أنواع الكهرباء الأساسية
الكهرباء الساكنة
تُعتبر الكهرباء الساكنة أو الكهرباء السكونية (بالإنجليزية: Static Electricity) أحد الأنواع الأساسية للطاقة التي تتسبب في العديد من الظواهر اليومية التي يواجهها الإنسان. لفهم هذه الظواهر، من الضروري التعرف على فيزياء الكهرباء السكونية ومبادئ عملها. من الأمثلة على ذلك، تلقي صدمة كهربائية خفيفة من مقبض باب بعد السير على سجادة، أو من مقبض السيارة عند ختام اغلاقها، وأيضاً عند خلع الملابس الصوفية. إذا ألقينا نظرة على الطبيعة، سنجد أن ظاهرة البرق خلال العواصف الرعدية تعتبر نتيجة للكهرباء السكونية.
تنشأ الكهرباء الساكنة من تراكم كميات كبيرة من الشحنات الكهربائية على سطح معين نتيجة احتكاك جسمين معاً، مما يؤدي إلى اختلاف شحنتيهما بعد أن كانا متوازنين. على سبيل المثال، عند فرك بالون بسترّة صوفية، تنتقل الإلكترونات من الصوف إلى البالون، مما يجعل البالون مشحوناً بشحنة سالبة، بينما يصبح الصوف مشحوناً بشحنة موجبة.
لا تقتصر ظواهر الكهرباء الساكنة على ما ذُكر من مواقف يومية، بل تُعتبر جزءاً أساسياً من الحياة والوجود، إذ إنها المسؤولة عن ظواهر كونية طبيعية عديدة. ومع ذلك، لا تحدث هذه الظواهر باستمرار إلا بوجود قوى أخرى. تساعد الكهرباء الساكنة في الحفاظ على البنية الذرية للمادة وتوازنها، مما يدعم استجابة الإنسان للحواس مثل التذوق واللمس والحركة، وكلها مسائل تعتمد على الظواهر الكهربائية داخل الجسم.
الكهرباء المتحركة
تنتج الكهرباء المتحركة نتيجة لتدفق تيار كهربائي عبر موصل، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. يُعرف التيار الكهربائي بأنه معدل تدفق الإلكترونات في الموصل، ويُقاس بوحدة الأمبير (بالإنجليزية: Ampere).
يمكننا تشبيه التيار الكهربائي بتدفق الماء عبر قنوات نهريّة؛ فحركة الإلكترونات تشبه تدفق الماء من نقطة إلى أخرى. عادةً ما يكون الموصل الكهربائي، مثل النحاس، هو المسار الذي يسير فيه التيار. كما يمكن حساب سرعة التيار الكهربائي وطاقته كما نفعل مع المياه في الأنهار.
هناك العديد من الأساليب والمصادر المتاحة لتوليد الكهرباء، منها التفاعلات الكيميائية كما في البطاريات، والعمليات التي تحدث في المولدات الكهربائية، حيث يتم تحويل الطاقة المغناطيسية إلى كهربائية عند دوران المغناطيس حول ملفات من الأسلاك النحاسية، وهو ما يحدث في محطات إنتاج الطاقة.
أنواع الكهرباء المتحركة
تقسم التيارات الكهربائية بشكل عام إلى نوعين رئيسيين:
- التيار المستمر (بالإنجليزية: Direct Current) ويُرمز له بـ (DC)؛ حيث يتميز بكونه ثابت القيمة والاتجاه دون تغير بمرور الوقت، إذ تتحرك الإلكترونات في اتجاه واحد من القطب السالب إلى القطب الموجب للبطارية.
- التيار المتردد (بالإنجليزية: Alternating Current) ويُرمز له بـ (AC)؛ يتميز بتغير القيمة والاتجاه بشكل دوري، حيث يتغير من صفر إلى أقصى قيمة موجبة ثم ينخفض ثم يصبح سالباً، ويتكرر هذا حوالي 50-60 مرة في الثانية.
الاختلافات بين الكهرباء الساكنة والمتحركة
توجد عدة اختلافات ملموسة بين الكهرباء الساكنة والكهرباء المتحركة، منها:
- عملية التوليد: الكهرباء الساكنة تنشأ من انتقال الإلكترونات من جسم إلى آخر عند تلامسهما، بينما الكهرباء المتحركة تنتج عن تدفق مستمر للإلكترونات خلال الموصل.
