الكهـــــــــرباء

" تتجاذب الأجسام ذات الشحنات المختلفة وتتنافر الأجسام ذات الشحنات المتشابهة"

تظهر الكهرباء بصورة واضحة في كافة نواحي الحياة، فالكهرباء تدير تروس الماكينات في المصانع وتمد الحاسبات ""Computers بالطاقة اللازمة لتشغيلها وكذلك التليفزيون والأجهزة الإليكترونية بالإضافة إلى إنارة الشوارع ليلا، كما أن الطاقة الصادرة من البطاريات تدير سياراتنا. ويستطيع كل منا أن يفعل شيئا بسيطا ليشعر بأهمية الكهرباء، فمثلا قم بجولة في مدرستك أو منزلك واكتب كل أنواع الأجهزة المختلفة وكذلك الماكينات التي تعتمد في تشغيلها على الكهرباء، وسوف تندهش بتعدد الأجهزة التي تستخدمها وتعتمد عليها في حياتك اليومية والتي تستخدم الكهرباء كمصدر للطاقة.

لكن يظل السؤال، ما هي الكهرباء؟ من أين تأتي؟ كيف تعمل؟ وقبل أن نتفهم هذه الأمور فإننا نحتاج إلى بعض البيانات عن الذرة "Atom " وتكوينها.

كل المواد تتكون من ذرات، والذرات بدورها تتكون من جسيمات أصغر، وهذه الجسيمات هي البروتون "Proton"، النيترون""Neutron، والإليكترون ""Electron. فالإليكترونات تدور في مسارات حلزونية حول محورها وكذلك حول نوياتها "Nuclei" بنفس الطريقة التي يدور بها القمر حول الأرض، فالنويات تتكون من نيترونات وإليكترونات.

تحتوي الإليكترونات على شحنات سالبة والبروتونات على شحنات موجبة، في حين أن النيترونات متعادلة الشحنة. وتوجد أنواع مختلفة من النويات كل نواة خاصة بعنصر مختلف، حيث يوجد 118 عنصر مختلف هي التي تشكل الحياة من حولنا، والأكسجين الذي يمثل أحد أهم عناصر الحياة على كوكب الأرض هو أحد هذه العناصر.

تتكون كل نواة من عدد معين من الإليكترونات والبروتونات والنيترونات، ويمكن تصنيف الأنوية كأحد نوعين إما "مستقرة" أو غير مستقرة"، وتسمي النواة مستقرة إذا كان عدد الإليكترونات مساوي لعدد البروتونات. فالنواة التي تحتوي على 6 بروتونات يجب أن تحتوي على 6 إليكترونات، ويعرف هذا العنصر بيننا باسم "الكربون"، فالكربون يوجد في الغلاف الجوي ""Atmosphere وفي معظم النباتات وكذلك الطعام الذي نتناوله، وكما أن الفحم يتكون من الكربون فالألماس أيضا هو أحد مركبات الكربون!!.

الشكل (1):رسم توضيحي للذرة ومكوناتها

تستطيع الإليكترونات أن تنتقل من نواة لأخرى، وهو ما يسبب التيار الكهربي، فانتقال الإليكترونات من نواة لأخرى يتم على شكل سريان متواصل (يشبه السلسلة) بين الأنوية وبعضها. وهذه السلسلة تشبه انتقال المشاعل في أيدي حلقة من الأشخاص بشكل مستمر ودائم وفي سرعة كبيرة، وهو ما يحدث عند انتقال الكهرباء في سلك أو في دائرة كهربية، فالشحنة تنتقل من نواة لأخرى ليمر معها التيار الكهربي. 

يمتلك العلماء والمهندسون من الطرق ما يمكنهم من نقل الإليكترونات من نواة لأخرى، وهو ما يحدث بإضافة إليكترونات أو بروتونات إلي النواة مما يمنع استقرارها فتبحث النواة عن بروتون أو إليكترون ليملأ الفراغ ولتستقر النواة، وعليه يقال أن هذه النواة الغير مستقرة "موجبة الشحنة" لأنها تحتوي على عدد من البروتونات أكثر من عدد الإليكترونات. بناء على ذلك فإن الإليكترون الحر يتحرك في انتظار أي نواة غير مستقرة ليحقق لها الاستقرار، وبالتالي فإن النواة التي تحتوي على عدد من الإليكترونات أكبر من عدد النيترونات تسمي نواة سالبة الشحنة.

الشكل (2): رسم توضيحي لحركة الإليكترونات

لكن ما الذي تفعله الشحنات السالبة والموجبة؟، طالما أن هناك أنوية موجبة الشحنة فإنها تبحث عن إليكترونات سالبة الشحنة حتى تستقر، وبالتالي فإن هذه الأنوية تمتلك قوي تجاذب نحو الإليكترونات. أيضا الإليكترونات تريد أن تكون جزءا من النواة المستقرة، وعلية فإنها تمتلك قوى تجاذب مع النيترونات موجبة الشحنة، ومعنى هذا أن الجسيمات الموجبة تنجذب نحو السالبة والعكس صحيح، ويحدث ذلك بغرض الاستقرار.