كهرباء

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 20 صور
الموسوعة الحرة

صاعقة تضرب مدينة ليلاً
الكهرباء غير مرئية، لكنها يمكن أن تُنتج ظواهر يمكن ملاحظتها بالعين المجردة، كما هو موضح هنا من خلال وميض البرق وأشكال مختلفة من الضوء الكهربائي في المباني.

الكهرباء هي مجموعة الظواهر الفيزيائية المرتبطة بوجود وحركة المادة التي تحمل شحنة كهربائية . ترتبط الكهرباء بالمغناطيسية ، فكلتاهما جزء من ظاهرة الكهرومغناطيسية ، كما هو موضح في معادلات ماكسويل . ومن الظواهر الشائعة المرتبطة بالكهرباء: البرق ، والكهرباء الساكنة ، والتسخين الكهربائي ، والتفريغ الكهربائي ، وغيرها الكثير.

يُنتج وجود شحنة كهربائية، سواء كانت موجبة أو سالبة، مجالًا كهربائيًا . وتُشكل حركة حاملات الشحنة الكهربائية تيارًا كهربائيًا ، وتُنتج بدورها مجالًا مغناطيسيًا . في معظم التطبيقات، يُحدد قانون كولوم القوة المؤثرة على جسيم مشحون كهربائيًا . أما الجهد الكهربائي فهو الشغل المبذول لنقل شحنة كهربائية من موضع إلى آخر داخل مجال كهربائي، ويُقاس عادةً بالفولت .

تلعب الكهرباء دورًا محوريًا في العديد من التقنيات الحديثة، حيث تُستخدم في الطاقة الكهربائية حيث يتم استخدام التيار الكهربائي لتشغيل المعدات، وفي الإلكترونيات التي تتعامل مع الدوائر الكهربائية التي تتضمن مكونات نشطة مثل الأنابيب المفرغة والترانزستورات والديودات والدوائر المتكاملة ، وتقنيات الربط السلبي المرتبطة بها .

يعود تاريخ دراسة الظواهر الكهربائية إلى العصور القديمة، مع تقدم بطيء في الفهم النظري لها حتى القرنين السابع عشر والثامن عشر. وشكّل تطوير نظرية الكهرومغناطيسية في القرن التاسع عشر تقدماً ملحوظاً، مما أدى إلى استخدام الكهرباء في التطبيقات الصناعية والسكنية من قبل مهندسي الكهرباء بحلول نهاية القرن. وكان هذا التوسع السريع في التكنولوجيا الكهربائية آنذاك القوة الدافعة وراء الثورة الصناعية الثانية ، حيث ساهمت مرونة الكهرباء في إحداث تحولات في كل من الصناعة والمجتمع. وتُعدّ الكهرباء عنصراً أساسياً في تطبيقات تشمل النقل والتدفئة /التبريد والإضاءة والاتصالات والحوسبة ، مما يجعلها أساس المجتمع الصناعي الحديث . [ 1 ]

تاريخ

تمثال نصفي لرجل ملتحٍ بشعر أشعث
صورة خيالية لطاليس ، أول باحث معروف في مجال الكهرباء

قبل وقت طويل من ظهور أي معرفة بالكهرباء، كان الناس على دراية بالصدمات الكهربائية التي تسببها الأسماك الكهربائية . فقد وصفتها نصوص مصرية قديمة تعود إلى عام 2750 قبل الميلاد بأنها "حامية" جميع الأسماك الأخرى. وأُبلغ عن الأسماك الكهربائية مرة أخرى بعد آلاف السنين من قبل علماء الطبيعة والأطباء اليونانيين والرومان والعرب القدماء . [ 2 ] وشهد العديد من الكتاب القدماء، مثل بليني الأكبر وسكريبونيوس لارجوس ، على التأثير المخدر للصدمات الكهربائية التي تُصدرها أسماك السلور الكهربائية وأسماك الراي الكهربائية ، وكانوا يعلمون أن هذه الصدمات يمكن أن تنتقل عبر الأجسام الموصلة. [ 3 ] وكان يُنصح المرضى الذين يعانون من أمراض مثل النقرس أو الصداع بلمس الأسماك الكهربائية على أمل أن تُشفيهم الصدمة القوية. [ 4 ]

عرفت الحضارات القديمة حول حوض البحر الأبيض المتوسط ​​أن بعض الأشياء، مثل قضبان الكهرمان ، يمكن فركها بفراء القطط لجذب أجسام خفيفة كالريش. أجرى طاليس الملطي سلسلة من الملاحظات حول الكهرباء الساكنة حوالي عام 600 قبل الميلاد، واعتقد من خلالها أن الاحتكاك يجعل الكهرمان مغناطيسيًا ، على عكس معادن مثل المغنتيت التي لا تحتاج إلى فرك. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] كان طاليس مخطئًا في اعتقاده أن الجذب ناتج عن تأثير مغناطيسي، لكن العلم أثبت لاحقًا وجود صلة بين المغناطيسية والكهرباء. [ 9 ]

صورة نصفية لرجل أصلع، ممتلئ الجسم نوعاً ما، يرتدي بدلة من ثلاث قطع.
أجرى بنجامين فرانكلين بحثًا مستفيضًا حول الكهرباء في القرن الثامن عشر، كما وثق ذلك جوزيف بريستلي (1767) في كتابه "تاريخ الكهرباء ووضعها الحالي" ، والذي أجرى معه فرانكلين مراسلات مطولة.

ظلت الكهرباء مجرد فضول فكري لآلاف السنين حتى عام 1600، عندما كتب العالم الإنجليزي ويليام جيلبرت كتابه "دي ماغنيت" (De Magnete )، الذي أجرى فيه دراسة دقيقة للكهرباء والمغناطيسية، مميزًا تأثير حجر المغناطيس عن الكهرباء الساكنة الناتجة عن فرك الكهرمان. [ 5 ] وقد صاغ جيلبرت الكلمة اللاتينية الحديثة "إليكترون" ( electricus ) التي تعني "الكهرمان" أو "شبيه بالكهرمان"، والمشتقة من الكلمة اليونانية "إلكترون" (elektron ) التي تعني "الكهرمان"، للإشارة إلى خاصية جذب الأجسام الصغيرة بعد فركها. [ 10 ] وقد أدى هذا الربط إلى ظهور الكلمتين الإنجليزيتين "electric" و"electricity"، اللتين ظهرتا لأول مرة في كتاب توماس براون " بسودوكسيا إيبيديميكا" (Pseudodoxia Epidemica) عام 1646. [ 11 ] وقد أجرى إسحاق نيوتن أبحاثًا مبكرة في مجال الكهرباء، [ 12 ] حيث تُعد فكرته المدونة في كتابه "أوبتكس" (Opticks) بداية نظرية المجال للقوة الكهربائية. [ 13 ]

أُجريت أعمالٌ إضافية في القرنين السابع عشر وأوائل الثامن عشر على يد أوتو فون غيريك ، وروبرت بويل ، وستيفن غراي ، وسي إف دو فاي . [ 14 ] وفي وقت لاحق من القرن الثامن عشر، أجرى بنجامين فرانكلين أبحاثًا مستفيضة في مجال الكهرباء، وباع ممتلكاته لتمويل عمله. ويُروى أنه في يونيو 1752، قام بتثبيت مفتاح معدني في أسفل خيط طائرة ورقية مُبلل، وأطلق الطائرة في سماء مُلبدة بالغيوم . [ 15 ] وأظهرت سلسلة من الشرر المتطاير من المفتاح إلى ظهر يده أن البرق كان بالفعل ذا طبيعة كهربائية. [ 16 ] كما فسّر السلوك الذي يبدو متناقضًا [ 17 ] لجرة ليدن ، باعتبارها جهازًا لتخزين كميات كبيرة من الشحنة الكهربائية، من حيث أن الكهرباء تتكون من شحنات موجبة وسالبة. [ 14 ]

لوحة زيتية بورتريه نصفية لرجل يرتدي بدلة داكنة
شكلت اكتشافات مايكل فاراداي الأساس لتكنولوجيا المحركات الكهربائية.

في عام 1775، قدم هيو ويليامسون سلسلة من التجارب إلى الجمعية الملكية حول الصدمات الكهربائية التي يُحدثها ثعبان البحر الكهربائي ؛ [ 18 ] وفي العام نفسه، وصف الجراح وعالم التشريح جون هنتر بنية الأعضاء الكهربائية لهذا السمك . [ 19 ] [ 20 ] وفي عام 1791، نشر لويجي جالفاني اكتشافه للمغناطيسية الحيوية ، مُثبتًا أن الكهرباء هي الوسيلة التي تنقل بها الخلايا العصبية الإشارات إلى العضلات. [ 21 ] [ 22 ] [ 14 ] وقد وفرت بطارية أليساندرو فولتا ، أو ما يُعرف بالعمود الفولتائي ، عام 1800، والمصنوعة من طبقات متناوبة من الزنك والنحاس، للعلماء مصدرًا أكثر موثوقية للطاقة الكهربائية من الآلات الكهروستاتيكية المستخدمة سابقًا. [ 21 ] [ 22 ] يُعزى اكتشاف الكهرومغناطيسية ، أي وحدة الظواهر الكهربائية والمغناطيسية، إلى هانز كريستيان أورستد وأندريه ماري أمبير في الفترة ما بين 1819 و1820. اخترع مايكل فاراداي المحرك الكهربائي عام 1821، وحلل جورج أوم الدائرة الكهربائية رياضيًا عام 1827. [ 22 ] ربط جيمس كلارك ماكسويل الكهرباء والمغناطيسية (والضوء) بشكل قاطع ، لا سيما في كتابه " حول خطوط القوة الفيزيائية " عامي 1861 و1862. [ 23 ] : 148

بينما شهدت أوائل القرن التاسع عشر تقدماً سريعاً في العلوم الكهربائية، شهدت أواخر القرن نفسه أعظم تقدم في الهندسة الكهربائية . فبفضل شخصيات بارزة مثل ألكسندر غراهام بيل ، وأوتو بلاثي ، وتوماس إديسون ، وغاليليو فيراريس ، وأوليفر هيفسايد ، وأنيوس جيدليك ، وويليام طومسون ، والبارون الأول لكلفن ، وتشارلز ألجيرنون بارسونز ، وفيرنر فون سيمنز ، وجوزيف سوان ، وريجينالد فيسيندين ، ونيكولا تيسلا ، وجورج وستنجهاوس ، تحولت الكهرباء من مجرد ظاهرة علمية مثيرة للاهتمام إلى أداة أساسية للحياة العصرية. [ 24 ]

في عام ١٨٨٧، اكتشف هاينريش هيرتز [ ٢٥ ] : ٨٤٣-٨٤٤ [ ٢٦ ] أن الأقطاب الكهربائية المُضاءة بالأشعة فوق البنفسجية تُولّد شرارات كهربائية بسهولة أكبر. وفي عام ١٩٠٥، نشر ألبرت أينشتاين بحثًا يُفسّر فيه البيانات التجريبية للتأثير الكهروضوئي بأنه ناتج عن انتقال طاقة الضوء في حزم مُكمّمة مُنفصلة، ​​مما يُنشّط الإلكترونات. وقد أدى هذا الاكتشاف إلى ثورة الكم . مُنح أينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء عام ١٩٢١ لاكتشافه قانون التأثير الكهروضوئي. [ ٢٧ ] يُستخدم التأثير الكهروضوئي أيضًا في الخلايا الكهروضوئية ، مثل تلك الموجودة في الألواح الشمسية .