- الجهد الكهربائي: عادةً ما تكون الكهرباء الساكنة ذات جهد مرتفع، بينما الكهرباء المتحركة ذات جهد منخفض نسبيًا.
- المدة الزمنية: تستمر الكهرباء الساكنة لفترة قصيرة وتختفي بمجرد توقف الإنتقال، بينما الكهرباء المتحركة تبقى مستمرة طالما تم توصيل جهاز بالمصدر الكهربائي.
استخدامات متنوعة لأنواع الكهرباء
تطبيقات الكهرباء الساكنة
استطاع الإنسان الاستفادة من الكهرباء الساكنة في العديد من التطبيقات اليومية، مثل:
- استخدام الكهرباء الساكنة في الطابعات وآلات النسخ، حيث تُجذب الشحنات الكهربائية إلى الورق.
- تطبيقات في عمليات تنظيف المداخن لإزالة الغبار وتحسين جودة الهواء.
- استخدامها في طلاء السيارات لتجنب وصول الرذاذ إلى الأسطح غير المرغوب فيها.
تطبيقات الكهرباء المتحركة
يُستفاد من التيار المستمر في العديد من المجالات، منها البطاريات، التي تُنتج تيارًا ثابتًا سواء كانت قابلة لإعادة الشحن أم لا. الكثير من الأجهزة الكهربائية، مثل الحواسيب والهواتف المحمولة، تعتمد على التيار المباشر لتشغيل الدوائر الكهربائية.
على الرغم من أن معظم الأجهزة تعتمد على التيار المتردد، إلا أنها تحتوي على محولات تعمل على تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر بجهد مناسب. الكهرباء المترددة تعد الخيار الأمثل للمنازل، حيث تسهل نقلها لمسافات طويلة، كما يقلل جهدها العالي من الطاقة الضائعة.
تستخدم المحولات لتحويل التيار المتردد من جهد عالٍ إلى جهد منخفض، وكذلك في تشغيل المولدات والمحركات الكهربائية، التي تستخدم الطاقة الكهربائية لتحويلها إلى طاقة ميكانيكية مفيدة، خاصة في الثلاجات وآلات غسل الصحون.
أنواع الكهرباء وفقاً لمصدر إنتاجها
تتعدد مصادر إنتاج الكهرباء، وفيما يلي أهمها:
الطاقة غير المتجددة
تشمل الطاقة الناتجة عن مصادر غير متجددة مثل الوقود الأحفوري (النفط، الغاز، الفحم)، والتي تُعتبر ثروة لبعض الدول ولكنها غير صديقة للبيئة، حيث تسهم في التلوث واحتباس الحرارة، والمشاكل الطبيعية الأخرى.
الطاقة الكهرومائية
(بالإنجليزية: Hydroelectric Energy) تعتمد على تدفق المياه من ارتفاعات عالية مثل الشلالات. تتكون محطات الطاقة الكهرومائية من خزانات ضخمة تحبس المياه، حيث تُحوّل الطاقة الكامنة الناتجة عن فرق الارتفاع إلى طاقة كهربائية عبر شفرات التوربينات.
الطاقة الشمسية
تُعتبر من مصادر الطاقة المتجددة التي تتيح تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء باستخدام الألواح الكهروضوئية. كما يمكن استغلالها في أنظمة تدفئة المباني وتسخين المياه.
طاقة الرياح
تُنتج الكهرباء من خلال حركة الرياح عبر توربينات هوائية، التي تحول الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية.
الطاقة الحيوية
تظهر هنا الكهرباء من خلال احتراق الكتلة الحيوية للنباتات والحيوانات. تُحول هذه العملية الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، لكن يحذر العلماء من أضرار البيئية الناتجة عن انبعاثات الكربون.
الطاقة الحرارية الأرضية
تستغل درجات الحرارة المرتفعة للمياه الجوفية من خلال حفر الآبار واستخدامها في توليد الكهرباء، إلا أن هذه الطريقة قد تؤدي إلى زيادة خطر الزلازل في المناطق الساخنة.
