باختصار، الطاقة الكهربائية هي القدرة العامة على القيام بأي عمل، وتتواجد عدة أشكال لهذه الطاقة التي نستخدمها في حياتنا اليومية، ومن أهم هذه الأشكال هي الطاقة الكهربائية، التي تتميز بسهولة استخدامها.
الطاقة الكهربائية
- يمكن تحويل هذه الطاقة إلى أشكال متعددة من الطاقة، ولكن تخزينها بكميات ضخمة صعب جدا، وقد تنوعت استخدامات الكهرباء بشكل كبير، وتنوعت مجالاتها أيضا بشكل كبير.
- تستخدم تلك الطاقة في تشغيل العديد من الأجهزة الكهربائية وتستخدم أيضا في تدفئة المنزل وعمليات النقل.
- تستخدم الطاقة في العمليات الصناعية وفي العديد من الاستخدامات المنزلية المختلفة، بالإضافة إلى العديد من التطبيقات الصعبة.
- تمثل الطاقة الكهربائية حوالي 12% من إجمالي مصادر الطاقة المستخدمة في العالم باعتبارها مولدات الطاقة الأساسية لأنواع متعددة من الطاقة.
- تعبر الطاقة الكهربائية عن الطاقة المخزنة داخل الأشياء، وخاصة الأشياء المشحونة الموجودة في الذرة، والتي تولد مجالا كهربيا يحيط بها.
شاهد أيضًا: قانون طاقة الوضع الكهربائية
كيف تنشأ القوة الكهربائية؟
- تنشأ قوة كهربائية بين الجسيمات المختلفة والجسيمات المشحونة، ويحدث ذلك داخل المجال الذي يعرف بالمجال الكهربائي.
- بالتالي، يمكننا أن نقول أن القوة التي تنشأ من التيار الكهربائي هي التي تجعل الجسيمات المشحونة تتحرك، أي أنها تبذل الكثير من العمل.
- يمكن أيضا الإشارة هنا إلى أن الطاقة الكهربائية تعتبر مصدرا ثانويا للطاقة، وهذا يعني أنها لا يمكن استخراجها أو استخراجها من باطن الأرض كما في حالة الفحم الحجري.
- الطاقة الكهربائية مشتقة من مصادر طاقة أولية مثل الفحم والغاز الطبيعي والتفاعلات النووية وغيرها، بالإضافة إلى طاقات أولية أخرى مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
تخزين الطاقة الكهربائية
- تعمل تدفق العديد من الأجهزة الإلكترونية على إنشاء ما يعرف بالتيار الكهربائي حيث يتم تدفق الأجهزة الإلكترونية نتيجة لتأثيرها من خلال الحقول الكهربائية الأخرى.
- وتؤثر بعض المجالات المغناطيسية التي تترابط معا في القدرة على استخلاص الطاقة الكهربائية وتستخدم كمحركات للشاحنات.
- وبالتالي، أصبح من الممكن تخزين هذه الطاقة عن طريق استخدام العديد من المكثفات والبطاريات، للاستفادة الكبيرة من هذه الطاقة في العديد من التطبيقات.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكننا العمل على توصيل الكهرباء بكل سهولة عن طريق الأسلاك المعصبة.
- تصنع تلك الأسلاك المضغوطة من مواد توصيل جيدة للكهرباء بشكل كبير مثل المعادن.
- بشكل عام، يطلق عليه اسم الشبكة الكهربائية وهو جزء أساسي في نقل الطاقة الكهربائية وغير معروف للكثير من الناس.
تطبيقات الطاقة الكهربائية
- يمكن اعتبار استخدام التيار الكهربائي في تشغيل العديد من الأجهزة الكهربائية مثالا واضحا على هذه الاستخدامات للطاقة الكهربائية وقدرتها على التحول إلى طاقة حرارية أيضا.
- يستطيع تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية، أو تحويلها إلى طاقة ضوئية أو طاقة ميكانيكية وغيرها من أشكال الطاقة المختلفة التي يمكن تحويلها إليها.
- وكما نلاحظ، تعتبر البطاريات مصدرا أساسيا وموثوقا لكميات كبيرة من الطاقة الكهربائية، ولا شك في أنها مصدر لا يمكن الاستغناء عنه.
- ومع ذلك، نلاحظ أن التيار الكهربائي الناتج عن البطاريات يتألف من تدفق للعديد من الأيونات المعدنية المستخدمة في البطاريات، بدلا من استخدام الإلكترونيات.