كان أول جهاز يعمل بتقنية الحالة الصلبة هو " كاشف شعيرات القط "، الذي استُخدم لأول مرة في أوائل القرن العشرين في أجهزة استقبال الراديو. يُوضع سلك يشبه الشعيرة على اتصال خفيف مع بلورة صلبة (مثل بلورة الجرمانيوم ) للكشف عن إشارة الراديو عن طريق تأثير وصلة التلامس. [ 28 ] في مكونات الحالة الصلبة، ينحصر التيار في عناصر ومركبات صلبة مصممة خصيصًا لتبديله وتضخيمه. يمكن فهم تدفق التيار في صورتين: إلكترونات سالبة الشحنة ، ونقص إلكترونات موجبة الشحنة تُسمى فجوات . تُفهم هذه الشحنات والفجوات من منظور فيزياء الكم. غالبًا ما تكون مادة البناء شبه موصل بلوري . [ 29 ] [ 30 ]

ازدهرت الإلكترونيات ذات الحالة الصلبة مع ظهور تقنية الترانزستور . تم اختراع أول ترانزستور عامل، وهو ترانزستور ذو نقطة اتصال قائم على الجرمانيوم ، بواسطة جون باردين ووالتر هاوزر براتين في مختبرات بيل عام 1947، [ 31 ] تبعه ترانزستور الوصلة ثنائية القطب عام 1948. [ 32 ]

المفاهيم

الشحنة الكهربائية

تحتوي قبة زجاجية شفافة على قطب كهربائي خارجي يتصل عبر الزجاج بزوج من الأوراق الذهبية. يلامس قضيب مشحون القطب الكهربائي الخارجي، مما يؤدي إلى تنافر الأوراق.
يؤدي الشحن الموجود على جهاز الكشف الكهربائي ذي الورقة الذهبية إلى تنافر الأوراق بشكل واضح.

بحسب الاصطلاح الحديث، تُعرَّف الشحنة التي يحملها الإلكترون بأنها سالبة، بينما تُعرَّف الشحنة التي يحملها البروتون بأنها موجبة. [ 33 ] قبل اكتشاف هذه الجسيمات، كان بنجامين فرانكلين قد عرّف الشحنة الموجبة بأنها الشحنة التي يكتسبها قضيب زجاجي عند دلكه بقطعة قماش حريرية. [ 34 ] يحمل البروتون، بحسب التعريف، شحنة مقدارها 1/28.1.602176634 × 10⁻¹⁹ كولوم  . تُعرف هذه القيمة أيضًا بالشحنة الأولية . لا يمكن لأي جسم أن يحمل شحنة أصغر من الشحنة الأولية، وأي مقدار من الشحنة التي قد يحملها الجسم هو مضاعف للشحنة الأولية. الإلكترون له شحنة سالبة مساوية، أي−1.602 176 634 × 10 −19  كولوم . لا تقتصر الشحنة على المادة فحسب ، بل تشمل أيضًا المادة المضادة ، حيث يحمل كل جسيم مضاد شحنة مساوية ومعاكسة لشحنة الجسيم المقابل له. [ 35 ]

يُؤدي وجود الشحنة إلى نشوء قوة كهروستاتيكية: إذ تُؤثر الشحنات بقوة على بعضها البعض، وهو تأثير كان معروفًا، وإن لم يكن مفهومًا، في العصور القديمة. [ 25 ] : 457 يمكن شحن كرة خفيفة معلقة بخيط رفيع عن طريق لمسها بقضيب زجاجي مشحون بدوره عن طريق فركه بقطعة قماش. إذا شُحنت كرة مماثلة بنفس القضيب الزجاجي، فإنها تتنافر مع الأولى: تعمل الشحنة على إبعاد الكرتين عن بعضهما. كما تتنافر كرتان مشحونتان بقضيب كهرماني محكوك. مع ذلك، إذا شُحنت إحدى الكرتين بالقضيب الزجاجي، والأخرى بقضيب كهرماني، فإن الكرتين تتجاذبان. دُرست هذه الظواهر في أواخر القرن الثامن عشر على يد شارل أوغستان دي كولوم ، الذي استنتج أن الشحنة تتجلى في شكلين متعاكسين. أدى هذا الاكتشاف إلى البديهية المعروفة: الأجسام ذات الشحنات المتشابهة تتنافر، والأجسام ذات الشحنات المختلفة تتجاذب . [ 25 ]

تؤثر القوة على الجسيمات المشحونة نفسها، ولذلك تميل الشحنة إلى الانتشار بأكبر قدر ممكن من التساوي على سطح موصل. يُعطى مقدار القوة الكهرومغناطيسية، سواء كانت جاذبة أو دافعة، بقانون كولوم ، الذي يربط القوة بحاصل ضرب الشحنات، ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينها. [ 36 ] [ 37 ] : 35 القوة الكهرومغناطيسية قوية جدًا، ولا تضاهيها في القوة إلا التفاعل القوي ، [ 38 ] ولكن على عكس ذلك التفاعل، فإنها تعمل على جميع المسافات. [ 39 ] بالمقارنة مع قوة الجاذبية الأضعف بكثير ، فإن القوة الكهرومغناطيسية التي تفصل بين إلكترونين تساوي 10⁴² ضعف قوة الجذب الجاذبي التي تقربهما. [ 40 ]

تنشأ الشحنة من أنواع معينة من الجسيمات دون الذرية ، وأشهرها الإلكترون والبروتون . وتُنشئ الشحنة الكهربائية القوة الكهرومغناطيسية ، إحدى القوى الأساسية الأربع في الطبيعة ، وتتفاعل معها . وقد أظهرت التجارب أن الشحنة كمية محفوظة ، أي أن صافي الشحنة داخل نظام معزول كهربائيًا سيظل ثابتًا دائمًا بغض النظر عن أي تغييرات تحدث داخل هذا النظام. [ 41 ] داخل النظام، يمكن نقل الشحنة بين الأجسام، إما عن طريق التلامس المباشر أو عن طريق مرورها عبر مادة موصلة، مثل سلك. [ 37 ] : 2-5. ويشير مصطلح الكهرباء الساكنة، وهو مصطلح غير رسمي ، إلى وجود الشحنة (أو "عدم توازنها") على جسم ما، ويحدث عادةً عند احتكاك مادتين مختلفتين، مما يؤدي إلى انتقال الشحنة من إحداهما إلى الأخرى.

يمكن قياس الشحنة بعدة وسائل، ومن الأدوات القديمة المقياس الكهربائي ذو الورقة الذهبية ، والذي على الرغم من أنه لا يزال يُستخدم في العروض التوضيحية داخل الفصول الدراسية، فقد تم استبداله بالمقياس الكهربائي الإلكتروني . [ 37 ] : 2-5

التيار الكهربائي

تُعرف حركة الشحنة الكهربائية بالتيار الكهربائي ، وتُقاس شدته عادةً بالأمبير . يمكن أن يتكون التيار من أي جسيمات مشحونة متحركة؛ وغالبًا ما تكون هذه الجسيمات إلكترونات، ولكن أي شحنة متحركة تُشكل تيارًا. يمكن للتيار الكهربائي أن يمر عبر بعض المواد، مثل الموصلات الكهربائية ، ولكنه لا يمر عبر العوازل الكهربائية . [ 42 ]

بحسب الاصطلاح التاريخي، يُعرَّف التيار الموجب بأنه التيار الذي يسري في نفس اتجاه أي شحنة موجبة يحتويها، أو أنه يسري من الجزء الأكثر إيجابية في الدائرة إلى الجزء الأكثر سلبية. ويُسمى التيار المُعرَّف بهذه الطريقة بالتيار الاصطلاحي . وبالتالي، تُعتبر حركة الإلكترونات سالبة الشحنة في الدائرة الكهربائية ، وهي من أكثر أشكال التيار شيوعًا، موجبة في الاتجاه المعاكس لحركة الإلكترونات. [ 43 ] مع ذلك، وبحسب الظروف، قد يتكون التيار الكهربائي من تدفق جسيمات مشحونة في أي من الاتجاهين أو حتى في كليهما معًا. ويُستخدم اصطلاح الموجب إلى السالب على نطاق واسع لتبسيط هذه الحالة.

يشكل سلكان معدنيان شكل حرف V مقلوب. ويتدفق قوس كهربائي برتقالي-أبيض ساطع للغاية بين طرفيهما.
يوفر القوس الكهربائي عرضًا عمليًا للتيار الكهربائي.

تُسمى عملية مرور التيار الكهربائي عبر مادة ما بالتوصيل الكهربائي ، وتختلف طبيعتها باختلاف طبيعة الجسيمات المشحونة والمادة التي تنتقل عبرها. من أمثلة التيارات الكهربائية التوصيل المعدني، حيث تتدفق الإلكترونات عبر موصل كالمعادن، والتحليل الكهربائي ، حيث تتدفق الأيونات ( الذرات المشحونة ) عبر السوائل، أو عبر البلازما كالشرارات الكهربائية. في حين أن الجسيمات نفسها قد تتحرك ببطء شديد، أحيانًا بسرعة انجراف متوسطة لا تتجاوز أجزاءً من المليمتر في الثانية، [ 37 ] : 17 فإن المجال الكهربائي الذي يحركها ينتشر بسرعة تقارب سرعة الضوء ، مما يُمكّن الإشارات الكهربائية من الانتقال بسرعة عبر الأسلاك. [ 44 ]

يُحدث التيار الكهربائي عدة تأثيرات ملحوظة، كانت تاريخيًا الوسيلة للتعرف على وجوده. اكتشف نيكلسون وكارلايل عام 1800 إمكانية تحلل الماء بواسطة التيار الناتج عن خلية فولطية، وهي عملية تُعرف الآن بالتحليل الكهربائي . وقد توسع مايكل فاراداي في عملهما بشكل كبير عام 1833. يُسبب مرور التيار عبر مقاومة تسخينًا موضعيًا، وهو تأثير درسه جيمس بريسكوت جول رياضيًا عام 1840. [ 37 ] : 23-24. كان أحد أهم الاكتشافات المتعلقة بالتيار الكهربائي هو ما توصل إليه هانز كريستيان أورستد بالصدفة عام 1820، عندما شاهد، أثناء تحضيره لمحاضرة، التيار في سلك يُؤثر على إبرة بوصلة مغناطيسية. [ 23 ] : 370 [ أ ] اكتشف بذلك الكهرومغناطيسية ، وهي تفاعل أساسي بين الكهرباء والمغناطيسية. إن مستوى الانبعاثات الكهرومغناطيسية الناتجة عن التفريغ الكهربائي مرتفع بما يكفي لإحداث تداخل كهرومغناطيسي ، والذي يمكن أن يكون ضارًا بعمل المعدات المجاورة. [ 45 ]

