حسب النظرية المكروسكوبية (المجهرية) التي قدمها هندريك انطوان لونتز سنة 1895,(1853-1928)فان الكهرباء هي الطاقة التي تخلقها حركة الالكترونات في جسم موصل.
ومن هذه الحركة يتولد التيار الكهربائي.ويمكن ان يتولد تيار كهربائي ,ايضا ,نتيجة فصل الكترونات عن ذرتها عن طريق الاحتكاك او الحرارة او المفعول الكيماوي ("قصف"تلك الالكترونات بالكترونات اخرى).وهنالك عناصر "تخلي سبيل " ذراتها دون ان يتطلب ذلك جهدا كبيرا:انها المواصلات (النحاس,الفضة,الالومنيوم).اما الهواء وبعض المواد مثل الزجاج والمطاط ,فهي عازلة .
تتولد الكهرباء عن الديناموات (مولدات).والدينامو عبارة عن وشيعة يلتف حولها سلك موصل , وتدور بين قطبين مغناطيسيين.
وقد قام فاردي بتجربة,في هذا المضمار,سنة1831 وقد قام وشيعة (من الصنف المذكور ) من حقل مغناطيسي ,ثم يبعدها عنه بالتناوب. والتربينه البخارية هي الاداه المستعملة غالبا لجعل الديناموات تدور. والتربينات الهيدروليكية هي التي تشغل المحطات الموجودة قرب الشلالات او السدود كما ان عدد المحطات النووية المعتمدة بدورها لنفس الهدف,في تزايد مستمر.ويستعمل الفحم والمازوت عادة لتسخين ماء التربينات البخاريةولكن الجانب السلبي في هذا يتمثل في كونهما يلوثان الهواء. اضافة الى هذا فان معدل ما يستهلك منهما الان يجعلنا نستخلص انهما سيستنفذان بعد حوالي قرنين. فما هو الحل الذي سيتم اللجوء اليه اذاك؟
لا شك ان المشروع الذي اشرنا اليه سينجز,ولكن ذالك لن يتم في وقت قريب وبالتالي فلن تتوافر 20000 مليار من الكيلوواطات (ضعف القدر الضروري الان) سنة 2000,بهذه الطريقة التي ما تزال تنتمي الى مجال التصور الذهني. بالنظر الى كل هذا,صيغت مشاريع اخرى,وهي الان قيد الدرس.وهناك واحد من بينها يقتضي استعمال الطاقة الناتجة عن المد. بل ان هناك مصنعا يشتغل بهذه الطاقة في فرنسا (يشرف على مصب "الرانس" ببريطانيا)وينتج حوالي 30000كيلوواط.
تاريخ الكهرباء:
اصل كلمة كهرباء العربية كهربا ( وهو صمغ شجرة اذا حك صار يجذب التبن نحوه).
فالكهرباء الستاتيكية (السكونية)هي اول ما عرف من اشكال الكهرباء . ويمكن بالفعل ان تتولد
اذا ما حكت قطعة راتنج (مادة صمغية تنتجها بعض النباتات ) شبيهة بالعنبر...
بعد ذلك بمائة وثلاثين سنة . الانجليزي ستيفن غراي (1670-1736) جمع لائحة تتضمن اسماء العناصر الموصلة والعناصر العازلة للكهرباء .وفي 1733,اكتشف الفرنسي شارل دوفاي 1698-1733وجود شحنة كهربائية موجبة واخرى سالبة:ان الشحنتين من طبيعة واحدة تتنابذان, وشحنتين متعارضتين تتجتذبان.
كانت اول بطارية كهربائية هي "قنينة ليد "(وليد هو اسم المدينة الهولندية التي اخترعت فيها).تلك كانت قنينة مليئة بالماء سدادتها الزجاجية يخترقها مسمار يطال السائل.وعن طريق المسمار ,تبث شحنة في الماء المعزول داخل الزجاج.فاذا احدث تماس بين المسمار وموصل اخر تنتج عن ذلك شرارة.