- من الأهمية بمكان أن نذكر أن الكهرباء تلعب دورا كبيرا وأساسيا في أجسام الكائنات الحية.
- وجود الطاقة الكهربائية والتيار الكهربائي داخل الجسم يعتبران أساسا لجميع الاستجابات العصبية المتنوعة وحركة العضلات.
- وبذلك يتم تركيز الأيونات المتعلقة بالهيدروجين أو الإلكترونات أو أيونات أخرى في إحدى الجوانب العصبية للأغشية العصبية.
- هذا يؤدي إلى تفاعل جاذبية وقد يتسبب أيضا في تكوين تفاعلات تنافرية، مما يؤدي في النهاية إلى انقباضات واستجابات توسعية تمثل تلك الاستجابات العصبية.
آلية توليد الطاقة الكهربائية
- قد قام العالم البريطاني مايكل فاراداي بالاكتشاف وسيلة لتوليد الطاقة الكهربائية في الربع الأول من القرن الرابع عشر.
- تم ذلك عن طريق إدخال حلقة أو شيء مشابه مثل القرص المعدني مثل النحاس، حيث يعتبر النحاس موصلا جيدا للكهرباء داخل أي حقل مغناطيسي.
- يجب أن يتكون هذا المجال المغناطيسي من العديد من الأقطاب المغناطيسية، مما ينشئ مجالا كهربائيا يحرر الأيونات والإلكترونيات السالبة.
- وذلك يحدث تحت تأثير قوي جدا من التجاذب والتنافر الكهربائي الذي يساهم في بناء جيد للحقل الكهربائي.
- وبالتالي، نجد أن الإلكترونيات تتجذب نحو الأيونات والبروتونات الموجبة وتتنافر مع العديد من الإلكترونات والأيونات التي تحمل شحنة معاكسة.
كيف يتم توليد الطاقة من محطات توليد الطاقة؟
- يتم توليد الطاقة الكهربائية عن طريق محطات توليد الطاقة الكهربائية، ويمكن استخدام مصادر الوقود المتعددة مثل الفحم والنفط والغاز.
- من بين أنواع الوقود المستخدمة، تستخدم أيضا الطاقة النووية لتوليد الحرارة اللازمة لتسخين المياه إلى درجة الغليان.
- وهكذا يتم توليد البخار الذي يمكن استخدامه في تشغيل التوربينات البخارية تحت ضغط عال.
- التوربين يتصل بالمولد الكهربائي، ويتم استخدام الطاقة الكهرومغناطيسية لتشغيله، بهدف إنتاج الكهرباء وتوصيلها إلى الشبكة عبر أسلاك الاتصال المتعددة.
- كما يشترك محطات توليد الكهرباء في عدة أجزاء أساسية، والتي تعتبر ذات أهمية كبيرة لعملية توليد الكهرباء.
الأجزاء الأساسية في محطات توليد الكهرباء
- وتعمل وحدة الغليان على تسخين المياه حتى تصل إلى مرحلة الغليان وتتحول بعدها إلى بخار. يكون هذا البخار ذو ضغط عال، وذلك نتيجة لاستخدام مصادر طاقة متعددة.
- من الأمثلة على مصادر الطاقة المستخدمة هناك الفحم والنفط والغاز، بالإضافة إلى الغازات المتولدة من احتراق المواد الحيوية ومعالجة النفايات.
- هذه المصادر تختلف فيما يتعلق بتأثيرها الضار على البيئة من خلال انبعاثات متعددة للعديد من الغازات، مثل ثاني أكسيد الكربون، بالإضافة إلى العديد من الغازات الضارة.
- يتم استخدام هذا المولد الكهربائي والتوربينات مع بخار الماء، وتحديدا بخار الماء فائق التسخين المسخن في وحدة الغليان الخاصة به.
- هذا البخار هو المسؤول عن تحريك شفرات التوربينات وتشغيلها، والتي تكون متصلة بالملف النجاشي داخل الحقل الكهربائي.
- ثم يحدث عملية الدوران داخل المجال المغناطيسي، ومن هنا يتم توليد الطاقة الكهربية في نفس الوقت.
- عند استخدام البخار ونقله إلى التوربينات، يجب تبريد مياه التبريد وتكثيفها.
- ويتم ذلك عن طريق تبريد الماء المستخدم بواسطة بحيرة أو نهر قريب، أو باستخدام تقنية فريدة جدا وهي أبراج التبريد.
