الشحنة الكهربائية هي خاصية أساسية للمادة تسمح لها بالتفاعل من خلال المجالات الكهرومغناطيسية. إنه يتعلق بكمية قياسية ، والتي تلعب للتفاعل الكهرومغناطيسي نفس دور الكتلة N 1 في تفاعل الجاذبية. ومع ذلك ، على عكس الأخير ، هناك نوعان من الشحنات الكهربائية ، والتي يمكن تمييزها من خلال علاماتها ، موجبة أو سلبية. تتنافر الشحنات التي تحمل نفس .العلامة .مع بعضها البعض ، بينما تتجاذب رسوم العلامات المعاكسة. في المادة العادية ، هناك توازن بين الشحنات. الموجبة والسالبة ، نتحدث عن الحياد الكهربائي. وحدة قياس الشحنة المعتادة هي الكولوم (C).
ومع ذلك ، في بعض السياقات ، يتم أحيانًا استخدام وحدات أخرى مثل أمبير ساعة (A h). دائمًا ما يتم الحفاظ على الشحنة الكهربائية وتشكل خاصية أساسية للجسيمات الأولية المعرضة للتفاعل الكهرومغناطيسي. تتأثر المواد المشحونة. كهربائيًا بالمجالات الكهرومغناطيسية وتنتجها. منذ تجربة ميليكان في عام 1909 ، تم إثبات أن الشحنة الكهربائية .محددة كميًا: أي شحنة Q هي. عدد صحيح مضاعف. للشحنة الأولية ، يُشار إليها بـ eN 2 ، والتي تتوافق. مع القيمة. المطلقة لشحنة الإلكترون ، مع e ≈ 1.602 × 10−19 C. ومع ذلك ، نظرًا لصغر هذه القيمة ، غالبًا ما يكون من الممكن اعتبار الشحنة كمية مستمرة .عندما يتم اعتبار الكميات العيانية من الشحنات N 3. في الإلكترونيات ، تتجلى الشخصية المنفصلة. للشحنة الكهربائية ، مع ذلك ، من خلال نوع .معين من الضوضاء. يسمى “ضوضاء اللقطة”
إقرأ أيضا:اغناطيوس لويولاجدول المحتويات
الشحنة الكهربائية
جنرال لواء الشحنة الكهربائية هي فكرة مجردة ، يمكن مقارنتها بمفهوم الكتلة ، مما يساعد في تفسير سلوكيات معينة. على عكس الكتلة ، يمكن أن تأخذ الشحنة الكهربائية شكلين ، والتي تؤدي التجربة إلى اعتبارها “معاكسة” ؛ يطلق عليهم بشكل تعسفي “الإيجابية” و “السلبية”. شحنتان من نفس الطبيعة ، شحنتان موجبتان على سبيل المثال ، تتنافران ، بينما تجذب شحنتان من الطبيعة المعاكسة بعضهما البعض. هذه الظاهرة تسمى التفاعل الكهرومغناطيسي. التفاعل بين الشحنات والمجال الكهرومغناطيسي هو مصدر إحدى القوى الأساسية الأربعة. تخضع هذه الحقول الكهرومغناطيسية ، في الميكانيكا الكلاسيكية ، لمعادلات ماكسويل. يمكن قياس الشحنة الكهربائية مباشرة باستخدام مقياس كهربي. وحدتها هي كولوم.
تحتوي الجسيمات المرصودة على شحنات وهي مضاعفات عددية صحيحة للشحنة الأولية التي تعتبر ثابتًا فيزيائيًا أساسيًا (باستثناء الجسيمات التي تسمى الكوارك والتي لها شحنة كهربائية تقابل عددًا صحيحًا مضروبًا في e / 3). الكواركات لها شحنة كسرية -1/3 أو +2/3 ، لكن الكواركات الحرة لم تُرصد أبدًا. السبب النظري المطروح لشرح هذه الملاحظة هو الحرية المقاربة. أوضح روبرت ميليكان الطبيعة المنفصلة للشحنة الكهربائية في التجربة التي تحمل اسمه. تاريخ تم اكتشاف الشحنة الكهربائية من قبل الإغريق القدماء الذين وجدوا أن احتكاك الفراء بمواد مختلفة ، مثل الكهرمان ، ينتج عنه خلل في الشحنة الكهربائية (ظاهرة الاحتكاك الكهربائي). لاحظ اليونانيون أن الأزرار الكهرمانية المشحونة يمكن أن تجذب الأشياء الخفيفة مثل الشعر.
