مقدمه

برق چیست؟ پاسخ به سوال دشوار است زیرا اصطلاح ELECTRICITY بسیار گسترده است. به سرعت می‌توان گفت که الکتریسیته نوعی انرژی است یا این که رسانه‌ای است که روی ماده اثر می‌گذارد. یک تعریف فنی تر این است: جریان الکتریکی حرکت یا جریان الکترون ها در یک هادی است. این حرکت بدون اعمال نیروی خاصی به نام نیروی الکتروموتور در هادی مذکور امکان پذیر نیست.

دانش الکتریسیته طی سال‌ها از طریق آزمایش‌های بسیاری در زمینه‌ها گسترش یافته است: در مغناطیس، در باتری‌های الکتریکی، در عبور جریان از گازها و در خلاء، مطالعه فلزات، گرما، نور و غیره. پیش از این، برق به اندازه امروز مورد استفاده قرار نمی گرفت. اهمیتی که در حال حاضر در زندگی فردی و جمعی ما دارد آنقدر آشکار شده است که اندازه گیری آن آسان نیست.

امروزه هیچ شهری، هر چند کوچک، وجود ندارد که در زندگی روزمره خود به برق نیاز نداشته باشد: در آشپزخانه، گرمایش، یخچال، فریزر، تلویزیون، آسانسور، پله برقی، روشنایی عمومی، دستگاه جوجه کشی برای نوزادان، ماشین های چاپ، ماشین تراش: حتی ماشین ها نمی توانند بدون انرژی الکتریکی برای راه اندازی و روشنایی کار کنند... و خیلی چیزهای دیگر که نمی توانیم به آنها اشاره کنیم.

یکی از ویژگی های بزرگ انرژی الکتریکی این است که می توان آن را به سرعت و به طور موثر به اشکال مختلف انرژی مانند: کالری (اجاق، اجاق گاز)، نور (روشنایی، پرتو لیزر)، مکانیکی (موتور الکتریکی) تبدیل کرد انواع) و شیمی (شارژر باتری، الکترولیز)، در میان دیگران. علاوه بر این، انرژی الکتریکی را می توان به طور اقتصادی در فواصل طولانی حمل کرد تا در مکان های مورد نیاز مانند شهرها، کارخانه ها، مراکز صنعتی، مراکز خرید، مراکز حمل و نقل، در حومه شهر و غیره استفاده شود.

https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

با پیشرفت بشریت، انرژی الکتریکی به طور فزاینده ای ضروری می شود زیرا می توان از آن به راحتی برای اهداف متعدد و متنوع استفاده کرد.

یکی از ویژگی های مهم انرژی الکتریکی این است که عاری از انواع محصولات نامطلوب احتراق مانند دود، خاکستر و دودهایی است که به جو آسیب می رساند. اگر کسی از قوانین جریان الکتریکی، روابط آن با آهنربا آگاهی کامل داشته باشد، استفاده از الکتریسیته به راحتی قابل دستیابی است.

و ​​همچنین نحوه تولید آن و به دست آوردن اثرات الکترومکانیکی و الکتروشیمیایی که در درس های آینده مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

موضوع

هر چیزی که در جهان وجود دارد، جایی در فضا اشغال می کند و ما می توانیم ببینیم و لمس کنیم، و حتی چیزهایی که نمی توانیم ببینیم



https://t.me/igsmsource




https://t.me/yamur7070



.

پس از آزمایش‌ها و بررسی‌های فراوان، مشخص شد که اجسام غیرقابل تقسیم نیستند، بلکه برعکس، از اتحاد تعداد زیادی ذرات بسیار کوچک تشکیل می‌شوند. به لطف این کشف، دانشمندان راه حل ها و قوانینی برای بسیاری از پدیده های شیمیایی و فیزیکی پیدا کرده اند، به عنوان مثال، مورد انرژی هسته ای.

https://t.me/igsmsource

به مثال قطره آب برگردیم. اگر آن را از طریق یک فرآیند شیمیایی تقسیم کنیم، متوجه می شویم که این قطره بسیار کوچک آب از سه عنصر ساده تشکیل شده است: دو قسمت هیدروژن و یک قسمت اکسیژن، همانطور که در شکل 1.5 نشان داده شده است. سپس می توان نتیجه گرفت که مولکول آب از سه اتم تشکیل شده است: دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن. همچنین می توان گفت که مولکول آب از ترکیب دو عنصر مختلف تشکیل می شود و سپس گفته می شود که یک جسم مرکب است.


