الکتریسیته چطور کار می‌کند؟ (به زبان ساده)

الکتریسیته چیزی است که ما هر روزه در حال استفاده از آن هستیم، از شارژ کردن گوشی موبایل تا لذت بردن از یک حمام آب گرم بعد از باشگاه! با این حال، بسیاری از ما احتمالاً نمی‌توانیم به این سؤال پاسخ دهیم که «الکتریسیته چگونه کار می‌کند؟» با توجه به همین دغذغه هم در این مقاله، تلاش می‌کنیم تا به شما درک روشنی از چیستی الکتریسیته دهیم و در کنار آن از حقایق جالبی حول این حوزه پرده برداریم.
فهرست محتوا

برق یا الکتریسیته چیست؟
الکتریسیته از کجا می‌آید؟
برق با چه سرعتی حرکت می‌کند؟
رعد و برق و تخلیه‌ی الکتریکی چیست؟
با مغزتان یک لامپ کوچک را روشن کنید!
الکتریسیته اولین بار در سال ۶۰۰ قبل از میلاد کشف شد!

برق یا الکتریسیته چیست؟

مفهوم الکتریسیته بر اساس حرکت الکترون‌ها پایه‌گذاری شده است. درواقع هنگامی که الکترون‌ها را مجبور به حرکت همزمان می‌کنید، گرما تولید می‌شود، در چنین حالتی مفهوم جاری شدن الکتریسیته رخ می‌دهد. در همین راستا هنگامی که الکتریسیته در یک مکان جمع می‌شود، به عنوان الکتریسیته ساکن شناخته می‌شود و هنگامی که الکتریسیته از یک مکان به مکان دیگر منتقل می‌شود، الکتریسیته جاری نام می‌گیرد. با توجه به همین توضیح هم وقتی در مورد نحوه‌ی کار الکتریسیته صحبت می‌کنیم، اساساً نتیجه‌ی تجمع یا حرکت تعداد خاصی از الکترون‌ها را بررسی می‌کنیم. حال اجازه دهید نحوه‌ی کارکرد الکتریسیته را با یک مثال مشخص‌تر کنیم.

تصور کنید وارد اتاقی می‌شوید و کلید برق را می‌زنید، تا چراغ اتاق روشن شود. با این کار شما دقیقا چه کاری انجام داده‌اید؟ شما اساسا یک مدار را بستید تا الکترون‌ها بتوانند در سیم‌ها جاری شوند. با اعمال همین منطق، وقتی یک کلید را خاموش می‌کنید، یک مدار را باز می‌کنید. درواقع با خاموش کردن کلید جلوی جاری شدن الکترون‌های اتم مس (در سیم‌های مسی) را می‌گیرید. به همین ترتیب، زمانی که تلفن خود را شارژ، تلویزیون را روشن یا با هر وسیله‌ی دیگری کار می‌کنید، منطق مشابهی اعمال می‌شود.

الکتریسیته از کجا می‌آید؟

بسیاری از مردم نمی‌دانند که الکتریسیته در واقع یک منبع انرژی ثانویه است، به این معنی که شما از تبدیل سایر منابع اولیه‌ی انرژی مانند گاز طبیعی، زغال سنگ، انرژی هسته‌ای، نفت و غیره آن را به دست می‌آورید. جالب اینجاست که این منابع اولیه‌ی انرژی می‌توانند تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر باشند، اما خود الکتریسیته در هیچ یک از این دو دسته قرار ندارد. الکتریسیته مفهومی است که در دل بلوک‌های ساختمانی‌ای به نام اتم قرار دارد، به همین دلیل هم شما باید نحوه‌ی رفتار اتم‌ها و از همه مهم‌تر نحوه‌ی رفتار الکترون‌ها را بدانید.