وفي 1752,تمكن الامريكي بنجامين فرنكلين 1706-1790,في وقت كانت خلاله السماء تبرق وترعد,من توجيه البرق في لحظة ما الى قنينة ليد,باستعال طيارة ورقية,مبرهنا بذلك على كون العواصف الرعدية من طبيعة كهربائية.وتوالت التجارب والاكتشافات بسرعة.فصنع الكسندر فولتا اول بطارية كيميائية (حوالي 1800),اذا راكم اسطوانات من فضة واخرى من توتياء ،تفصل بينهما حلقات من ورق مقوى مشرب بالماء المالح.
وفي سنة 1820,ابرز الدنيماركي ويرستد (1777- 1851) ان هناك علاقات وثيقة بين الكهرباء والمغناطيسية. وذلك ما اكده اندري ماري امبير,اذ اوضح ان لقضيب فولاذي ممغنط نفس خصائص الوشيعة المكهربة. وقد اخترع هذا الاخير,"المقياس الغلفاني" لقياس قوة التيار. وفي 1826,فسر غ. س. اوم (1787-1854) ظاهرة ايصال اجسام صلبة للكهرباء,ووضع تعريفا للجهد الكهربائي(=قوة دافعة كهربائية),ومفعوله على الموصلات.
وفي 1864,قدم ماكسويل 1831-1879,في نظريته الكهرطيسية,تركيبا لكل المعارف المتعلقة بالكهرباء. واخيرا,قدم البرت انشتاين تفسيرا لمجمل الظواهر الكهرطيسية في اطار نظريته النسبية.
الطاقة الكهربائيةفي المستقبل!
يعود30%من المنتوج الكهربائي العالمي الى الولايات المتحدة(أي انها تنتج 2356 مليار كيلوواط)وهي تملك المحطة الكهربائية الثانية في العالم من حيث الاهمية(سد"غراند كوليه" طاقته: 9,8 ميغاواط) بعد محطة ايتايبو (البرازيل, البراغواي),التي تشتغل منذ 1982 وتنتج 12,6 ميغاواط.وفي 1987 كان الاتحاد السوفيتي(ولم يكن بعد قد انقسم الى دول عديدة) يحتل المرتبة الثالثة(سعة:1295 مليار كيلوواط).وهناك عدد من الدول يزداد فيها استهلاك الكهرباء بنسبة اكبر من تلك التي يزداد بها في الولايات المتحدة.ومع هذا, يتوقع ان يستغل في هذه الدول ربع المنتوج العالمي ,سنة 2000.
ان التطور التكنولوجي يمكن من سد الحتجات الانية في هذا المضمار.ولكن لن تتفاقم ازمة الطاقة بشكل مقلق قبل القرن الواحد والعشرين.الا ان الوقت والمال اللازمين لتحقيق المشاريع المشار اليها اعلاه يحسبان بالعقود وبالملايير.والكثير من الخبراء في هذا المجال يرون انه من الواجب الشروع في معالجة المشكل الان,قبل ان يفوت الاوان.
الكهرباء احد اكثر مصادر الطاقة وفرة.فهي موجودة في كل شئ.وتمدنا الكهرباء بالحرارة والضوء. وهي التي تسبب القوة المحركة للمحركات التي تسير القاطرات والشاحنات والمعدات الالية.
وبدون الكهرباء لن يكون لدينا راديو او تلفزيون او تلفون .
ما هي الكهرباء؟
الكهرباء هي قوة موجودة في جميع المواد الصلبةوالسائلة والغازية.تتكون المادة من ذرات (اصغر جسيمات يمكن ان ينقسم اليها أي شيء).وتحتوي حبة الرمل الواحدة على الاف الملايين من الذرات .والجزء الخارجي من الذرة يحتوي على جسيم(او اكثر)يسمى الكترونا.اما في داخل الذرة,عند المركز فتوجد نواة صغيرة تتكون من جسيمات تسمى بروتونات ونيوترونات.
الالكترونات والبروتونات :
يفترض ان الالكترونات عليها "شحنة سالبة"وان البروتونات عليها "شحنة موجبة".وفي العادة يتساوى عدد الالكترونات مع عدد البروتونات .لكن في بعض المواد,خصوصا الفلزات ,تكون للذرات الكترونات لها حرية الحركة فيما بين الذرات .