ساختار اتمی هنگامی که اتم کشف شد، کنجکاوی انسان او را بر آن داشت تا بداند چه چیزی درون آن وجود دارد. اینگونه بود که پس از آزمایش‌های فراوان، مشخص شد که درون این ذرات یک سری ذرات محصور شده‌اند که انرژی خاص خود را دارند و مستقیماً مسئول پدیده‌های الکتریکی هستند

شکل 1.5. مولکول آب

اتم های هیدروژن

برای هر بدنی مناسب است و تمام خصوصیات خود را حفظ می کند. در نتیجه، تمام اجسام از میلیون ها مولکول تشکیل شده اند.

https://t.me/igsmsource

https://t.me/yamur7070

در سال 1808، فیزیکدان و شیمیدان بریتانیایی جان دالتون (1766-1844) اولین پایه هایی را که آغاز عصر اتمی بود، فرموله کرد. با این حال، یکی از نظریه های او که بیان می کرد اتم غیرقابل تقسیم است، اصلاح شد، زیرا همانطور که می دانید اتم را می توان تقسیم کرد، این اصل انرژی هسته ای است. در سال 1913، نیلز بور آنچه را که امروزه به عنوان نظریه ELECTRONIC شناخته می شود بیان کرد و توضیح داد که اگر امکان دیدن درون یک اتم وجود داشت، شبیه منظومه شمسی بود

https://t.me/igsmsource


https://t.me/yamur7070

میدونستید تو الکترونیک یک بحثی داریم به نام اینکه داری مطلب و میخونی حداقل یه لایک کن من الکترون بگیرم که تبدیل به انرژی بشه ؟

بار الکتریکی اتم

وقتی می گوییم الکترون ها و پروتون ها دارای بار الکتریکی هستند، به این معنی است که آنها نیرویی دارند که در همه جهات وارد می کنند و به لطف آن، یک ذره قدرت جذب یا رد ذرات دیگر را دارد.

بار منفی الکترون و نیرویی که توسط آن وارد می شود به سمت داخل هدایت می شود و دارای ارزشی برابر با بار مثبت پروتون است که نیروی آن همیشه به سمت بیرون هدایت می شود. این دو میدان الکتریکی مخالف را تولید می کند، اما با قدر مساوی، به همین دلیل است که اتم ها از نظر الکتریکی خنثی هستند.

برای اینکه تغییرات الکتریکی در اتم ها رخ دهد، باید نامتعادل یا نامتعادل باشند و یون نامیده می شوند. یک یون زمانی تشکیل می شود که یک اتم یک یا چند الکترون به دست آورد یا از دست بدهد. آنها می توانند دو نوع باشند:



https://t.me/igsmsource


https://t.me/yamur7070

مثبت: زمانی که تعداد پروتون‌ها از الکترون‌ها بیشتر باشد، به دلیل از دست دادن یک یا چند الکترون.

منفی: زمانی که تعداد الکترون‌ها از پروتون‌ها بیشتر باشد، به دلیل داشتن یک یا چند الکترون.

برای اینکه اتم دوباره متعادل شود، باید تعداد پروتون و الکترون یکسانی داشته باشد. بنابراین، اتم با بار مثبت به الکترون دیگری نیاز دارد. این یک نیرو بین اتم مذکور و تمام اتم های مجاور آن ایجاد می کند. این نیرو آنقدر زیاد می شود که می توان یک الکترون را از اتم همسایه اش ربود تا دوباره خود را تثبیت کند. به این ترتیب، اتمی که از آن الکترون را دزدیده است نیز نامتعادل است و بنابراین سعی می‌کند از اتم‌های همسایه‌اش الکترون دیگری به دست آورد و غیره. این باعث ایجاد زنجیره ای از تبادل الکترون بین اتم هایی می شود که یک جسم را تشکیل می دهند. موارد فوق مبنای بیان دو قانون اساسی الکتریسیته است:

1. بارهای مساوی رد می شوند. شکل 1.8 2. بارهای غیرمشابه جذب می شوند. شکل 1.9


https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

سؤال این است: چند مدار می تواند به دور هسته وجود داشته باشد و چند الکترون می تواند در هر یک از آنها گردش کند؟ بر اساس تئوری الکترونیکی بور و کمی سازی انرژی، اتم ها می توانند حداکثر هفت مدار یا پوسته در اطراف هسته داشته باشند که با حروف K، L، M، N، O، P. و Q نامگذاری می شوند و هر یک از آنها فقط می پذیرد. تعداد معینی الکترون مانند این است: همانطور که در شکل 1.11 مشاهده می شود، اولی 2 الکترون، دومی 8، سومی 18، چهارمی 32 و غیره خواهد داشت. الکترون‌هایی که در پوسته‌های نزدیک به هسته یافت می‌شوند، نسبت به الکترون‌هایی که در مدارهای دورتر یافت می‌شوند، توسط پروتون‌ها به شدت جذب می‌شوند. از آنجایی که الکترون های موجود در هر مدار دارای مقدار مشخصی انرژی هستند، به آنها سطوح انرژی نیز می گویند و مقدار انرژی هر سطح به تعداد الکترون های آن بستگی دارد.


