10 حقائق صادمة عن الكهرباء
الكهرباء تحافظ على الأضواء ، وتشغل السيارات الكهربائية ، بل وتغرس لغتنا – فبعد كل شيء ، يوصف الانجذاب بأنه “شعور بالشرارة”. لكن ما مدى معرفتك بما يدفع هذه الظاهرة الفيزيائية؟
نحن نتخطى الأساطير والمفاهيم الخاطئة حول الكهرباء بهذه الحقائق العشر الصادمة.
1. تم المبالغة في التقارير حول اكتشاف الكهرباء إلى حد كبير
تعمق في تاريخ الكهرباء وستجد تقارير متضاربة حول اكتشافها. كان الأصل رائد الكهرباء بنجامين فرانكلينتطير بمفتاح متصل بطائرة ورقية في عاصفة رعدية في خمسينيات القرن الثامن عشر؟ أم أنه كان طاليس ميليتس ، الفيلسوف اليوناني الذي يُفترض أنه جرب الكهرمان والريش في 600 قبل الميلاد لاكتشاف الكهرباء الساكنة لأول مرة؟
متعلق ب: من اخترع لمبة؟
لم يكن كذلك ، حقًا. العديد من المصادر غير المذكورة تدين تاليس من ميليتس باكتشافه ثابتًا ، لكن تحقيقًا نُشر عام 2012 في مجلة مجلة الكهرباء الساكنة (يفتح في علامة تبويب جديدة) وجد أنه لم يزعم أبدًا أنه اكتشف أن الكهرمان ، عند فركه ، يجذب الأشياء الخفيفة مثل الريش ؛ بدلاً من ذلك ، ذكر ثابتًا لدعم حجته القائلة بأنه حتى الأشياء غير الحية قد يكون لها روح. وقد حدثت تجربة بن فرانكلين المزعومة بالطائرة الورقية بعد فترة طويلة من اكتشاف العلماء بالفعل وجود الكهرباء. اقترح فرانكلين تجربة الطائرة الورقية كطريقة لاكتشاف ما إذا كان البرق عبارة عن تفريغ كهربائي بالفعل ، لكن المؤرخين ليسوا متأكدين مما إذا كان قد أجرى التجربة بنفسه ، حيث لا يوجد سوى مصدران يذكران التجربة ، وكُتب أحدهما منذ حوالي 15 عامًا بعد وقوع الحادث ، وفقا ل إدارة المحفوظات والسجلات الوطنية الأمريكية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
في الواقع ، اكتشف الكثير من الناس الكهرباء على مدى قرون وبطرق مختلفة. أجرى الطبيب الإنجليزي ويليام جيلبرت تجارب باستخدام المغناطيس والكهرباء في أواخر القرن السادس عشر وأوائل القرن السابع عشر ، وفقًا لـ بي بي سي (يفتح في علامة تبويب جديدة)، وصاغ مصطلح “electricus” في عام 1600 لوصف الشحنات الكهربائية. العالم الإنجليزي ومعلم الأساطير توماس براون من القرن السابع عشر ، الذي وضع عددًا من الأساطير الحضرية على المحك في كتابه “أخطاء فادحة (يفتح في علامة تبويب جديدة)، “صاغ مصطلح” الكهرباء “قبل وفاته في عام 1682. كان بن فرانكلين ومعاصريه في القضية في القرن الثامن عشر ، وبحلول عام 1800 ، اكتشف المخترع الإيطالي أليساندرو فولتا كيفية توليد الكهرباء في الواقع من خلال صنع بطاريات بدائية من الزنك والنحاس والكرتون المبلل بالمياه المالحة. في عام 1831 ، اكتشف العالم الإنجليزي مايكل فاراداي طريقة لتوليد تيار كهربائي عن طريق تحويل مغناطيس داخل ملف من الأسلاك. بعبارة أخرى ، كان جهدًا جماعيًا.
متعلق ب: ما هو قانون فاراداي للاستقراء؟
2. الكهرباء تقوم فقط بتحريك الإلكترونات
أصبحت الكهرباء الآن في كل مكان بحيث يسهل نسيان القوى التي تجعلها ممكنة. فلماذا توجد الكهرباء؟ الجواب يتعلق بالجسيمات دون الذرية.
تتكون كل من الذرات التي تشكل المادة في الكون من نواة تدور حول سحابة من الإلكترونات سالبة الشحنة. ترتبط بعض هذه الإلكترونات بإحكام شديد بنواة ذراتها ، في حين أن البعض الآخر يشبه العوامل الحرة. عند تطبيق قوة ، يمكن لهذه الإلكترونات أن تتحرك ، وفقًا لـ إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (يفتح في علامة تبويب جديدة). تلك الإلكترونات المتحركة هي كهرباء.
