا، یا پیل ولتایی، که از روی هم قرار گرفتن لایه‌های متناوب روی و مس ساخته شده بود، برای دانشمندان منبع انرژی قابل اعتمادتری نسبت به ژنراتورهای الکترواستاتیکی قدیمی فراهم کرد.کشف الکترومغناطیس، یا همان وحدت پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی، بین سال‌های ۱۸۱۹–۱۸۲۰ به‌وسیلهٔ هانس کریستین اورستد و آندره ماری آمپر اتفاق افتاد. در سال۱۸۲۱، مایکل فارادی موتور الکتریکی را اختراع کرد و در سال ۱۸۲۷ گئورگ زیمون اهم از نظر ریاضی مدار الکتریکی را مورد بررسی قرار داد. در سال‌های ۱۸۶۱ و ٬۱۸۶۲جیمز کلرک ماکسول در کتاب دربارهٔ خطوط فیزیکی نیرو، الکتریسیته و مغناطیس را به‌طور قطعی به هم مرتبط ساخت.

درحالی که در اوایل قرن ۱۹ام، پیشرفت‌های سریعی در برق اتفاق افتاد، اواخر قرن ۱۹ام، شاهد بزرگ‌ترین پیشرفت در مهندسی برق بود. با تلاش افرادی چون الکساندر گراهام بل، اتو بلاثی، توماس ادیسون، گالیله فراری، الیور هویساید، انیوس جدلیک، چارلز آلگرنون پارسونز، ویلیام تامسون، ارنست فون زیمنس، جوزف سوان، نیکولا تسلا و جرج وستینگهاوس، الکتریسیته از حس کنجکاوی علمی به ابزاری مهم در زندگی مدرن و نیروی محرکی برای انقلاب صنعتی دوم تبدیل شد.

در سال ٬۱۸۸۷ هاینریش هرتز الکترودهایی را کشف کرد که وسیلهٔ پرتوی فرابنفش روشن می‌شدند و جرقه‌های الکتریکی را به سادگی ایجاد می‌کردند. در سال ٬۱۹۰۵ آلبرت اینشتین مقاله‌ای منتشر کرد که در آن با توصیف داده‌های آزمایشگاهی، اثر فوتوالکتریک را به‌عنوان نتیجهٔ انرژی نور نشان داد و ثابت کرد که این انرژی به‌وسیلهٔ بسته‌های کوانتمی، حمل می‌شود و به الکترون‌ها انرژی می‌دهد. این اکتشاف منجر به انقلاب کوانتمی شد. اینشتین در سال ٬۱۹۲۱ به‌خاطر کشف اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل فیزیک گرفت. امروزه، از اثر فوتوالکتریک در حسگرهای نور و صفحه‌های خورشیدی استفاده می‌شود که اخیراً برای تولید الکتریسیته در سطح تجاری به کار می‌روند.

اولین وسیلهٔ حالت جامد، ردیاب سبیل گربه‌ای بود که برای اولین‌بار در دههٔ ۱۹۳۰ در گیرنده‌های رادیویی به کار رفت. یک سیم سبیل گربه‌ای به یک بلور جامد (مانند بلور ژرمانیوم) متصل است تا با استفاده از تأثیر نقطه تماس، یک سیگنال رادیویی را شناسایی کند. در جز حالت جامد، جریان الکتریکی به عناصر و ترکیبات جامد وابسته است که به‌منظور پر کردن کاستی الکترون‌هاست که حفره الکترونی نامیده می‌شود. مفهوم حفره‌های خالی و پر با توجه به فیزیک کوانتومی قابل درک است. ماده سازنده نیز اغلب یک نیم‌رسانای بلوریست.

الکترونیک حالت جامد با ظهور ترانزیستور، ارتقا یافت. نخستین ترانزیستوری که با موفقیت آزمایش شد، ترانزیستور تماس نقطه‌ای بود که توسط جان باردین و والتر هاوسر براتین در سال ۱۹۴۷ اختراع شد، وسایل حالت جامد رایج عبارت‌اند از: ترانزیستورها، تراشه‌های ریزپردازنده و حافظه دسترسی تصادفی. نوع ویژه‌ای از حافظه‌ها که حافظه فلش نام دارد، در یواس‌بی فلش درایوها به کار می‌رود و به تازگی، درایوهای حالت جامد جایگزین سیستم چرخش مکانیکی دیسک مغناطیسی در دیسک سخت شده‌است. وسایل حالت جامد در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ محبوبیت فراوانی کسب کردند، که مصادف با تغییر از تکنولوژی لامپ خلاء به دیودهای نیم‌رسانا، ترانزیستورها، مدار مجتمع و ال‌ئی‌دی بود.

نوشته شده توسط

آقای مهندس جلال رضایی چاهوکی مدیریت سایت آموزشگاه ادیسون

برق

آموزش برق

برق

جریان الکتریکی

برق

استاندارد های برق

برق

میدان الکتریکی

برق

بار الکتریکی