https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

عدد اتمی همه الکترونها و همه پروتونها صرف نظر از ماده ای که به آن تعلق دارند یکسان هستند. بنابراین، اگر همه مواد از ذرات یکسان ساخته شده اند، چگونه اینقدر متفاوت هستند؟ مواد با یکدیگر متفاوت هستند زیرا تعداد الکترون هایی که در هر اتم دارند با الکترون های دیگر متفاوت است. تعداد پروتون های هسته هر اتم همیشه برابر با تعداد الکترون هایی است که به دور آن می چرخند. به عنوان مثال، عدد اتمی اکسیژن 8 است زیرا دارای 8 پروتون و 8 الکترون است و با آلومینیوم متفاوت است، زیرا دومی دارای 13 الکترون و 13 پروتون است. یعنی عدد اتمی آن 13 است: شکل 1.10



https://t.me/igsmsource


https://t.me/yamur7070

الکترون های ظرفیت

از نقطه نظر الکتریکی، از بین تمام مدارها یا سطوح انرژی، ما فقط علاقه مندیم که آخرین مورد از هر اتم را مطالعه کنیم، زیرا الکترون های موجود در آن هستند که خواص شیمیایی و فیزیکی عناصر و آنها را تعیین می کنند مستقیماً مسئول پدیده های الکتریکی هستند. این الکترون ها الکترون های ظرفیتی نامیده می شوند و حداکثر می توانند هشت عدد باشند. با توجه به تعداد الکترون‌های ظرفیتی که اتم‌های یک عنصر دارند، از نظر الکتریکی می‌توان آنها را به‌عنوان رسانا، عایق و نیمه‌رسانا طبقه‌بندی کرد.

رساناها: این گروه شامل اتم هایی است که کمتر از چهار الکترون ظرفیت دارند که تمایل دارند این الکترون ها را برای رسیدن به تعادل خود از دست بدهند. این مواد فلزات نامیده می شوند و بیشترین هستند



https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

مناسب برای تولید پدیده های الکتریکی؛ به عنوان مثال مس که دارای یک الکترون ظرفیت، آهن دو و آلومینیوم سه است از این گروه هستند. ما می توانیم توزیع الکترون های آن را در شکل 1.12 مشاهده کنیم. آنهایی که دارای الکترون تک ظرفیتی هستند بهترین رسانا هستند.

عایق ها: عایق هایی هستند که بیش از چهار الکترون ظرفیت دارند. آنها متالوئید نامیده می شوند، زیرا تمایل دارند الکترون های لازم برای رسیدن به تعادل خود را به دست آورند. نمونه هایی از این موارد عبارتند از: فسفر با پنج الکترون ظرفیت، گوگرد که دارای شش الکترون و کلر با هفت الکترون است. در شکل 1.13 توزیع الکترون ها را برای این عناصر مشاهده می کنیم. اتم هایی که دارای هشت الکترون ظرفیت هستند از نظر شیمیایی بسیار پایدار هستند و به همین دلیل تولید یک پدیده الکتریکی با آنها بسیار دشوار است، نمونه ای از آنها زنون است.

https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

نیمه رساناها: دارای چهار الکترون ظرفیتی هستند و خواص آنها جایی بین رساناها و عایق ها است. نمونه هایی از اینها سیلیکون و ژرمانیوم هستند. ما می توانیم توزیع الکترون های آن را در شکل 1.14 مشاهده کنیم.

الکترون‌های آزاد در فلزات اتم‌ها توانایی برقراری ارتباط با یکدیگر را از طریق پیوندها با استفاده از الکترون‌های ظرفیت دارند. این پیوندها می توانند دو نوع باشند:

پیوند مرجانی: زمانی اتفاق می افتد که اتم ها الکترون های ظرفیت خود را با اتم های همسایه خود به اشتراک بگذارند. شکل 1.15

پیوند یونی: پیوندی است که در آن یک اتم به اتم همسایه دیگر الکترون می دهد.


https://t.me/igsmsource


https://t.me/yamur7070



.