إقرأ أيضا:التلفزيونالكهرمان
يلاحظون أيضًا أنه إذا قاموا بفرك الكهرمان لفترة كافية ، فيمكنهم حتى الحصول على بريق. كلمة “كهرباء” مشتقة من “ηλεκτρον” ، الكلمة اليونانية التي تعني “العنبر”. في القرن الثامن عشر ، أصبحت دراسة الكهرباء شائعة. يتم إجراء التجارب الكهروستاتيكية التي يتم خلالها ، بمساعدة الأجهزة التي تعمل كمكثفات مثل جرة ليدن ، الوصول إلى الفولتية العالية بما يكفي لإحداث ارتجاج في المخ. من خلال سلسلة من التجارب (1733) ، ميّز Intendant du Fay نوعين من الكهرباء: الكهرباء الزجاجية (+) والكهرباء الراتنجية (-) المقابلة لنوعين من سلوك المادة أثناء الكهربة بالاحتكاك. في الوقت نفسه ، يتخيل بنجامين فرانكلين الكهرباء على أنها نوع من السوائل غير المرئية الموجودة في جميع المواد.
يفترض أن احتكاك الأسطح العازلة يحرك هذا السائل وأن تدفق هذا السائل يشكل تيارًا كهربائيًا. كما يفترض أيضًا أن المادة التي تحتوي على القليل جدًا من هذا السائل مشحونة سلبًا ، وإلا فهي موجبة الشحنة. بشكل تعسفي ، على الأقل لسبب غير معروف لنا ، قام بتعريف المصطلح “موجب” مع نوع الشحنة المكتسبة بواسطة قضيب زجاجي يفرك على الحرير ، و “سالب” مع الشحنة المكتسبة بواسطة قضيب كهرماني محمر. مع الفراء. ربما بسبب الإمكانات الكهربائية للمادة. الاتفاقية والحقائق نحن نعلم الآن أن نموذج فرانكلين كان بسيطًا جدًا. تتكون المادة في الواقع من نوعين من الكهرباء: جسيمات تسمى “بروتونات” تحمل شحنة كهربائية موجبة وجسيمات تسمى “إلكترونات” تحمل شحنة كهربائية سالبة.
إقرأ أيضا:كيف تحصل على حياة أفضليمكن أن يكون للتيار الكهربائي أسباب مختلفة: تدفق الجسيمات السالبة ، على سبيل المثال في موصل معدني ، أو تدفق الجسيمات الموجبة ، أو حتى تدفق الجسيمات السالبة والموجبة في اتجاهين متعاكسين ، على سبيل المثال في محلول أيوني.
اتفاقية فرانكلين
لتقليل هذا التعقيد ، لا يزال الكهربائيون يستخدمون اتفاقية فرانكلين ويتخيلون التيار الكهربائي ، المعروف باسم “التيار التقليدي” ، على أنه يتكون من تدفق من الجسيمات الموجبة حصريًا. يبسط التيار التقليدي المفاهيم والحسابات ، لكنه يخفي حقيقة أنه في بعض الموصلات (الإلكتروليت ، وأشباه الموصلات ، والبلازما) يتحرك نوعان من الشحنات الكهربائية في اتجاهين متعاكسين ، أو أنه في المعادن ، تكون الشحنات السالبة مسؤولة بشكل حصري تقريبًا عن تدفق تيار.