في التطبيقات الهندسية والمنزلية، يُوصف التيار الكهربائي عادةً بأنه تيار مستمر (DC) أو تيار متردد (AC). تشير هذه المصطلحات إلى كيفية تغير التيار مع الزمن. التيار المستمر، كما هو الحال في البطاريات ومعظم الأجهزة الإلكترونية ، هو تدفق أحادي الاتجاه من القطب الموجب للدائرة إلى القطب السالب. [ 46 ] : 11 إذا كان هذا التدفق، كما هو شائع، محمولًا بواسطة الإلكترونات، فإنها ستتحرك في الاتجاه المعاكس. أما التيار المتردد فهو أي تيار يعكس اتجاهه بشكل متكرر؛ وغالبًا ما يكون على شكل موجة جيبية . [ 46 ] : 206-207 وبالتالي، ينبض التيار المتردد ذهابًا وإيابًا داخل الموصل دون أن تتحرك الشحنة مسافة صافية مع مرور الوقت. القيمة المتوسطة للتيار المتردد تساوي صفرًا، ولكنه ينقل الطاقة في اتجاه واحد أولًا، ثم في الاتجاه المعاكس. يتأثر التيار المتردد بخصائص كهربائية لا تُلاحظ في حالة التيار المستمر المستقر ، مثل الحث والسعة . [ 46 ] : 223–25 ومع ذلك، يمكن أن تصبح هذه الخصائص مهمة عندما تتعرض الدوائر للظواهر العابرة ، كما هو الحال عند تنشيطها لأول مرة.

المجال الكهربائي

قدّم مايكل فاراداي مفهوم المجال الكهربائي . ينشأ المجال الكهربائي بفعل جسم مشحون في الفضاء المحيط به، وينتج عنه قوة تؤثر على أي شحنات أخرى موجودة داخله. يعمل المجال الكهربائي بين شحنتين بطريقة مشابهة لعمل مجال الجاذبية بين كتلتين ، ويمتد مثله نحو اللانهاية، ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة. [ 39 ] مع ذلك، ثمة فرق جوهري. فالجاذبية تعمل دائمًا على التجاذب، جاذبةً الكتلتين معًا، بينما يمكن أن يؤدي المجال الكهربائي إلى التجاذب أو التنافر. ولأن الأجسام الكبيرة كالكواكب لا تحمل عادةً شحنة صافية، فإن المجال الكهربائي عند مسافة معينة يكون عادةً صفرًا. لذا، تُعدّ الجاذبية القوة المهيمنة عند المسافات البعيدة في الكون، على الرغم من كونها أضعف بكثير. [ 40 ]

خطوط المجال المنبعثة من شحنة موجبة فوق موصل مستوٍ

يتغير المجال الكهربائي عمومًا في الفضاء، [ ب ] وتُعرَّف شدته عند أي نقطة بأنها القوة (لكل وحدة شحنة) التي ستشعر بها شحنة ساكنة مهملة إذا وُضعت عند تلك النقطة. [ 25 ] : 469-470. يجب أن تكون الشحنة النظرية، التي تُسمى " شحنة اختبار "، متناهية الصغر لمنع مجالها الكهربائي من التأثير على المجال الرئيسي، ويجب أن تكون ساكنة أيضًا لمنع تأثير المجالات المغناطيسية . وبما أن المجال الكهربائي يُعرَّف بدلالة القوة ، والقوة كمية متجهة لها مقدار واتجاه ، فإنه يترتب على ذلك أن المجال الكهربائي هو مجال متجه . [ 25 ] : 469-470

يُطلق على دراسة المجالات الكهربائية الناتجة عن الشحنات الساكنة اسم علم الكهرباء الساكنة . ويمكن تصور المجال بمجموعة من الخطوط الوهمية التي يكون اتجاهها عند أي نقطة هو نفسه اتجاه المجال. وقد قدم فاراداي هذا المفهوم، [ 47 ] ولا يزال مصطلحه " خطوط القوة " يُستخدم أحيانًا. خطوط المجال هي المسارات التي تسعى شحنة موجبة نقطية إلى سلوكها عند إجبارها على الحركة داخل المجال؛ ومع ذلك، فهي مفهوم وهمي لا وجود مادي له، وينتشر المجال في جميع الفراغات الواقعة بين الخطوط. [ 47 ] تتميز خطوط المجال المنبعثة من الشحنات الساكنة بعدة خصائص رئيسية: أولًا، تنشأ من الشحنات الموجبة وتنتهي عند الشحنات السالبة؛ ثانيًا، يجب أن تدخل أي موصل جيد بزاوية قائمة؛ ثالثًا، لا يمكن أن تتقاطع أو تتقارب على نفسها أبدًا. [ 25 ] : 479

يحمل الجسم الموصل المجوف كل شحنته على سطحه الخارجي. ولذلك، يكون المجال الكهربائي صفراً في جميع النقاط داخل الجسم. [ 37 ] : 88 هذا هو مبدأ عمل قفص فاراداي ، وهو غلاف معدني موصل يعزل داخله عن التأثيرات الكهربائية الخارجية.

تُعدّ مبادئ الكهروستاتيكا مهمة عند تصميم معدات الجهد العالي . هناك حدٌّ أقصى لشدة المجال الكهربائي الذي يمكن لأي وسط تحمّله. عند تجاوز هذا الحد، يحدث انهيار كهربائي ، ويتسبب القوس الكهربائي في حدوث وميض بين الأجزاء المشحونة. على سبيل المثال، يميل الهواء إلى إحداث أقواس كهربائية عبر فجوات صغيرة عند شدة مجال كهربائي تتجاوز 30  كيلوفولت لكل سنتيمتر. أما عبر فجوات أكبر، فتكون قوة انهياره أضعف، ربما 1  كيلوفولت لكل سنتيمتر. [ 48 ] : 2. يُعدّ البرق أكثر الظواهر الطبيعية وضوحًا لهذا ، ويحدث عندما تنفصل الشحنات في السحب بفعل أعمدة الهواء الصاعدة، مما يرفع المجال الكهربائي في الهواء إلى مستوى يفوق قدرته على التحمّل. قد يصل جهد سحابة برق كبيرة إلى 100  ميغا فولت، وقد تصل طاقة تفريغها إلى 250  كيلوواط ساعة. [ 48 ] : 201-202

تتأثر شدة المجال الكهربائي بشكل كبير بالأجسام الموصلة القريبة، وتكون شديدة بشكل خاص عندما تُجبر على الانحناء حول أجسام مدببة. يُستغل هذا المبدأ في مانع الصواعق ، حيث يعمل طرفه المدبب على تشجيع الصاعقة على التكوّن هناك، بدلاً من توجيهها نحو المبنى الذي يُفترض أن يحميه. [ 49 ] : 155

الجهد الكهربائي

تحتوي كل بطارية من نوع AA على علامة زائد (+) في أحد طرفيها.
زوج من بطاريات AA .  تشير علامة + إلى قطبية فرق الجهد بين طرفي البطارية.

يرتبط مفهوم الجهد الكهربائي ارتباطًا وثيقًا بمفهوم المجال الكهربائي. تتعرض شحنة صغيرة موضوعة في مجال كهربائي لقوة، ويتطلب نقل هذه الشحنة إلى تلك النقطة في مواجهة هذه القوة بذل شغل . يُعرَّف الجهد الكهربائي عند أي نقطة بأنه الطاقة اللازمة لنقل شحنة اختبار مقدارها وحدة واحدة من مسافة لانهائية ببطء إلى تلك النقطة. ويُقاس عادةً بالفولت ، والفولت الواحد هو الجهد الذي يتطلب بذل شغل مقداره جول واحد لنقل شحنة مقدارها كولوم واحد من اللانهاية. [ 25 ] : 494-498 . هذا التعريف للجهد، على الرغم من كونه تعريفًا رسميًا، إلا أنه قليل التطبيق العملي، والمفهوم الأكثر فائدة هو فرق الجهد الكهربائي ، وهو الطاقة اللازمة لتحريك شحنة مقدارها وحدة واحدة بين نقطتين محددتين. المجال الكهربائي محافظ ، مما يعني أن المسار الذي تسلكه شحنة الاختبار غير مهم: فجميع المسارات بين نقطتين محددتين تستهلك نفس الطاقة، وبالتالي يمكن تحديد قيمة واحدة لفرق الجهد. [ 25 ] : 494–98 تم تحديد الفولت بقوة كوحدة مختارة لقياس ووصف فرق الجهد الكهربائي لدرجة أن مصطلح الجهد الكهربائي يشهد استخدامًا يوميًا أكبر.

لأغراض عملية، يُعدّ تحديد نقطة مرجعية مشتركة يُمكن التعبير عن الجهود ومقارنتها بها أمرًا مفيدًا. ورغم إمكانية أن تكون هذه النقطة عند اللانهاية، إلا أن الأرض نفسها تُعدّ مرجعًا أكثر فائدة ، إذ يُفترض أن جهدها متساوٍ في كل مكان. وتُسمى هذه النقطة المرجعية بطبيعة الحال بالأرض . يُفترض أن الأرض مصدر لا نهائي لكميات متساوية من الشحنات الموجبة والسالبة، وبالتالي فهي غير مشحونة كهربائيًا، وغير قابلة للشحن. [ 50 ]

الجهد الكهربائي كمية قياسية ، أي أنه يمتلك مقدارًا فقط دون اتجاه. ويمكن تشبيهه بالارتفاع : فكما يسقط جسم مُطلق عبر فرق الارتفاع الناتج عن مجال الجاذبية، كذلك تسقط الشحنة عبر فرق الجهد الناتج عن مجال كهربائي. [ 51 ] وكما تُظهر خرائط التضاريس خطوط الكنتور التي تُحدد نقاط الارتفاع المتساوي، يمكن رسم مجموعة من الخطوط التي تُحدد نقاط الجهد المتساوي (المعروفة بخطوط تساوي الجهد ) حول جسم مشحون كهربائيًا. تتقاطع خطوط تساوي الجهد مع جميع خطوط القوة بزوايا قائمة. ويجب أن تكون موازية لسطح الموصل ، وإلا ستنشأ قوة على طول سطح الموصل تُحرك حاملات الشحنة لتساوي الجهد عبر السطح.