شاهد أيضًا: قانون طاقة الوضع الكهربائية
مصادر توليد الطاقة الكهربائية
- يتوفر العديد من المصادر التي تولد الطاقة الكهربائية، وسنذكرها بالتفصيل كما يلي:
1- مصادر حرارية
- تستخدم معظم محطات توليد الطاقة الكهربية الوقود لتسخين الماء الذي يحتاجه لتوليد البخار وإكمال دورة توليد الكهرباء المعروفة باسم دورة رانكن.
- ويفرض القانون الثاني للديناميكا الحرارية سيطرته على جميع محطات توليد الكهرباء.
- هذا يعني أن المحطات الكهربائية غير قادرة على تحويل الطاقة الحرارية الخاصة بها إلى كهرباء بكفاءة عالية، وتعتبر هذه المصادر الحرارية دليلا على استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.
2- الوقود الحفري
- تقوم المحطات المسؤولة عن إنتاج الطاقة الكهربائية بحرق مجموعة متنوعة من أنواع الوقود الحفري، مثل النفط والفحم، لتوليد بخار الماء الضروري لتشغيل محطة توليد الكهرباء.
- عندما نتحدث عن محطات توليد الكهرباء بواسطة الغازات، فإن هذه الغازات تعمل على تشغيل التوربينات، حيث تقوم الشفرات بالحركة والدوران في نفس الوقت.
- وعند الحديث عن محطات توليد الكهرباء التي تلعب دورا مهما، نجد أنها تستخدم المولد البخاري لزيادة إنتاج الكهرباء.
- لا شك أن العالم في عام 2017 قام بجامعة بإنتاج ما يقرب من 64.5٪ من احتياجات العالم من الكهرباء من خلال الوقود الأحفوري.
3- الوقود النووي
- يجدر بالذكر أن هناك تشابها كبيرا بين عملية توليد الكهرباء في المحطات النووية ومحطات توليد الكهرباء التي تستخدم الوقود الحفري.
- ومع ذلك، تعتمد محطات الوقود النووي على حرارة تلك العمليات النووية بدلا من حرق مجموعة متنوعة من أنواع الوقود الأحفوري لإنتاج بخار الماء.
- تتميز هذه المحطات بانخفاض انبعاثاتها التي تلوث البيئة وتلوث الهواء.
- تلك المحطات النووية لا تحتاج إلى كميات كبيرة من الوقود، وهذا يتناقض مع المحطات الأخرى التي تولد الكهرباء وتعرف باسم المحطات التقليدية.
4- مصادر متجددة
- عندما نتحدث عن محطات الطاقة الكهربائية ذات المصادر المتجددة، نجد أنها تتميز بالحصول على طاقتها من مصادر الطاقة المتجددة التي لا تنضب.
- تعتبر مصادر الطاقة المتجددة غير متاحة في جميع الأوقات والأماكن، وهذا ما يجعل المحطات تعاني من انقطاع في إنتاجها وتكون غير مستقرة كمصدر أساسي ورئيسي للطاقة.
أمثلة من مصادر الطاقة المتجددة
1- طاقة المياه
- تنتج الطاقة الكهرومائية عن طريق تخزين كميات كبيرة من الماء في السدود والسماح لهذا الماء بالتدفق من خلال البوابات ثم المرور عبر التوربينات المائية.
- تطلب توليد كميات هائلة من الكهرباء النظيفة والصديقة للبيئة، ويمكن استغلال الأنهار الجارية لإنتاج طاقة كهرومائية بكميات كبيرة.
- تعد هذه الطريقة محكمة بالبحث عن المواقع المناسبة واكتشافها لغرض بناء السد وأيضا بناء محطة توليد الطاقة الكهرومائية.
- بالتالي، نجد أن الطاقة الكهرومائية تعد من مصادر الطاقة المتجددة الهامة في حياة البشر.
شاهد أيضًا: مصادر الطاقة الكهربائية وأنواعها
في ختام هذا المقال الذي يتناول تعريف الطاقة الكهربائية بإيجاز، قد قمنا بتوضيح جميع الاستفسارات المتعلقة بموضوع الطاقة الكهربائية وتعريفها. نأمل أننا قد تطرقنا إلى جميع جوانب هذا المقال المهم والذي يعمل على تعزيز المعرفة وتعريفنا بمصادر الطاقة المتنوعة أيضا.