هر اتمی دارای هسته‌ای است که از پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شده است. در عین حال الکترون‌ها ذرات باردار هستند که در خارج از هسته و به دور هسته می‌چرخند. از آنجایی که پروتون‌ها دارای بار مثبت و الکترون‌ها دارای بار منفی هستند، این دو ذره یکدیگر را جذب می‌کنند. همین نیروی جاذبه‌ی بین این دو ذره هم، هر دو بار را برابر هم نگه می‌دارد که به نوبه خود تعادل اتم را حفظ می‌کند.

درک رابطه‌ی بین پروتون‌ها و الکترون‌ها

به طور کلی الکترون‌های یک عنصر می‌تواند در لایه‌های مختلفی در اطراف هسته بنشیند. در همین راستا طبیعی است که الکترون‌های موجود در بیرونی‌ترین لایه در مقایسه با الکترون‌های لایه‌های نزدیک، جاذبه‌ی ضعیف‌تری برای پروتون‌ها دارند. بنابراین الکترون‌هایی که تحت تاثیر جاذبه‌ی ضعیف‌تری از طرف هسته هستند می‌توانند از مدار خارج شوند، که به نوبه خود باعث می‌شود بتوانند از یک اتم به اتم دیگر جا‌به‌جا شوند. جای تعجب نیست که همین الکترون‌های متحرک هستند که الکتریسیته را می‌سازنند. اگرچه به زبان بسیار ساده می‌توان اشاره کرد که الکتریسیته از الکترون‌ها ساخته شده است، اما از نقطه نظر فنی، این جریان بار الکتریکی است که به عنوان شکلی از الکتریسیته، عامل ایجاد جریان الکتریکی به حساب می‌آید.

زمانی که الکترون‌ها از یک مکان به مکان دیگر می‌روند یا به عبارتی دقیق‌تر در مدار گردش می‌کنند، انرژی الکتریکی را مانند مورچه‌هایی که غذا (برای الکترون بار الکتریکی منفی) را حمل می‌کنند از مکانی به مکان دیگر انتقال می‌دهد.

زمانی که الکترون‌ها از یک مکان به مکان دیگر می‌روند یا به عبارتی دقیق‌تر در مدار گردش می‌کنند، انرژی الکتریکی را مانند مورچه‌هایی که غذا (برای الکترون بار الکتریکی منفی) را حمل می‌کنند از مکانی به مکان دیگر انتقال می‌دهد. هنگامی که ساختار سیم یا هر وسیله‌ای باعث شود الکترون به راحتی از طریق آن حرکت کند، الکتریسیته می‌تواند از طریق آن منتقل شود. در حالت کلی فلزاتی مانند مس دارای الکترون‌های آزاد هستند که به اتم‌های اصلی آن‌ها اتصال محکمی ندارند، به همین دلیل هم این الکترون‌ها در سراسر ساختار مس آزادانه جریان پیدا می‌کنند. از طرفی در چیزهایی مانند پلاستیک که نارسانا است، الکترون‌ها اتصال محکم‌تری به اتم‌های ماده دارند، در نتیجه، برق از پلاستیک عبور نمی‌کند.

برق با چه سرعتی حرکت می‌کند؟

برق با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کند! جالب است بدانید که الکتریسیته با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کند که در مجموع به ۶۷۰۶۱۶۶۲۹ مایل در ساعت می‌رسد. به منظور درک بهتر این موضوع باید بدانید که ۶۷۰,۶۱۶,۶۲۹ مایل در ساعت معادل با ۳۰۰ میلیون متر در ثانیه است! همانطور که در بخش قبلی هم اشاره شد، همه چیز از جمله رقم خوردن چنین سرعتی برای حرکت الکتریسیته، به الکترون‌ها و ایجاد جریان الکتریکی بستگی دارد.