هنگامی که یک الکترون ظرفیتی از مدار خود خارج می شود به یک الکترون آزاد تبدیل می شود. چنین الکترونی می تواند به راحتی وارد آخرین مدار اتمی شود که یک الکترون از دست داده است. در همان زمان، الکترون اتم دوم آزاد می شود و وارد آخرین مدار اتم دیگر می شود و بنابراین بسیاری از الکترون های آزاد از یک اتم به اتم دیگر عبور می کنند که به طور نامنظم در رسانا حرکت می کنند، همانطور که در شکل 1.17 نشان داده شده است. اما هیچ جریانی تولید نمی شود زیرا اثرات الکتریکی تولید شده در طول این فرآیند لغو می شود.



https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070



.

الکتریسیته ساکن چیست؟

به آن الکترواستاتیک نیز می گویند. همانطور که از نام آن مشخص است، به الکترون های ساکن ، یعنی بدون حرکت اشاره دارد، اگرچه صحبت در مورد الکترون ها در حالت سکون چندان رایج نیست زیرا آنها همیشه به صورت ذرات بی قرار و در حال جهش تجسم می شوند که از مکانی به مکان دیگر می روند. الکتریسیته ساکن از تجمع بارها در یک نقطه از یک ماده تولید می شود.

یک جسم باردار همیشه اجسام دیگر اطراف خود را با جذب یا دفع الکترون های آنها تحت تأثیر قرار می دهد. هر ماده با بار مثبت دارای کمبود الکترون است، در حالی که هر ماده با بار منفی دارای الکترون اضافی است.

مواد باردار تمایل دارند به حالت تعادل خود برگردند و برای رسیدن به این امر نیاز به تخلیه دارند. با این کار، آنها با آزاد کردن انرژی که عموماً از طریق اعمال مکانیکی یا جرقه های ساده ظاهر می شود، به این امر دست می یابند. فرآیندی که در آن ماده مجاور بار می گیرد، القای الکترواستاتیک نامیده می شود




https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070



.

الکتریسیته ساکن در صنعت بسیار مفید است، به عنوان مثال:

برای اعمال رنگ بر روی اشیاء تولید انبوه استفاده می شود. این فرآیند به رنگ آمیزی اسپری یا رنگ آمیزی الکترواستاتیک معروف است. در طی این روش یک بار الکترواستاتیکی به ذرات منتقل می شود.

اسپری های رنگ پس از خروج از نازل اسپری؛ این ذرات توسط جسم مورد رنگ‌آمیزی جذب می‌شوند و در نتیجه لایه‌ای یکنواخت بدون هدر رفتن رنگ به دست می‌آیند.

در ساخت کاغذ ساینده (کاغذ سنباده) برای فلزات.

در ساخت الیاف برای بافت فرش و پارچه های خاص.

در به اصطلاح رسوب‌دهنده‌هایی که ذرات دود را از دودکش‌های بزرگ بارگیری می‌کنند و سپس آنها را به صفحه‌هایی می‌برند که نتوانند جو را آلوده کنند.

آتش سوزی و انفجار سوخت برای جلوگیری از این امر، اکثریت قریب به اتفاق این وسایل نقلیه دارای یک زنجیر فلزی در پایین هستند که به طور مداوم در امتداد جاده کشیده می شود تا باعث تماس با زمین شود. به این ترتیب وسیله نقلیه تخلیه می شود و از تصادف جلوگیری می شود. این پدیده با ایجاد جرقه در مقابل پیاده رو هنگام تخلیه وسیله نقلیه قابل مشاهده می شود.

هنگامی که مواد دارای بار زیاد هستند، الکترون ها از یک ماده به ماده دیگر می پرند قبل از اینکه تماس واقعی بین آنها برقرار شود. در این موارد تخلیه به صورت یک قوس نورانی دیده می شود. یک مثال واضح، بارهایی است که در ابرها هنگام ساییدن مولکول‌های هوا تولید می‌شوند: مقدار زیادی الکتریسیته انباشته شده در آنها می‌تواند در فضاهای بزرگ تخلیه شود و باعث ایجاد قوس‌هایی به طول چندین متر به نام رعد و برق می‌شود، مانند شکل 1.19. قدرت تخریب آنها نمونه بارز مقدار انرژی است که اجسام دارای بار الکتریکی می توانند انتقال دهند. حفاظت در برابر صاعقه فقط به دست می آید



https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070



.