عُرِّف المجال الكهربائي رسميًا بأنه القوة المؤثرة على وحدة الشحنة، لكن مفهوم الجهد يسمح بتعريف أكثر فائدة ومكافئة: المجال الكهربائي هو التدرج الموضعي للجهد الكهربائي. يُعبَّر عنه عادةً بالفولت  لكل  متر، ويكون اتجاه متجه المجال هو خط الميل الأكبر للجهد، حيث تتقارب خطوط تساوي الجهد. [ 37 ] : 60

المغناطيسات الكهربائية

يحمل سلك تيارًا كهربائيًا باتجاه القارئ. وتدور دوائر متحدة المركز تمثل المجال المغناطيسي عكس اتجاه عقارب الساعة حول السلك، كما يراه القارئ.
يدور المجال المغناطيسي حول تيار كهربائي

أشار اكتشاف أورستد عام 1821 لوجود مجال مغناطيسي حول جميع جوانب سلك يحمل تيارًا كهربائيًا إلى وجود علاقة مباشرة بين الكهرباء والمغناطيسية. علاوة على ذلك، بدا التفاعل مختلفًا عن قوى الجاذبية والقوى الكهروستاتيكية، وهما القوتان الطبيعيتان المعروفتان آنذاك. لم توجه القوة المؤثرة على إبرة البوصلة نحو السلك الحامل للتيار أو بعيدًا عنه، بل كانت تعمل بزاوية قائمة عليه. [ 23 ] : 370 وقد وصف أورستد التفاعل الكهربائي بأنه "يعمل بطريقة دائرية". كما اعتمدت القوة على اتجاه التيار، فإذا انعكس اتجاهه، انعكست القوة أيضًا. [ 52 ]

لم يفهم أورستد اكتشافه تمامًا، لكنه لاحظ أن التأثير كان متبادلًا: فالتيار الكهربائي يؤثر بقوة على المغناطيس، والمجال المغناطيسي يؤثر بقوة على التيار. وقد درس أمبير هذه الظاهرة بتفصيل أكبر ، فاكتشف أن سلكين متوازيين يحملان تيارًا كهربائيًا يؤثران بقوة على بعضهما البعض: فالسلكان اللذان يحملان تيارات في نفس الاتجاه ينجذبان إلى بعضهما، بينما السلكان اللذان يحملان تيارات في اتجاهين متعاكسين يتباعدان. [ 53 ] ويتم هذا التفاعل بواسطة المجال المغناطيسي الذي ينتجه كل تيار، وهو ما يشكل أساس التعريف الدولي للأمبير . [ 53 ]

رسم تخطيطي مقطعي لمحرك كهربائي صغير
يستغل المحرك الكهربائي تأثيرًا مهمًا للكهرومغناطيسية: حيث يتعرض التيار المار عبر مجال مغناطيسي لقوة عمودية على كل من المجال والتيار.

تُعدّ هذه العلاقة بين المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية بالغة الأهمية، إذ أدّت إلى اختراع مايكل فاراداي للمحرك الكهربائي عام 1821. يتألف محرك فاراداي أحادي القطب من مغناطيس دائم مغمور في حوض من الزئبق . يُمرّر تيار كهربائي عبر سلك مُعلّق من محور فوق المغناطيس ومغموس في الزئبق. يُؤثّر المغناطيس بقوة مماسية على السلك، مما يجعله يدور حول المغناطيس طالما استمرّ التيار. [ 54 ]

كشفت تجارب فاراداي عام 1831 أن سلكًا يتحرك عموديًا على مجال مغناطيسي يُولّد فرق جهد بين طرفيه. وقد مكّنه تحليله المعمق لهذه العملية، المعروفة بالحث الكهرومغناطيسي ، من صياغة مبدأ يُعرف الآن بقانون فاراداي للحث ، والذي ينص على أن فرق الجهد المُستحث في دائرة مغلقة يتناسب طرديًا مع معدل تغير التدفق المغناطيسي عبرها. وبفضل هذا الاكتشاف، تمكن من اختراع أول مولد كهربائي عام 1831، حيث حوّل الطاقة الميكانيكية لقرص نحاسي دوار إلى طاقة كهربائية. [ 54 ] كان قرص فاراداي غير فعال وغير عملي كمولد، ولكنه أظهر إمكانية توليد الطاقة الكهربائية باستخدام المغناطيسية، وهي إمكانية تبناها من تبعوا عمله. [ 55 ]

الدوائر الكهربائية

انظر إلى التعليق
دائرة كهربائية أساسية . يقوم مصدر الجهد V على اليسار بتمرير تيار I حول الدائرة، مما يوفر الطاقة الكهربائية للمقاومة R. ومن المقاومة، يعود التيار إلى المصدر، مكملاً الدائرة.

الدائرة الكهربائية هي عبارة عن توصيل بين مكونات كهربائية بحيث يتم توجيه الشحنة الكهربائية عبر مسار مغلق (دائرة)، وعادةً ما يكون ذلك لأداء مهمة مفيدة. [ 56 ]

تتخذ مكونات الدائرة الكهربائية أشكالًا عديدة، تشمل عناصر مثل المقاومات والمكثفات والمفاتيح والمحولات والإلكترونيات . تحتوي الدوائر الإلكترونية على مكونات فعّالة ، عادةً ما تكون أشباه موصلات ، وتُظهر عادةً سلوكًا غير خطي ، مما يتطلب تحليلًا معقدًا. أبسط المكونات الكهربائية هي تلك التي تُسمى سلبية وخطية : فبينما قد تخزن الطاقة مؤقتًا، إلا أنها لا تحتوي على مصادر لها، وتُظهر استجابات خطية للمؤثرات . [ 57 ] : 15-16

المقاوم هو ربما أبسط عناصر الدوائر الكهربائية السلبية: كما يوحي اسمه، فهو يقاوم مرور التيار الكهربائي فيه، مبددًا طاقته على شكل حرارة. وتنتج المقاومة عن حركة الشحنات الكهربائية عبر الموصل: ففي المعادن، على سبيل المثال، تعود المقاومة أساسًا إلى تصادمات الإلكترونات والأيونات. يُعد قانون أوم قانونًا أساسيًا في نظرية الدوائر الكهربائية ، وينص على أن التيار المار عبر المقاوم يتناسب طرديًا مع فرق الجهد عبره. وتكون مقاومة معظم المواد ثابتة نسبيًا ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة والتيارات؛ وتُعرف المواد في هذه الظروف باسم "المواد الأومية". سُميت وحدة الأوم ، وهي وحدة قياس المقاومة، تكريمًا لجورج أوم ، ويرمز لها بالحرف اليوناني Ω. 1 أوم هي المقاومة التي تُنتج فرق جهد مقداره فولت واحد استجابةً لتيار مقداره أمبير واحد. [ 57 ] : 30-35 

المكثف هو تطوير لقارورة ليدن، وهو جهاز قادر على تخزين الشحنة، وبالتالي تخزين الطاقة الكهربائية في المجال الناتج. يتكون من لوحين موصلين يفصل بينهما طبقة عازلة رقيقة ؛ عمليًا ، تُلف رقائق معدنية رقيقة معًا، مما يزيد مساحة السطح لكل وحدة حجم، وبالتالي السعة . وحدة قياس السعة هي الفاراد ، نسبةً إلى مايكل فاراداي ، ويرمز لها بالرمز F : الفاراد الواحد هو السعة التي تُولد فرق جهد مقداره فولت واحد عند تخزين شحنة مقدارها كولوم واحد. عند توصيل مكثف بمصدر جهد، يمر تيار كهربائي في البداية أثناء تراكم الشحنة؛ إلا أن هذا التيار يتلاشى بمرور الوقت مع امتلاء المكثف، حتى يصل في النهاية إلى الصفر. لذلك، لا يسمح المكثف بمرور تيار ثابت ، بل يمنعه. [ 57 ] : 216-220

المحث هو موصل ، عادةً ما يكون ملفًا من الأسلاك، يخزن الطاقة في مجال مغناطيسي استجابةً للتيار المار فيه. عندما يتغير التيار، يتغير المجال المغناطيسي أيضًا، مما يُحدث فرق جهد بين طرفي الموصل. يتناسب الجهد المُستحث طرديًا مع معدل تغير التيار مع الزمن. يُسمى ثابت التناسب بالحث . وحدة قياس الحث هي الهنري ، نسبةً إلى جوزيف هنري ، أحد معاصري فاراداي. الهنري الواحد هو قيمة الحث التي تُحدث فرق جهد مقداره فولت واحد إذا تغير التيار المار فيه بمعدل أمبير واحد في الثانية. سلوك المحث، من بعض النواحي، معاكس لسلوك المكثف: فهو يسمح بمرور تيار ثابت بحرية، ولكنه يقاوم مرور تيار سريع التغير. [ 57 ] : 226-229

الطاقة الكهربائية

نسبة السكان الذين يحصلون على الكهرباء

القدرة الكهربائية هي معدل نقل الطاقة الكهربائية عبر دائرة كهربائية . وحدة قياس القدرة في النظام الدولي للوحدات هي الواط ، أي جول واحد في الثانية .

القدرة الكهربائية، مثل القدرة الميكانيكية ، هي معدل إنجاز الشغل ، وتُقاس بالواط ، ويُرمز لها بالحرف P. يُستخدم مصطلح "الواط " بشكل عامي للدلالة على "القدرة الكهربائية بالواط". القدرة الكهربائية بالواط الناتجة عن تيار كهربائي I يتكون من شحنة مقدارها Q كولوم، يمر كل t ثانية عبر فرق جهد كهربائي ( فولتية ) مقداره V، هي

P=العمل المنجز لكل وحدة زمنية=سؤالVت=أناV{\displaystyle P={\text{العمل المنجز لكل وحدة زمنية}}={\frac {QV}{t}}=IV\,}

أين

Q هي الشحنة الكهربائية بالكولوم
الوقت بالثواني
التيار الكهربائي هو التيار الكهربائي بالأمبير
V هو الجهد الكهربائي أو الفولتية بوحدة الفولت

تُزوَّد الشركات والمنازل بالطاقة الكهربائية عمومًا من قِبَل شركات الكهرباء . تُباع الكهرباء عادةً بالكيلوواط ساعة (3.6 ميغا جول)، وهي حاصل ضرب القدرة بالكيلوواط في مدة التشغيل بالساعات. تقيس شركات الكهرباء الطاقة باستخدام عدادات الكهرباء ، التي تُسجِّل إجمالي الطاقة الكهربائية المُوَصَّلة للمستهلك. على عكس الوقود الأحفوري ، تُعدّ الكهرباء شكلاً منخفض الإنتروبيا من أشكال الطاقة، ويمكن تحويلها إلى طاقة حركية أو أشكال أخرى عديدة من الطاقة بكفاءة عالية. [ 58 ]