التيار الكهربائي:
ان الكهرباء التي نستخدمها في التسخين والاضاءة والاغراض الاخرى تسمى "تيار كهربيا". يسري التيار الكهربائي في اسلاك الفلز على هيئة الكترونات تتحرك بين ذرات الفلز وكل الكترون له شحنة كهربية.ومع تحرك الاكترونات تتنتقل الشحنات على طول السلك بسرعة عالية جدا.
المولدات الكهربائية
هنالك طريقتان رئيسيتان للحصول على التيار الكهربائي أولهما توليده في بطارية من تفاعلات كيماوية والثانية إنتاجه بالتأثير أو الحث الكهرمغنيطي باستخدام اله تدور ملفا في مجال مغنطيسي (أو تدور مغنطيسا في ملف سلكي )وهذه الإله تسمى مولدا كهربائيا (والصغير منها يسمى أحيانا دينمو) واسهل طريقه لتطبيق هذا المبدأ عمليا هي تدوير ملف سلكي بين قطبين مغنطيس دائم وهذا في الواقع هو ما فعله فإرادي عام1831 وليس من المبالغة القول أن نمط حضارتنا الحالية وطرق المعيشية تعتمد إلى حد بعيد على اكتشافه ذالك فبدون الكهرباء تعدم وسائل الحياة العصرية فلا أناره ولا تدفئه ولا وسائل نقل للملايين بالقطارات الكهربائية ولا مصاعد ولا مكنات للمصانع ولا مئات من الأدوات والاجهزه الكهربائية التي نستخدمها يوميا كان أول مولدات فإرادي نموذج مختبري صغير يدار باليد أما في محطات توليد القدرة الحديثة.
فتدار المولدات بوسائل ميكانكيه وفي المحطات التي تعمل بالفحم أو بالزيت أو الطاقة النواويه تدار المولدات بعنيفات (تربيات)بخارية وتتصل التربيات مناشره بالمولدات وتسنى المجموعة مولدا تربينياوفي المحطات الكهربائية تدوير المولدات.
بالتوربينات المائية ولاعتماد هذه المحطات على القده المائية تشيد في مواقف الشلالات الطبيعية أو متساقط المياه الصنعيه علفى مجاري الانهر .ويبنى لهذا الغرض سد لحصر مياه المسقط وتحويلها في انبوب ضخم لتدير بسقوطها الى المستوى الخفيض تربينا مائيا ومجموعه الموالد التربيني عاى اختلاف انواعها هي وسيله لتحويل الطاقه المكانكيه الى طاقه كهربائيه وقد اسنبط العلم البريطاني (جون) فلنع قاعده تساعد في تحديد اتجاه التيار المستولد في مواصل عندما يحرك في مجال مغنطيسي وتعرف لقاعده اليد اليمنى واذا كان الموصل المدار بهيئه ملف فمن الواضح ان التيار سيغير اتجاهه كل نصف دوره فالتيار الذي ينتجه هذا النوع من المولدات يتغير من الصفر الى الذروه في اتجاه معين ثم ينخفض الى الصفر عندما يتعامد الملف مع المجال ثم يتعكس اتجاه التيار في الملف ويبلغ الدوره في الاتجاه المعاكس قبل ان يعود ثانيه الى الصفر وهذا .التواتر التياري يسنى تيارا مناويا .والتردد هو عدد المرات التي تتكرر فيما مده الدوره في الثانيه .
والتيارات المولده في جميع محطات توليد القدره وهي تيارت متناويه لان هذه التيارت يمكن تغييرهبسهوله محول كهربائية .
في المولدات الصغيرة كدينامو الدراجة مثلا يحصل على مجال المغنطيسي من المغنطيس دائم أما المولدات الضخمة فتستخدم المغانط الكهربائية وتدور داخل الملف السلكي وليس العكس .
والتأثير الحاصل هو نفسه, فالتأثير في هذا الحالة يتولد الملف الثابت (العضو الساكن) بتحريض (آو حث)المجال المغنطيسي المتغير الحاصل في المغنطيسي الدوار (العضو الدوار).