رعد و برق و تخلیه‌ی الکتریکی چیست؟

همانطور که احتمالا بارها و بارها شنیده‌اید، رعد و برق توسط یک جریان الکتریکی عظیم ایجاد می‌شود. درواقع اگرچه ممکن است این طور به نظر برسد که ابرها به طور مسالمت‌آمیز در آسمان حرکت می‌کنند، اما به طور فریبنده‌ای فعال هستند. در شرایط آب و هوایی متغیر، آب و یخ توسط جریان‌های هوای گرم در اتمسفر بالا می‌رود و سپس توسط گرانش به سمت پایین باز می‌گردد. در طول چنین سفری، قطرات آب و یخ در ابرها فشرده می‌شوند و نه تنها در اطراف بلکه در داخل آن هم گردش می‌کنند.

با گذشت زمان، به واسطه‌ی همین آب و یخ، در داخل ابرها بار الکتریکی ایجاد می‌شود و درست شبیه به زمانی که یک بادکنک را به موهای خود می‌مالید تا الکتریسیته ساکن در آن ایجاد شود، ابرها هم به همین شکل باردار می‌شوند. به طور کلی این توزیع بارها در یک روز عادی، هیچ مشکلی ایجاد نمی‌کند. با این حال، در یک روز طوفانی، بادهای متلاطم باعث جدا شدن بارهای الکتریکی می‌شود. با حرکت ابرهای بارانی در آسمان، بلورهای یخ درون آن‌ها به پایین می‌روند، در حالی که قطرات آب به سمت بالا می‌روند. بلورها بار منفی دارند، در حالی که قطرات آب بار مثبت دارند. جداسازی این بارها به ابر اجازه می‌دهد تا قدرت خود را افزایش دهد و سرانجام، وقتی بار الکتریکی به اندازه‌ی کافی بزرگ شد، به صورت یک رعد و برق به زمین برخورد می‌کند.

با مغزتان یک لامپ کوچک را روشن کنید!

همانطور که احتمالا می‌دانید مغز از خود الکتریسیته تولید می‌کند. به این معنی که سلول‌های عصبی آن با پالس‌های کوچک الکتریسیته با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند که توسط تغییرات در غشای سلول‌های عصبی ایجاد می‌شود و به مولکول‌های باردار اجازه می‌دهد در پاسخ به سیگنال‌های شیمیایی به داخل و خارج سلول جریان پیدا کنند. به عبارت دیگر، مغز برق خودش را خود تولید می کند. به بیان فنی‌تر میزان پردازش مغز به دلیل فعالیت‌های الکتریکی‌ای که دارد به حدی است که می‌تواند با سرعت ۲۴۰ کلیومتر بر ساعت اطلاعات را از همه نقاط بدن به مغز منتقل کند. این فعالیت‌های مغز در هنگام بیداری می‌تواند میزانی از الکتریسته را تولید کنند که با آن می‌توان یک لامپ کوچک را روشن کرد.

الکتریسیته اولین بار در سال ۶۰۰ قبل از میلاد کشف شد!

گزارش‌های زیادی وجود دارد که مساله‌ی کشف الکتریسیته را به سال‌های مختلفی نسبت می‌دهد. با این حال، طبق آخرین تحقیقات قدمت کشف الکتریسیته به ۶۰۰ سال قبل از میلاد در یونان باستان می‌رسد. درواقع برای اولین‌ بار در جهان این یونانی‌ها بودند که به این نتیجه رسیدند که با مالیدن تکه‌ای کهربا به چیزی مانند خز یا پارچه، می‌توانند شکلی از الکتریسیته‌ی ساکن را ایجاد کنند. حتی جالب است بدانید که علاوه بر اکتشاف یونانی‌ها، تصور می‌شود که رومی‌ها هم از برق برای ساخت باتری استفاده می‌کردند. در دهه ۱۹۳۰، باستان شناسان مجموعه‌ای از گلدان‌هایی را کشف کردند که با ورقه‌های مسی پنهان در داخل آن طراحی شده بودند. کارشناسان معتقدند که رومی‌ها از این گلدان‌ها به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کردند!