الإلكترونيات

مكونات إلكترونية مثبتة على سطح

يتناول علم الإلكترونيات الدوائر الكهربائية التي تتضمن مكونات كهربائية فعالة مثل الصمامات المفرغة ، والترانزستورات ، والديودات ، والمستشعرات ، والدوائر المتكاملة ، وتقنيات التوصيل السلبي المرتبطة بها. [ 59 ] : 1-5، 71. إن السلوك غير الخطي للمكونات الفعالة وقدرتها على التحكم في تدفق الإلكترونات يجعل التبديل الرقمي ممكنًا، [ 59 ] : 75 ، وتُستخدم الإلكترونيات على نطاق واسع في معالجة المعلومات ، والاتصالات ، ومعالجة الإشارات . تُكمل تقنيات التوصيل، مثل لوحات الدوائر ، وتقنية تغليف الإلكترونيات، وغيرها من أشكال البنية التحتية للاتصالات، وظائف الدائرة وتحول المكونات المختلطة إلى نظام عمل منتظم . [ 59 ]

تستخدم معظم الأجهزة الإلكترونية اليوم مكونات أشباه الموصلات للتحكم في الإلكترونات. وتُدرس المبادئ الأساسية التي تشرح كيفية عمل أشباه الموصلات في فيزياء الحالة الصلبة ، [ 60 ] بينما يُعد تصميم وبناء الدوائر الإلكترونية لحل المشكلات العملية جزءًا من هندسة الإلكترونيات . [ 61 ]

تستخدم الأجهزة الإلكترونية الترانزستور ، الذي يُعدّ ربما أحد أهم اختراعات القرن العشرين، [ 62 ] وهو لبنة أساسية في جميع الدوائر الإلكترونية الحديثة. قد تحتوي الدائرة المتكاملة الحديثة على مليارات الترانزستورات المصغّرة في منطقة لا تتجاوز مساحتها بضعة سنتيمترات مربعة. [ 63 ]

الموجة الكهرومغناطيسية

أظهرت أعمال فاراداي وأمبير أن المجال المغناطيسي المتغير مع الزمن يُولّد مجالًا كهربائيًا، والعكس صحيح. وبالتالي، عندما يتغير أي من المجالين مع الزمن، يتولد مجال من المجال الآخر دائمًا. [ 25 ] : 696-700. هذه التغيرات هي موجات كهرومغناطيسية . حلل جيمس كلارك ماكسويل الموجات الكهرومغناطيسية نظريًا عام 1864. وضع ماكسويل مجموعة من المعادلات التي تصف بدقة العلاقة المتبادلة بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي والشحنة الكهربائية والتيار الكهربائي. كما أثبت أن هذه الموجة في الفراغ تنتقل بسرعة الضوء ، وبالتالي فإن الضوء نفسه شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. تُعد معادلات ماكسويل ، التي توحد الضوء والمجالات والشحنة، من أهم إنجازات الفيزياء النظرية. [ 25 ] : 696-700

مكّن عمل العديد من الباحثين من استخدام الإلكترونيات لتحويل الإشارات إلى تيارات متذبذبة عالية التردد ، ومن خلال موصلات مصممة بشكل مناسب، تسمح الكهرباء بنقل واستقبال هذه الإشارات عبر موجات الراديو لمسافات طويلة جدًا. [ 64 ]

الإنتاج والتخزين والاستخدامات

توليد ونقل

مولد كهربائي من أوائل القرن العشرين صنع في بودابست ، المجر، في قاعة توليد الطاقة لمحطة كهرومائية (صورة فوتوغرافية لبروكودين-غورسكي ، 1905-1915).

في القرن السادس قبل الميلاد، أجرى الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي تجارب على قضبان الكهرمان، وكانت هذه أولى الدراسات في مجال إنتاج الكهرباء. ورغم أن هذه الطريقة، المعروفة الآن بالتأثير الكهروإجهادي ، قادرة على رفع الأجسام الخفيفة وتوليد شرارات، إلا أنها غير فعالة للغاية. [ 65 ] ولم يتوفر مصدر عملي للكهرباء إلا مع اختراع الخلية الفولتية في القرن الثامن عشر. تقوم الخلية الفولتية، ونسختها الحديثة البطارية الكهربائية ، بتخزين الطاقة كيميائيًا وتوفيرها عند الحاجة على شكل كهرباء. [ 65 ]

تُولَّد الطاقة الكهربائية عادةً بواسطة مولدات كهروميكانيكية . ويمكن تشغيل هذه المولدات بالبخار الناتج عن احتراق الوقود الأحفوري أو الحرارة المنبعثة من التفاعلات النووية، أو بشكل مباشر أكثر من الطاقة الحركية للرياح أو المياه الجارية. ولا يزال التوربين البخاري الذي اخترعه السير تشارلز بارسونز عام 1884 يُستخدم لتحويل الطاقة الحرارية للبخار إلى حركة دورانية يمكن استخدامها بواسطة المولدات الكهروميكانيكية. ولا تشبه هذه المولدات مولد القرص أحادي القطب الذي اخترعه فاراداي عام 1831، لكنها لا تزال تعتمد على مبدأه الكهرومغناطيسي القائل بأن موصلًا يربط مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا يُحدث فرق جهد بين طرفيه. [ 66 ] أما الكهرباء المولدة بواسطة الألواح الشمسية فتعتمد على آلية مختلفة: حيث يُحوَّل الإشعاع الشمسي مباشرةً إلى كهرباء باستخدام التأثير الكهروضوئي . [ 67 ]

مزرعة رياح تضم حوالي اثنتي عشرة توربينة رياح بيضاء ثلاثية الشفرات.
تكتسب طاقة الرياح أهمية متزايدة في العديد من البلدان.

يزداد الطلب على الكهرباء بوتيرة متسارعة مع تحديث الدول ونمو اقتصاداتها. [ 68 ] شهدت الولايات المتحدة زيادة في الطلب بنسبة 12% خلال كل عام من العقود الثلاثة الأولى من القرن العشرين، [ 69 ] وهو معدل نمو تشهده الآن الاقتصادات الناشئة مثل الهند والصين. [ 70 ] [ 71 ]

أدت المخاوف البيئية المتعلقة بتوليد الكهرباء ، ولا سيما مساهمة حرق الوقود الأحفوري في تغير المناخ ، إلى زيادة التركيز على التوليد من مصادر الطاقة المتجددة . وفي قطاع الطاقة، أصبحت طاقة الرياح والطاقة الشمسية مجدية اقتصادياً، مما يسرّع عملية التحول في مجال الطاقة بعيداً عن الوقود الأحفوري. [ 72 ]

النقل والتخزين

أدى اختراع المحول الكهربائي في أواخر القرن التاسع عشر إلى إمكانية نقل الطاقة الكهربائية بكفاءة أعلى بجهد أعلى ولكن بتيار أقل. ونتيجةً لذلك، أصبح بالإمكان توليد الكهرباء في محطات توليد مركزية ، حيث تستفيد من وفورات الحجم ، ثم إرسالها لمسافات طويلة نسبيًا إلى حيث تشتد الحاجة إليها. [ 73 ] [ 74 ]

عادةً، يجب أن يتساوى الطلب على الكهرباء مع العرض، نظرًا لصعوبة تخزينها. [ 73 ] يجب دائمًا الاحتفاظ بكمية معينة من الطاقة المولدة كاحتياطي لحماية شبكة الكهرباء من الاضطرابات والخسائر الحتمية. [ 75 ] مع تزايد مستويات الطاقة المتجددة المتغيرة (طاقة الرياح والطاقة الشمسية) في الشبكة، أصبح التوفيق بين العرض والطلب أكثر صعوبة. ويلعب التخزين دورًا متزايدًا في سد هذه الفجوة. توجد أربعة أنواع من تقنيات تخزين الطاقة، كل منها في مراحل متفاوتة من الجاهزية التقنية : البطاريات (التخزين الكهروكيميائي)، والتخزين الكيميائي مثل الهيدروجين ، والتخزين الحراري أو الميكانيكي (مثل الطاقة الكهرومائية المخزنة ). [ 76 ]

التطبيقات

صورة لمصباح كهربائي
يعمل المصباح المتوهج ، وهو أحد التطبيقات المبكرة للكهرباء، عن طريق التسخين الجولي : مرور التيار عبر المقاومة لتوليد الحرارة.

تُعدّ الكهرباء وسيلةً ملائمةً للغاية لنقل الطاقة، وقد تمّ تكييفها لعددٍ هائلٍ ومتزايدٍ من الاستخدامات. [ 77 ] أدّى اختراع المصباح الكهربائي المتوهج العملي في سبعينيات القرن التاسع عشر إلى جعل الإضاءة من أوائل التطبيقات العامة للطاقة الكهربائية. ورغم ما حملته الكهرباء من مخاطر، إلا أن استبدال لهيب الغاز المكشوف قلّل بشكلٍ كبيرٍ من مخاطر الحرائق في المنازل والمصانع. [ 78 ] أُنشئت مرافق عامة في العديد من المدن لتلبية الطلب المتزايد على الإضاءة الكهربائية. وفي أواخر القرن العشرين وفي العصر الحديث، بدأ الاتجاه نحو تحرير قطاع الطاقة الكهربائية. [ 79 ]

يُستخدم تأثير التسخين المقاوم لجول، المستخدم في المصابيح المتوهجة، بشكل مباشر في التدفئة الكهربائية . ورغم تنوع هذه التقنية وإمكانية التحكم بها، إلا أنها تُعتبر مُهدرة للطاقة، إذ أن معظم عمليات توليد الكهرباء تتطلب بالفعل إنتاج الحرارة في محطات الطاقة. [ 80 ] وقد أصدرت عدة دول، مثل الدنمارك، تشريعات تُقيد أو تحظر استخدام التدفئة الكهربائية المقاومة في المباني الجديدة. [ 81 ] ومع ذلك، لا تزال الكهرباء مصدرًا عمليًا للطاقة للتدفئة والتبريد ، [ 82 ] حيث يُمثل تكييف الهواء / مضخات الحرارة قطاعًا متناميًا للطلب على الكهرباء لأغراض التدفئة والتبريد، وهو ما يُلزم شركات الكهرباء بشكل متزايد بتلبيته. [ 83 ] [ 84 ] ومن المتوقع أن يلعب التحول إلى الكهرباء دورًا رئيسيًا في إزالة الكربون من القطاعات التي تعتمد على حرق الوقود الأحفوري بشكل مباشر، مثل النقل (باستخدام المركبات الكهربائية ) والتدفئة (باستخدام مضخات الحرارة ). [ 85 ] [ 86 ]

تتجلى آثار الكهرومغناطيسية بوضوح في المحرك الكهربائي ، الذي يوفر وسيلة نظيفة وفعالة لتوليد الطاقة. يسهل تزويد المحرك الثابت، كالرافعة، بالطاقة ، بينما يضطر المحرك المتحرك، كالمركبة الكهربائية ، إما إلى حمل مصدر طاقة كالبطارية أو إلى جمع التيار من موصل منزلق كالجامع الكهربائي . تُستخدم المركبات الكهربائية في النقل العام، كالحافلات والقطارات الكهربائية ، [ 87 ] والسيارات الكهربائية . [ 88 ]

تُستخدم الكهرباء في الاتصالات السلكية واللاسلكية، وفي التلغراف الكهربائي . ومع إنشاء أنظمة التلغراف العابرة للقارات والمحيط الأطلسي في ستينيات القرن التاسع عشر، أتاحت الكهرباء إمكانية الاتصال في غضون دقائق عبر العالم.