3. البرق هو الكهرباء في أقصى الحدود
البرق ، مدفوعًا بالشحنات الساكنة الناتجة عن سحب العواصف ، هو أحد أفضل مظاهر قوة الكهرباء. بحسب ال مكتب الأرصاد الجوية في المملكة المتحدة (يفتح في علامة تبويب جديدة)، متوسط صاعقة البرق هو عرض الإبهام ويبلغ طوله من 2 إلى 3 أميال (3.2 إلى 4.8 كيلومترات). تعمل الطاقة الموجهة إلى صاعقة البرق على تسخين الهواء إلى درجة لا يمكن تصورها تبلغ 54000 درجة فهرنهايت (30000 درجة مئوية) ، وهو أكثر سخونة بخمس مرات من سطح الشمس.
يحدث هذا في مكان ما على الأرض حوالي 44 مرة في الثانية ، وفقًا لـ Met. ييكيس.
4. عندما يزأر الرعد ، تتألق النباتات
أثناء العواصف الكهربائية ، تتفاعل النباتات أحيانًا مع المجالات الكهربائية التي تسببها العواصف عن طريق تفريغ شرارات صغيرة من الكهرباء. يمكن لهذه الشرارات أن تخلق ضبابًا أزرق خافتًا يُعرف باسم الهالة.
بغرابة ، هذه التصريفات قد تؤثر على جودة الهواء. في دراسة 2022 نشرت في مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الغلاف الجوي (يفتح في علامة تبويب جديدة)، وجد الباحثون أن الكورونا أنتجت مستويات عالية من المواد الكيميائية شديدة التفاعل تسمى الجذور. تفتقر الجذور إلى الإلكترونات ويمكنها سرقتها من الذرات القريبة ، وبالتالي تغيير المركبات الكيميائية من حولها. أفاد الباحثون أن هذا قد يزيل بعض المركبات الضارة من الهواء ، ولكنه قد يخلق أيضًا ملوثات جديدة للهواء.
5. يستطيع الدماغ تشغيل المصباح الكهربائي
تتواصل الخلايا العصبية عن طريق نبضات كهربائية دقيقة ، تنجم عن تغيرات في أغشية الخلايا العصبية التي تسمح للجزيئات المشحونة بالتدفق داخل وخارج الخلية استجابة للإشارات الكيميائية. بعبارة أخرى ، يولد الدماغ الكهرباء الخاصة به. (هذا هو السبب في أن الصدمة الكهربائية تبدو غريبة جدًا ويمكن أن تتسبب في اهتزاز الجسم بشكل لا يمكن السيطرة عليه ، لأن الكهرباء الخارجية تجعل الآلات الكهربائية للجهاز العصبي تتعطل).
معًا ، ستكون الطاقة المولدة من جميع الخلايا العصبية البالغ عددها 86 مليارًا في الدماغ ما يكفي لتشغيل مصباح كهربائي منخفض القوة الكهربائية.
6. “همهمة” الكهرباء مختلفة في جميع أنحاء العالم
تطن الكهرباء لأن التيار المتجه إلى منازلنا وأماكن العمل لدينا هو تيار متناوب: يتغير التيار اتجاهه عدة مرات في الثانية. وبالمقارنة ، فإن التيار المباشر ، الذي يستخدم غالبًا لإعادة شحن البطاريات ، يتدفق في اتجاه واحد فقط. “همهمة الكهرباء” التي تسمعها عندما تكون بالقرب من جهاز كهربائي هو في الواقع أحد الآثار الجانبية لاهتزاز المغناطيس الكهربائي داخل الجهاز.
يختلف طنين التيار المتردد اعتمادًا على مدى سرعة التقلبات الحالية. في الولايات المتحدة وكندا وبعض دول أمريكا الجنوبية ، يتناوب التيار 60 مرة في الثانية ، بينما في معظم أنحاء العالم يتناوب 50 مرة في الثانية. الطنين حول ضعف تردد التيار المترددو غاري وودز (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أستاذ في الممارسة في قسم الهندسة الكهربائية والكمبيوتر والهندسة في جامعة رايس في تكساس ، قال لـ Live Science. لذا في الولايات المتحدة ، ترن أصوات الكهرباء عند 120 هرتز ، أو بين أ B و B مسطحتين أوكتافين أقل من الوسط C.
7. استهلاك الكهرباء في تزايد مستمر
العالم يستهلك الكثير من الكهرباء. اعتبارًا من عام 2019 ، بلغ الاستهلاك العالمي للكهرباء 22،848 تيراواط / ساعة. لوضع ذلك في المنظور ، فإن التيراوات تساوي تريليون واط – هذا عدد كبير من المصابيح الكهربائية.
