أهم 7 أسئلة واجهتني عن الكهرباء

أهم 7 أسئلة واجهتني عن الكهرباء.

الكهرباء، نحتاجها ونستعملها يوميا، ولا نكاد ندري عنها شيئا، أما بالنسبة لي فالكهرباء هي شغفي وتخصصي أيضا، فأنا طالب هندسة كهربائية في السنة الأخيرة وقمت مؤخرا بمساهمة على منصة حسوب I/O بخصوص الكهرباء، وفي الحقيقة لقد تلقيت العديد من الأسئلة المهمة جدا حول الكهرباء وماهيتها وأحببت أن أشارككم هنا ببعض هذه الأسئلة.

هنا رابط المشاركة على منصة حسوب I/O.

والآن أترككم مع الأسئلة: 

1- كيف تشرح ماهية الكهرباء لطفل ؟

كل شيء يتكون من ذرات، في الذرات قطع صغيرة تسمى الالكترونات، عندما تتحرك هذه الالكترونات فإنها تعطينا من طاقتها لننعم بالضوء والكهرباء.

2- ما هى الفكره الأساسية التى قامت عليها الكهرباء ؟

كلمة “مهندس كهربائي” حديثة، عمرها لا يتعدى 150 عام، بدأ المصطلح بالظهور مع بدأ تصميم خطوط التلغراف.

الكهرباء كما نعرفها اليوم يمكن أن تعزى إلى أبحاث مايكل فارادي وماكسويل، هؤلاء العظماء وحدوا الكهرباء والمغناطيسية فيزيائيا ليأتي بعدهم العظيم نيكولا تسلا ويستخدم نظرياتهم هندسيا.

ربما تكون أعظم لحظة في حياة الكهرباء عندما لاحظ مايكل فارادي الرابطة بينها وبين المغناطيسية

الكهرباء خاصية اساسية في المادة .. فمنذ أن خلق الكون والذرات تحوي الشحنات الكهربائية "البروتون والالكترون".

3- ما علاقة الكهرباء مع المغناطيسية؟

إن الكهرومغناطسية بناء من كلمتين كهرباء-مغناطيسية وذلك لترابطها الشديد، إذ يعتبران وجهين لنفس العملة، تجليان لنفس القوة، والقوة الكهرومغناطيسية قوة أساسية في الطبيعية (بالإشتراك مع النووية الشديدة والنووية الضعيفة والجاذبية)، أيضا يمكننا تقسيم الآلآت الكهربائية لثلاث فئات رئيسية: المولد والمحرك والمحول، وأساس عملهم الرابطة بين الكهرباء والمغناطيسية، مثلا: عندما يقطع موصل مجال مغناطيسي ينشأ فيه تيار (وهذا مبدأ عمل المولد)، أما عندما يمر تيار في موصل ينشأ مجال مغناطيسي (وهذا مبدأ المحرك)، أما المحول فإنه يقوم بتحويل الكهرباء لمجال مغناطيسي ثم يعيد تحويل هذا المجال إلى كهرباء بجهد وتيار مختلف !!

4- ما الفرق بين الجهد الكهربائي (التوتر) والتيار الكهربائي ؟

الجهد الكهربائي هو عبارة عن الطاقة التي تحتاجها لنقل شحنة كهربائية من نقطة لأخرى، يعني إذا كان فرق الجهد بين نقطتين 10 فولت فهذا يعني أننا بحاجة  10 جول من الطاقة لنقل كولوم واحد بين النقطتين، وهو السبب في تحرك التيار الكهربائي،التيار يتحرك من الجهد الأعلى للأدنى.

ومن هذا التعريف نستنتج أن التيار الكهربائي هو عبارة عدد الشحنات التي تمر في موصل في الثانية الواحدة، وقولنا أن 1 أمبير يمر في هذا الموصل يعني أن كولوما واحدا يمر عبره في الثانية الواحدة.

5- ما الفرق بين التيار المتناوب (المتردد) والتيار المستمر؟ وكيف يتم التحويل بينهما؟

التيار المتناوب تحفة نيكولا تيسلا، ويقوم على مبدأ تغيير اتجاه مرور التيار في الموصل وهو التيار المستخدم في عمليات نقل الطاقة الكهربائية، ويكمن الفرق الرئيسي بينه وبين التيار المستمر، أن التيار المستمر لا يغير اتجاهه، فعند قولنا أن تيارا متناوبا يمر في قابس جهاز التلفاز بتردد 50 هيرتز فهذا يعني أن التيار يدخل من السلك الأول للقابس ويخرج من الثاني ثم يتوقف ثم يعود ليدخل من السلك الثاني ويخرج من الأول بانتظام 50 مرة كل ثانية !!

أما بالنسبة للتيار المستمر فيمكن اعتباره تيارا متناوبا ولكن بتردد 0 هيرتز، مما يعني أنه يدخل من السلك الأول ويخرج من الثاني بانتظام ودون تغيير لقيمته أو اتجاهه !!

أما بالنسبة لعملية التحويل، فالجهاز الذي يحول من تيار متناوب لتيار مستمر يسمى المقلم "Rectifier" ولا أعرف في الحقيقة أسماء تجارية له، وأهم تطبيق له هو شواحن أجهزتنا بشكل عام.

أما التحويل من تيار مستمر لمتناوب فجهازه هو الانفيرتر أو العاكس "inverter" وهو اسمه التجاري أيضا، 

وأهم تطبيق له هو تحويل التيار الناتج من الخلايا الشمسية لتيار متناوب. 

6- كم فولت تقتل الإنسان؟

ليس الجهد الكهربائي ما يقتل الإنسان، ولكن مرور التيار الكهربائي فيه هو ما يحرر طاقة كبيرة ويحترق الجسم بسببه، وتقريبا )ثمن،1/8) أمبير تعتبر قاتلة وتعتمد أيضا لمدة التعرض للضربة الكهربائية، تختلف القيمة من شخص لآخر ومن ظرف لآخر، ولكن إذا كان الشخص يقف على الأرض حافيا وعلى أرضية غير مبلولة فتقريبا 220 فولت لمدة ثواني ستكون قاتلة. 

7- لماذا لا زالت بعض الدول تعمل على جهد 110 فولت بدلا من 220 فولت؟

في الحقيقة هناك شبه اتفاق عالمي على توحيد قيمة الفولتية لشبكات التوزيع عند 230 فولت بدلا من 110 و220 فولت، إن هذا سيؤدي لزيادة كفاءة شبكات التوزيع وتقليل فقد الكهرباء، ولكن المخاطر تنطوي في عملية تصميم القوابس والمسافات بينها، إذ أن فولت أعلى يعني الحاجة لمسافة عزل أكبر وإلا فقد تنطلق شرارة تسبب حريق،الأمر لا يدعو للخوف لأن تصميم القوابس يأخذ هذا الكلام بعين الاعتبار، أتوقع أن تتجه كل الدول ل230 فولت قريبا.

الكلمات المفتاحية: الكهرباء، الهندسة الكهربائية، الجهد الكهربائي، التيار الكهربائي، التردد الكهربائي، فولت، أمبير، تيار متناوب، تيار متردد