الكهرباء والعالم الطبيعي

التأثيرات الفسيولوجية

يؤدي تطبيق جهد كهربائي على جسم الإنسان إلى مرور تيار كهربائي عبر الأنسجة، وعلى الرغم من أن العلاقة غير خطية، فكلما زاد الجهد، زاد التيار. [ 89 ] يختلف عتبة الإدراك باختلاف تردد التيار الكهربائي ومساره، ولكنه يتراوح بين 0.1  و1  مللي أمبير للتيار الكهربائي بتردد الشبكة، مع العلم أنه يمكن اكتشاف تيار منخفض يصل إلى ميكروأمبير كتأثير اهتزاز كهربائي في ظروف معينة. [ 90 ] إذا كان التيار مرتفعًا بما يكفي، فإنه يُسبب انقباض العضلات، ورجفان القلب، وحروق الأنسجة . [ 89 ] إن عدم وجود أي علامة مرئية تدل على أن الموصل مُكهرب يجعل الكهرباء خطرًا خاصًا. قد يكون الألم الناتج عن الصدمة الكهربائية شديدًا، مما يدفع البعض إلى استخدام الكهرباء كوسيلة للتعذيب . [ 91 ] لا يزال الموت بسبب الصدمة الكهربائية - أو الصعق بالكهرباء - يُستخدم كعقوبة في بعض الولايات الأمريكية، على الرغم من أن استخدامه أصبح نادرًا جدًا بحلول نهاية القرن العشرين. [ 92 ]

الظواهر الكهربائية في الطبيعة

ثعبان البحر الكهربائي ، Electrophorus electricus

الكهرباء ليست اختراعًا بشريًا، ويمكن ملاحظتها بأشكال متعددة في الطبيعة، ولا سيما البرق. العديد من التفاعلات المألوفة على المستوى العياني، مثل اللمس والاحتكاك والترابط الكيميائي ، ناتجة عن تفاعلات بين المجالات الكهربائية على المستوى الذري. المجال المغناطيسي للأرض ناتج عن الدينامو الطبيعي للتيارات الدائرية في لب الكوكب. [ 93 ] بعض البلورات، مثل الكوارتز ، أو حتى السكر ، تولد فرق جهد عبر أسطحها عند الضغط عليها. [ 94 ] تُعرف هذه الظاهرة باسم الكهروإجهادية ، من الكلمة اليونانية piezein (πιέζειν)، والتي تعني الضغط، وقد اكتشفها بيير وجاك كوري عام 1880. التأثير متبادل: فعندما تتعرض مادة كهروإجهادية لمجال كهربائي، يتغير حجمها قليلاً. [ 94 ]

تستطيع بعض الكائنات الحية، مثل أسماك القرش ، استشعار التغيرات في المجالات الكهربائية والاستجابة لها، وهي قدرة تُعرف بالاستقبال الكهربائي ، [ 95 ] بينما تستطيع كائنات أخرى، تُسمى بالكائنات المولدة للكهرباء ، توليد الفولتية بنفسها لتكون بمثابة سلاح افتراس أو دفاع؛ وهذه هي الأسماك الكهربائية في رتب مختلفة. [ 3 ] رتبة الجمنوطيات ، وأشهر مثال عليها هو ثعبان البحر الكهربائي ، تستشعر فرائسها أو تصعقها عبر فولتيات عالية مُولدة من خلايا عضلية مُعدلة تُسمى الخلايا الكهربائية . [ 3 ] [ 4 ] تنقل جميع الحيوانات المعلومات عبر أغشية خلاياها بنبضات جهد تُسمى كمونات الفعل ، والتي تشمل وظائفها التواصل عبر الجهاز العصبي بين الخلايا العصبية والعضلات . [ 96 ] تُحفز الصدمة الكهربائية هذا النظام وتُسبب انقباض العضلات. [ 97 ] كما أن كمونات الفعل مسؤولة عن تنسيق الأنشطة في بعض النباتات. [ 96 ]

التصور الثقافي

يُقال إنه في خمسينيات القرن التاسع عشر، سأل السياسي البريطاني ويليام إيوارت غلادستون العالم مايكل فاراداي عن سبب أهمية الكهرباء. فأجاب فاراداي: "قد تفرضون عليها ضريبةً يومًا ما يا سيدي." [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ] ومع ذلك، وفقًا لموقع Snopes.com، "يُعتبر هذا الكلام ملفقًا لأنه لم يُذكر في أيٍّ من روايات فاراداي أو معاصريه (رسائل، صحف، أو سير ذاتية)، ولم يظهر إلا بعد وفاة فاراداي بفترة طويلة." [ 101 ]

في القرنين التاسع عشر والعشرين، لم تكن الكهرباء جزءًا من الحياة اليومية لكثير من الناس، حتى في العالم الغربي الصناعي . ولذلك، غالبًا ما صورتها الثقافة الشعبية آنذاك كقوة غامضة، شبه سحرية، قادرة على قتل الأحياء، وإحياء الموتى، أو حتى التلاعب بقوانين الطبيعة. [ 102 ] : 69 بدأ هذا التصور مع تجارب لويجي غالفاني عام 1771 ، حيث أظهرت ارتعاش أرجل الضفادع الميتة عند تطبيق تيار كهربائي عليها . وبعد فترة وجيزة من تجارب غالفاني، وردت تقارير في الأدبيات الطبية عن "إحياء" أو إنعاش أشخاص ظنوا أنهم أموات أو غارقون. كانت هذه النتائج معروفة لماري شيلي عندما ألفت رواية فرانكشتاين (1819)، مع أنها لم تذكر طريقة إحياء الوحش. وأصبح إحياء الوحوش بالكهرباء لاحقًا موضوعًا شائعًا في أفلام الرعب.

مع ازدياد معرفة العامة بالكهرباء باعتبارها عصب الثورة الصناعية الثانية ، بات يُنظر إلى مستخدميها في كثير من الأحيان بصورة إيجابية، [ 102 ] : 71 كما هو الحال مع العمال الذين "يُلامسون الموت بأطراف قفازاتهم وهم يوصلون ويعيدون توصيل الأسلاك الكهربائية" في قصيدة روديارد كيبلينج " أبناء مارثا " عام 1907. [ 102 ] : 71 وبرزت المركبات الكهربائية بمختلف أنواعها بشكل كبير في قصص المغامرات، مثل قصص جول فيرن وسلسلة كتب توم سويفت . [ 102 ] : 71 وكان يُنظر إلى رواد الكهرباء، سواء كانوا شخصيات خيالية أو حقيقية - بمن فيهم علماء مثل توماس إديسون وتشارلز شتاينمتز ونيكولا تيسلا - على أنهم يمتلكون قوى خارقة. [ 102 ] : 71

مع تحول الكهرباء من كونها شيئًا جديدًا إلى ضرورة من ضرورات الحياة اليومية في النصف الثاني من القرن العشرين، لم تحظَ باهتمام خاص في الثقافة الشعبية إلا عند انقطاعها ، [ 102 ] : 71 وهو حدث يُنذر عادةً بكارثة. [ 102 ] : 71 أما الأشخاص الذين يُحافظون على استمرار تدفقها، مثل البطل المجهول في أغنية جيمي ويب " ويتشيتا لاينمان " (1968)، [ 102 ] : 71 فلا يزالون يُصوَّرون غالبًا كشخصيات بطولية أشبه بالسحرة. [ 102 ] : 71