واستهلكت الصناعة حوالي 41٪ من هذا الإجمالي ، بحسب وزارة الخارجية وكالة الطاقة الدولية (يفتح في علامة تبويب جديدة) (IEA) ، يليه الاستخدام السكني بحوالي 27٪ والاستخدام التجاري والخدمة العامة بحوالي 21٪. وذهب الباقي إلى وسائل النقل ، بما في ذلك السيارات الكهربائية ، واستخدامات أخرى. يتزايد استهلاك الكهرباء بشكل مطرد منذ السبعينيات على الأقل ؛ كان استخدام 2019 أكبر بنسبة 1.8٪ من عام 2018. الصين هي أكبر مستهلك للكهرباء في جميع أنحاء العالم ، تليها الولايات المتحدة ثم الهند.
8. النحل كهربائي
قد يكون لسرب من النحل تأثير صادم ، وليس فقط بسبب إبرهم. وفقًا لبحث نُشر في مجلة iScience في أكتوبر 2022 ، قد تولد أسراب النحل مجالات كهربائية التي تشبه تلك التي تنتجها عاصفة رعدية.
يفرك النحل باستمرار أسطح النباتات والهواء ، وتضرب أجنحته الصغيرة مئات المرات في الثانية. نتيجة لذلك ، يمكنهم بسهولة توليد الكهرباء الساكنة. اعتقد العلماء أن هذه الحالة الساكنة كانت صغيرة الحجم ، حتى قاموا بقياس الشحنة الكهربائية بالقرب من خلايا النحل مع انطلاق الأسراب. ووجدوا أن النحل يمكن أن يخلق تدرجًا كهربائيًا للجهد يبلغ 100 فولت لكل متر ، وأحيانًا يصل إلى 1000 فولت لكل متر – ثمانية أضعاف نوع التدرج الموجود في سحابة عاصفة نموذجية. أفاد الباحثون أن هذه التدرجات التي تم إنشاؤها بيولوجيًا قد تؤثر على تحركات الغبار الجوي والملوثات الدقيقة الأخرى.
9. بعض البكتيريا تزفر الكهرباء
في أعماق قاع المحيط وبعيدًا تحت الأرض ، توجد بكتيريا من الجنس Geobacter إرسال الغطس الصغيرة والكهرباء الزفير. إنها خدعة غريبة ، تقتضيها حقيقة أن هذه البكتيريا لا تستطيع الوصول إلى الأكسجين. يولد النشاط الأيضي إلكترونات زائدة ؛ يستخدم البشر والكائنات الحية الأخرى التي تعيش أسلوب حياة هوائية الأكسجين لربط هذه الإلكترونات الزائدة وإخراجها من الجسم. لكن الكائنات اللاهوائية – الكائنات الحية التي لا تستخدم الأكسجين – لا تتمتع بهذه الرفاهية.
لذا Geobacter ترسل الأنواع أنواعًا غطسًا أرق 100000 مرة من شعر الإنسان لدفع الإلكترونات بعيدًا عن نفسها وإلى محيطها ، وأحيانًا مئات الآلاف من أطوال أجسام البكتيريا بعيدًا عن الكائن الحي. في عام 2021 ، وجد الباحثون أن هذه الأسلاك الكهربائية صغيرة الحجم مصنوع من بروتين يسمى السيتوكروم. مستعمرات Geobacter يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة الكهربائية ، لكن البكتيريا لا تنتج الكثير من الكهرباء ، لذلك يجب أن تكون الأجهزة صغيرة.
10. الماس يحتاج إلى القليل من الهزة حتى يتشكل
قد يكون الماس أفضل صديق للفتاة ، لكن الكهرباء هي أفضل صديق للماس. أفاد العلماء في عام 2021 أن يحتاج الماس ، الذي يتشكل في أعماق وشاح الأرض ، إلى القليل من المساعدة الكهربائية لتكوينه. اتضح أن الكربون لا يتحول إلى بريق لامع بدون هزة صغيرة تبلغ حوالي 1 فولت ، وفقًا للدراسة التي نُشرت في المجلة. تقدم العلم (يفتح في علامة تبويب جديدة).
ربما لا يمثل هذا مشكلة كبيرة في الوشاح ، حيث يمكن للصخور المنصهرة والسوائل الأخرى توصيل الشحنات الكهربائية. من المحتمل أن يوفر المجال الكهربائي الصغير ، الأضعف من البطارية المنزلية ، إلكترونات إضافية لبدء عملية التبلور التي تشكل الماس.