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ تختلف الروايات حول ما إذا كان ذلك قبل المحاضرة أو أثناءها أو بعدها.
  2. ↑ تتغير جميع المجالات الكهربائية تقريبًا في الفضاء. ويُستثنى من ذلك المجال الكهربائي المحيط بموصل مستوٍ ذي امتداد لانهائي، حيث يكون هذا المجال منتظمًا.
  1. ↑ جونز، د.أ. (1991)، "الهندسة الكهربائية: العمود الفقري للمجتمع"، وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات أ - العلوم والقياس والتكنولوجيا ، 138 (1): 1-10 ، doi : 10.1049/ip-a-3.1991.0001
  2. ↑ مولر، بيتر؛ كرامر، بيرند (ديسمبر 1991)، "مراجعة: الأسماك الكهربائية"، بيوساينس ، 41 (11)، المعهد الأمريكي للعلوم البيولوجية : 794-96 [794]، doi : 10.2307/1311732 ، JSTOR 1311732 
  3. 1 2 3 بولوك، ثيودور هـ. (2005)، الاستقبال الكهربائي ، سبرينغر، ص 5-7 ، ISBN  978-0-387-23192-1
  4. 1 2 موريس، سيمون سي. (2003)، حل الحياة: البشر الحتميون في كون وحيد ، مطبعة جامعة كامبريدج، ص 182-185 ، ISBN  0-521-82704-3
  5. 1 2 ستيوارت، جوزيف (2001)، نظرية الكهرومغناطيسية المتوسطة ، وورلد ساينتيفيك، ص 50، ISBN  981-02-4471-1
  6. ↑ سيمبسون، برايان (2003)، التحفيز الكهربائي وتخفيف الألم ، إلسيفير للعلوم الصحية، الصفحات 6-7 ، ISBN  0-444-51258-6
  7. ↑ ديوجين لايرتيوس، آر دي هيكس (محرر)، "حياة الفلاسفة البارزين، الكتاب 1 الفصل 1 [ 24 ] " ، مكتبة بيرسيوس الرقمية ، جامعة تافتس، مؤرشفة من الأصل في 30 يوليو 2022 ، تم استرجاعها في 5 فبراير 2017 ، يؤكد أرسطو وهيباس أنه، بالاستناد إلى المغناطيس والكهرمان، نسب روحًا أو حياة حتى إلى الأشياء الجامدة.
  8. ↑ أرسطو، دانيال سي. ستيفنسون (محرر)، "De animus (في النفس) الكتاب 1 الجزء 2 (B4 verso)" ، أرشيف كلاسيكيات الإنترنت ، ترجمة جيه إيه سميث، مؤرشف من الأصل في 26 فبراير 2017 ، تم استرجاعه في 5 فبراير 2017 ، ويبدو أن طاليس أيضًا، استنادًا إلى ما هو مسجل عنه، كان يعتقد أن النفس قوة دافعة، لأنه قال إن المغناطيس له نفس فيه لأنه يحرك الحديد.
  9. ↑ فرود، آران (27 فبراير 2003)، لغز "بطاريات بغداد"بي بي سي، مؤرشف من الأصل في 3 سبتمبر 2017 ، تم استرجاعه في 16 فبراير 2008
  10. ↑ بايغري، برايان (2007)، الكهرباء والمغناطيسية: منظور تاريخي ، دار غرينوود للنشر، الصفحات 7-8 ، رقم ISBN  978-0-313-33358-3
  11. ↑ تشالمرز، جوردون (1937)، "حجر المغناطيس وفهم المادة في إنجلترا في القرن السابع عشر"، فلسفة العلوم ، 4 (1): 75-95 ، doi : 10.1086/286445
  12. ↑ سانفورد، فرناندو (1921)، "بعض النظريات المبكرة المتعلقة بالقوى الكهربائية - نظرية الانبعاث الكهربائي"، المجلة العلمية الشهرية ، 12 (6): 544-550 ، رمز Bibcode : 1921SciMo..12..544S ، JSTOR 6312 
  13. ↑ رولاندز، بيتر (2017)، نيوتن - الابتكار والجدل ، دار النشر العالمية العلمية ، ص 109، رقم ISBN  9781786344045
  14. 1 2 3 غوارنييري، ماسيمو (سبتمبر 2014)، "الكهرباء في عصر التنوير [تاريخي]"، مجلة IEEE للإلكترونيات الصناعية ، 8 (3): 60-63 ، doi : 10.1109/MIE.2014.2335431
  15. ↑ سرودز، جيمس (2002)، فرانكلين: الأب المؤسس الأساسي ، دار نشر ريجنري، الصفحات 92-94 ، رقم ISBN  0-89526-163-4من غير المؤكد ما إذا كان فرانكلين قد أجرى هذه التجربة بنفسه، ولكن يُنسب إليه ذلك بشكل شائع.
  16. ↑ أومان، مارتن (1987)، كل شيء عن البرق (ملف PDF) ، منشورات دوفر، رقم ISBN 0-486-25237-X
  17. ↑ ريسكين، جيسيكا (1998)، جرة ليدن لريتشارد الفقير: الكهرباء والاقتصاد في فرنسا الفرانكلينية (ملف PDF) ، ص 327، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 12 مايو 2014 ، تم استرجاعه في 11 مايو 2014 
  18. ↑ ويليامسون، هيو (1775)، "تجارب وملاحظات على Gymnotus electricus ، أو ثعبان البحر الكهربائي"، المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ، 65 (65): 94-101 ، doi : 10.1098/rstl.1775.0011
  19. ↑ إدواردز، بول (10 نوفمبر 2021)، تصحيح لسجل أبحاث الفيزيولوجيا الكهربائية المبكرة بمناسبة الذكرى 250 لرحلة استكشافية تاريخية إلى جزيرة ري ، أرشيف HAL ​​مفتوح الوصول
  20. ↑ هنتر، جون ( 1775)، "وصف لجهاز Gymnotus electricus " ، المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن (65): 395-407
  21. 1 2 غوارنييري، م. (2014)، "القفزة الكبيرة من أرجل الضفدع"، مجلة IEEE للإلكترونيات الصناعية ، 8 (4): 59-61 ، 69، Bibcode : 2014IIEM....8d..59G ، doi : 10.1109/MIE.2014.2361237
  22. 1 2 3 كيربي، ريتشارد شيلتون؛ ويذينغتون، سيدني؛ دارلينغ، آرثر بور؛ كيلغور، فريدريك غريدلي (1990) [1956]، الهندسة في التاريخ ، نيويورك: منشورات دوفر، ص 331-333 ، ISBN  0-486-26412-2، OCLC 561620 
  23. 1 2 3 بيركسون، ويليام (1974)، مجالات القوة: تطور رؤية للعالم من فاراداي إلى أينشتاين ، روتليدج، ISBN 0-7100-7626-6
  24. ↑ نايجل ماسون ؛ بيتر هيوز؛ راندال ماكمولان (2001)، مقدمة في الفيزياء البيئية ، تايلور وفرانسيس ، ص 130، ISBN  978-0-7484-0765-1
  25. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 سيرز، فرانسيس؛ وآخرون (1982)، فيزياء الجامعة، الطبعة السادسة ، أديسون ويسلي، ISBN  0-201-07199-1
  26. ^ هيرتز ، هاينريش (1887)، “Ueber den Einfluss des Ultravioletten Lichtes auf die Electrical Entladung” ، Annalen der Physik ، 267 (8): S.983–1000، بيب كود : 1887AnP...267..983H ، دوى : 10.1002/andp.18872670827 ، مؤرشفة من الأصلي في 11 يونيو 2020 ، تم استرجاعها في 25 أغسطس 2019
  27. ↑ «جائزة نوبل في الفيزياء 1921» ، مؤسسة نوبل، مؤرشفة من الأصل في 17 أكتوبر 2008 ، تم استرجاعها في 16 مارس 2013
  28. ↑ "الحالة الصلبة" ، القاموس الحر ، مؤرشف من الأصل في 21 يوليو 2018
  29. ↑ بلاكيمور، جون سيدني (1985)، فيزياء الحالة الصلبة ، مطبعة جامعة كامبريدج، ص 1-3 
  30. ↑ جايجر، ريتشارد سي؛ بلالوك، ترافيس ن. (2003)، تصميم الدوائر الإلكترونية الدقيقة ، ماكجرو هيل بروفيشنال، ص 46-47 ، ISBN  0-07-250503-6
  31. ↑ "1947: اختراع ترانزستور التلامس النقطي" ، متحف تاريخ الحاسوب ، مؤرشف من الأصل في 30 سبتمبر 2021 ، تم استرجاعه في 10 أغسطس 2019
  32. ↑ "1948: تصميم ترانزستور الوصلة" ، محرك السيليكون ، متحف تاريخ الحاسوب ، مؤرشف من الأصل في 30 يوليو 2020 ، تم استرجاعه في 8 أكتوبر 2019
  33. ↑ اللجنة الكهروتقنية الدولية، مرجع IEV 113-02-13
  34. ↑ لورانس س. ليرنر (1997). الفيزياء للعلماء والمهندسين ، المجلد 2، ص 636
  35. ↑ كلوز، فرانك (2007)، البصلة الكونية الجديدة: الكواركات وطبيعة الكون ، مطبعة سي آر سي، ص 51، رقم ISBN  978-1-58488-798-0
  36. ↑ كولوم، شارل أوغسطين دي (1785)، تاريخ الأكاديمية الملكية للعلوم ، باريس، القوة التنافرية بين كرتين صغيرتين مشحونتين بنفس نوع الكهرباء تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بين مركزي الكرتين.
  37. 1 2 3 4 5 6 7 دافين، دبليو جيه (1980)، الكهرباء والمغناطيسية، الطبعة الثالثة ، ماكجرو هيل، رقم ISBN 0-07-084111-X
  38. ↑ المجلس الوطني للبحوث (1998)، الفيزياء خلال التسعينيات ، مطبعة الأكاديميات الوطنية، الصفحات 215-216 ، رقم ISBN  0-309-03576-7
  39. 1 2 أوماشانكار، كورادا (1989)، مقدمة في هندسة المجالات الكهرومغناطيسية ، العالم العلمي، الصفحات من 77 إلى 79، ISBN  9971-5-0921-0
  40. 1 2 هوكينج، ستيفن (1988)، تاريخ موجز للزمن ، دار بانتام للنشر، ص 77، ISBN  0-553-17521-1
  41. ↑ تريفيل، جيمس (2003)، طبيعة العلم: دليل شامل للقوانين والمبادئ التي تحكم كوننا ، كتب هوتون ميفلين، ص 74 ، رقم ISBN  0-618-31938-7
  42. ↑ الخليلي، جيم، "الصدمة والرهبة: قصة الكهرباء"، بي بي سي هورايزون
  43. ↑ وارد، روبرت (1960)، مقدمة في الهندسة الكهربائية ، برنتيس هول، ص 18 
  44. ↑ سوليمار، ل. (1984)، محاضرات في النظرية الكهرومغناطيسية ، مطبعة جامعة أكسفورد، ص 140 ، ISBN  0-19-856169-5
  45. ↑ "ملاحظة المختبر رقم 105: تقليل التداخل الكهرومغناطيسي - غير المكبوت مقابل المكبوت " ، تقنيات قمع القوس الكهربائي، أبريل 2011، مؤرشفة من الأصل في 5 مارس 2016 ، تم استرجاعها في 7 مارس 2012
  46. 1 2 3 بيرد، جون (2007)، مبادئ وتكنولوجيا الكهرباء والإلكترونيات، الطبعة الثالثة ، نيونس، ISBN 978-1-4175-0543-2
  47. 1 2 مورلي وهيوز (1970)، مبادئ الكهرباء، الطبعة الخامسة ، لونجمان، ص 73، ISBN  0-582-42629-4
  48. 1 2 نايدو، MS؛ Kamataru، V. (1982)، هندسة الجهد العالي ، تاتا ماكجرو هيل، ISBN 0-07-451786-4
  49. ↑ بول ج. ناهين (9 أكتوبر 2002)، أوليفر هيفسايد: حياة وعمل وأزمنة عبقري كهربائي من العصر الفيكتوري ، مطبعة جامعة جونز هوبكنز، رقم ISBN 978-0-8018-6909-9
  50. ↑ سيرواي، ريموند أ. (2006)، فيزياء الكلية لسيرواي ، تومسون بروكس، ص 500، ISBN  0-534-99724-4
  51. ↑ سايلي، سو؛ ماكإسحاق، دان (2007)، "استخدام تشبيهات الجاذبية لتقديم مفاهيم نظرية المجال الكهربائي الأساسية" ، معلم الفيزياء ، 45 (2): 104، رمز Bibcode : 2007PhTea..45..104S ، doi : 10.1119/1.2432088 ، مؤرشف من الأصل في 16 فبراير 2008 ، تم استرجاعه في 9 ديسمبر 2007
  52. ↑ تومسون، سيلفانوس ب. (2004)، مايكل فاراداي: حياته وعمله ، إليبرون كلاسيكس، ص 79، ISBN  1-4212-7387-X
  53. 1 2 مورلي وهيوز، مبادئ الكهرباء، الطبعة الخامسة ، الصفحات 92-93 
  54. 1 2 معهد الهندسة والتكنولوجيا ، مايكل فاراداي: سيرة ذاتية ، مؤرشف من الأصل في 3 يوليو 2007 ، تم استرجاعه في 9 ديسمبر 2007
  55. ↑ ليز، جيمس (2017)، الفيزياء في 50 لحظة فارقة: تسلسل زمني للمعالم العلمية ، دار كواد للنشر، 1831: مايكل فاراداي يخترع قرص فاراداي، رقم ISBN 978-0-85762-762-9
  56. ^ أوروني، بول بيتر؛ وآخرون . (2023)، “19.2: دوائر السلسلة” ، فيزياء ، OpenStax، ص. 612، ردمك   978-1-951693-21-3
  57. 1 2 3 4 ألكسندر، تشارلز؛ ساديكو، ماثيو (2006)، أساسيات الدوائر الكهربائية (3، طبعة منقحة)، ماكجرو هيل، ISBN  978-0-07-330115-0
  58. ↑ سميث، كلير (2001)، الفيزياء البيئية
  59. 1 2 3 هورويتز، بول؛ هيل، وينفيلد (2015)، فن الإلكترونيات ( الطبعة الثالثة)، مطبعة جامعة كامبريدج، ISBN  978-0-521-80926-9
  60. ↑ سينغلتون، جون (30 أغسطس 2001)، نظرية النطاقات والخواص الإلكترونية للمواد الصلبة ، مطبعة جامعة أكسفورد، ص 49، ISBN  978-0-19-105746-5
  61. ↑ أغاروال، أنانت؛ لانغ، جيفري (1 يوليو 2005)، أسس الدوائر الإلكترونية التناظرية والرقمية ، إلسيفير، ISBN 978-0-08-050681-4
  62. ↑ هيريك، دينيس ف. (2003)، إدارة الإعلام في عصر العمالقة: ديناميكيات الأعمال في الصحافة ، دار بلاكويل للنشر، رقم ISBN 0-8138-1699-8
  63. ↑ داس، ساسواتو ر. (15 ديسمبر 2007)، "الترانزستور الصغير والقوي" ، لوس أنجلوس تايمز ، مؤرشف من الأصل في 11 أكتوبر 2008 ، تم استرجاعه في 12 يناير 2008
  64. ↑ تشارلز ليجيت فورتيسكو (1913)، التلغراف اللاسلكي ، مطبعة جامعة كامبريدج ، ص 17، hdl : 2027/mdp.39015063926300 
  65. 1 2 ديل، آر إم؛ راند، دي إيه جيه؛ كونور، بول؛ بيلي، روبرت (بوب) دي (2001)، فهم البطاريات ، doi : 10.1039/9781847552228 ، ISBN 978-0-85404-605-8
  66. ↑ ماكلارين، بيتر ج. (1984)، الطاقة الكهربائية والآلات الأساسية ، إليس هوروود، ص 182-183 ، ISBN  0-85312-269-5
  67. ↑ "كيفية توليد الكهرباء" ، إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) ، 9 نوفمبر 2022 ، تم الاطلاع عليه في 19 فبراير 2023
  68. ↑ برايس، روبرت (2020)، مسألة قوة: الكهرباء وثروة الأمم ، بابليك أفيرز، ص 352، رقم ISBN  978-1-61039-749-0تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 7 نوفمبر 2021 ، وتم استرجاعه في 7 نوفمبر 2021.
  69. ↑ معهد إديسون الكهربائي، تاريخ صناعة الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة، 1882-1991 ، مؤرشف من الأصل في 6 ديسمبر 2010 ، تم استرجاعه في 8 ديسمبر 2007
  70. ↑ منتدى قيادة احتجاز الكربون، ملخص الطاقة في الهند ، مؤرشف من الأصل في 5 ديسمبر 2007 ، تم استرجاعه في 8 ديسمبر 2007
  71. ↑ إندكس موندي، استهلاك الكهرباء في الصين ، مؤرشف من الأصل في 17 يونيو 2019 ، تم استرجاعه في 8 ديسمبر 2007
  72. ↑ كوتشر، سي إف؛ ميلفورد، جيه بي؛ كريث، إف. (2019)، مبادئ أنظمة الطاقة المستدامة ، سلسلة الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران ( الطبعة الثالثة)، مطبعة سي آر سي ، ص 5، رقم ISBN   978-0-429-93916-7تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 6 يونيو 2020
  73. 1 2 باترسون، والتر سي. (1999)، تحويل الكهرباء: جيل التغيير القادم ، إيرث سكان، ص 44-48 ، ISBN  1-85383-341-X
  74. ↑ معهد إديسون الكهربائي، تاريخ صناعة الطاقة الكهربائية ، مؤرشف من الأصل في 13 نوفمبر 2007 ، تم استرجاعه في 8 ديسمبر 2007
  75. ↑ كاستيلو، أنيا؛ غايم، دينيس ف. (2014)، "تطبيقات تخزين الطاقة على نطاق الشبكة في دمج الطاقة المتجددة: دراسة استقصائية"، تحويل الطاقة وإدارتها ، 87 : 885-894 ، Bibcode : 2014ECM....87..885C ، doi : 10.1016/j.enconman.2014.07.063
  76. ↑ مستقبل تخزين الطاقة (ملف PDF) ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، 2022، الصفحات 11-16 ، رقم ISBN  978-0-578-29263-2
  77. ↑ والد، ماثيو (21 مارس 1990)، "الاستخدام المتزايد للكهرباء يثير تساؤلات حول الإمداد" ، نيويورك تايمز ، مؤرشف من الأصل في 8 يناير 2008 ، تم استرجاعه في 9 ديسمبر 2007
  78. ↑ دالروي جونز، بيتر، مجتمع المستهلك: تاريخ الرأسمالية الأمريكية ، كتب بنجوين، ص 211 
  79. ↑ "الطريق الوعر نحو تحرير قطاع الطاقة" ، EnPowered، 28 مارس 2016، مؤرشف من الأصل في 7 أبريل 2017 ، تم استرجاعه في 29 مايو 2017
  80. ↑ ريفيل، تشارلز وبينيلوب (1992)، البيئة العالمية: تأمين مستقبل مستدام ، جونز وبارتليت، ص 298 ، ISBN  0-86720-321-8
  81. ↑ وزارة البيئة والطاقة الدنماركية، "F.2 قانون إمدادات التدفئة" ، البيان الوطني الثاني للدنمارك بشأن تغير المناخ ، مؤرشف من الأصل في 8 يناير 2008 ، تم استرجاعه في 9 ديسمبر 2007
  82. ↑ براون، تشارلز إي. (2002)، موارد الطاقة ، سبرينغر، رقم ISBN 3-540-42634-5
  83. ↑ حجة، ب.؛ باتلز، س.، نمو الطلب على الكهرباء في الأسر الأمريكية، 1981-2001: الآثار المترتبة على انبعاثات الكربون (ملف PDF) ، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 16 فبراير 2008 ، تم استرجاعه في 9 ديسمبر 2007
  84. ↑ «من المتوقع أن يرتفع الطلب على أجهزة التكييف بشكل كبير بحلول عام 2050» ، مجلة الإيكونوميست ، تاريخ الاطلاع: 13 مارس 2023
  85. ↑ باثاك، م.؛ سليد، ر.؛ شوكلا، ب. ر.؛ سكيا، ج.؛ وآخرون (2023)، "ملخص فني" (ملف PDF) ، تغير المناخ 2022: التخفيف من آثار تغير المناخ. مساهمة الفريق العامل الثالث في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ، ص 91، doi : 10.1017/9781009157926.002 ، ISBN   9781009157926
  86. ↑ واتسون، إس دي؛ كرولي، جيه؛ لوماس، كيه جيه؛ بوسويل، آر إيه (2023)، "التنبؤ بالطلب المستقبلي على الكهرباء من مضخات الحرارة في بريطانيا العظمى" ، الطاقة والمباني ، 286 112917، Bibcode : 2023EneBu.28612917W ، doi : 10.1016/j.enbuild.2023.112917
  87. ↑ "النقل العام" ، أخبار الطاقة البديلة ، 10 مارس 2010، مؤرشف من الأصل في 4 ديسمبر 2010 ، تم استرجاعه في 2 ديسمبر 2010
  88. ↑ كارلييه، ماتيلد (أبريل 2025)، "مبيعات السيارات الكهربائية القابلة للشحن في جميع أنحاء العالم 2015-2024" ، ستاتيستا ، مؤرشف من الأصل في 29 أغسطس 2025 ، تم استرجاعه في 16 سبتمبر 2025
  89. 1 2 تليس، ناصر (2008)، نمذجة أنظمة الطاقة وتحليل الأعطال ، إلسيفير، ص 552-554 ، ISBN  978-0-7506-8074-5
  90. ↑ غريمنس، سفير (2000)، أساسيات المعاوقة الحيوية والكهرباء الحيوية ، دار النشر الأكاديمية، الصفحات 301-309 ، رقم ISBN  0-12-303260-1
  91. ^ ليبشولتز، جيه. هيلت، MLJH (2002)، أخبار الجريمة والتلفزيون المحلي ، Lawrence Erlbaum Associates، ص. 95، ردمك  0-8058-3620-9
  92. ↑ ليندرز، أنولا؛ كانسال، شوبها باي؛ شوب، كايل؛ أوكلي، صموئيل (2021)، "وعود ومخاطر الحلول التكنولوجية لمشاكل عقوبة الإعدام"، الإنسانية والمجتمع ، 45 (3): 384-413 ، doi : 10.1177/0160597620932892
  93. ^ إنكريناز ، تيريز (2004)، النظام الشمسي ، سبرينغر، ص. 217، ردمك  3-540-00241-3
  94. 1 2 Paufler، P. (1994)، “Historical Atlas of Crystallography”، Zeitschrift für Kristallographie - المواد البلورية ، 209 (12): 1008–1009 ، بيب كود : 1994ZK....209.1008P ، دوى : 10.1524/zkri.1994.209.12.1008a
  95. ↑ إيفانسيفيتش، فلاديمير وتيجانا (2005)، الديناميكا الحيوية الطبيعية ، وورلد ساينتيفيك، ص 602، ISBN  981-256-534-5
  96. 1 2 كاندل، إي.؛ شوارتز، ج.؛ جيسيل، ت. (2000)، مبادئ علم الأعصاب ، ماكجرو هيل بروفيشنال، ص 27-28 ، ISBN  0-8385-7701-6
  97. ↑ دافيدوفيتس، بول (2007)، الفيزياء في علم الأحياء والطب ، دار النشر الأكاديمية، الصفحات 204-205 ، رقم ISBN  978-0-12-369411-9
  98. ↑ جاكسون، مارك (4 نوفمبر 2013)، الفيزياء النظرية - مثل الجنس، ولكن دون الحاجة إلى التجربة ، ذا كونفرسيشن، مؤرشف من الأصل في 4 أبريل 2014 ، تم استرجاعه في 26 مارس 2014
  99. ↑ بوليمينيس، مايكل (ديسمبر 2010)، "فاراداي حول الفوائد المالية للعلم" ، مجلة نيتشر ، 468 (7324): 634، رمز Bibcode : 2010Natur.468..634P ، doi : 10.1038/468634d ، PMID 21124439 
  100. ↑ هوير، رولف (فبراير 2011)، "يومًا ما يا سيدي، قد تفرض عليه ضريبة" ، نشرة سيرن (7-08/2011)
  101. ^ ديفيد ميكلسون (25 نوفمبر 2000)، “اقتباس ضريبة مايكل فاراداي” ، سنوبس
  102. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 فان ريبر، أ. بودوين (2002)، العلم في الثقافة الشعبية: دليل مرجعي ، ويستبورت: مطبعة غرينوود ، رقم ISBN 0-313-31822-0

مراجع