يعد Jamais Contente ، كهربائي ، أول سيارة قادرة على الوصول إلى 100 كلم / ساعة. لذلك يمكن تخزين الطاقة الكهربائية بطرق مختلفة. في صورة طاقة إلكتروستاتيكية ، عن طريق تجميع الشحنات الكهربائية في مكثف واحد أو أكثر. ظهور مكثفات بسعة تصل إلى بضع مئات من الفاراد حوالي عام 1995 جعل من الممكن عمل بدائل لبطاريات المراكم التقليدية. المزايا هي تقليل الوزن والتشغيل الممكن في الطقس شديد البرودة (المركبات القطبية). مع وجود عيب كبير: سعر الكيلوواط ساعة المخزنة أعلى بكثير.
في شكل طاقة كهرومغناطيسية ، عن طريق إنشاء تيار كهربائي في دائرة ملفوفة حول دائرة مغناطيسية ، بحيث يمكن استعادة الطاقة اللازمة لضبط الشحنات الكهربائية عن طريق الحث. يظل وقت تخزين الطاقة منخفضًا حتى مع أفضل المعادن الموصلة مثل الفضة والنحاس بسبب الخسائر الناتجة عن تأثير جول في الدائرة ؛ وبالتالي يتطلب التخزين طويل الأمد استخدام مواد فائقة التوصيل. تُعرف الأجهزة المنتجة بهذا الاسم باسم SMES: تخزين طاقة المغناطيس فائق التوصيل.
الشكل الكهروكيميائي
في الشكل الكهروكيميائي ، الذي يتميز بخاصية توفير الجهد (فرق الجهد) في أطرافه التي لا تعتمد إلا قليلاً على شحنتها (كمية الطاقة المخزنة) أو على التيار المسلم. نحن نستخدم الخاصية التي تمتلكها بعض الأزواج الكيميائية لتراكم كمية معينة من الكهرباء عن طريق تعديل تركيبها الجزيئي وهذا بطريقة قابلة للعكس. تُستخدم أنواع مختلفة من الأزواج الكيميائية لصنع مراكم كهربائية. مع الأخذ في الاعتبار حدود تقنيات التخزين المباشر للكهرباء ، فإن كلمة “المجمع” تشير بشكل أساسي إلى الجهاز الكهروكيميائي ولكن لفترة طويلة جدًا ، تم استخدام الأشكال الثلاثة الأخرى للتراكم لفترات قصيرة جدًا تقل عن ثانية (ملف ، مكثف ، يستخدم بشكل رئيسي في تحويل وتصحيح التيار المتردد).
في الآونة الأخيرة ، شهدنا ظهور المستجدات التقنية التي لم يكن من الممكن تصورها في السابق ، وكذلك الإعلان عن استخدامات جديدة لهذه التقنيات. على سبيل المثال ، لم تكن هناك تدريبات فعالة حقيقية للبطاريات قبل الثمانينيات ، والآن ، تتمتع هذه الأجهزة المحمولة الجديدة المستقلة بكثافة طاقة متزايدة باستمرار. في مجال المكثفات الفائقة ، تتطور التطبيقات وتتنافس الآن مع التقنيات التقليدية في السباق على كثافة الطاقة ، في مجالات معينة من التطبيق ، مع فترات شحن وتفريغ قصيرة جدًا. الأمثلة الحديثة للتطورات في الاستخدامات والتقنيات 2017-fr.wp-orange-source.svg لا يذكر هذا القسم مصادره بشكل كافٍ (يوليو 2019). السيارات: مثال رمزي ، تقوم شركة Tesla بتطوير تقنيات رائدة في مجال السيارات.
الشحنة الكهربائية:الدراجات والمركبات الصغيرة
الدراجات والمركبات الصغيرة المساعدة: يتزايد استخدام الدراجات المدعومة كهربائيًا. النقل العام: تعتبر المكثفات الفائقة مثيرة للاهتمام بشكل خاص للحافلات التي تتوقف بشكل متكرر. يمكن تزويدها بمكثفات كبيرة فائقة لاستعادة طاقة الكبح وإجراء عمليات إعادة شحن مفاجئة للغاية ، بطاقة عالية جدًا ، في وقت قصير جدًا ، في كل محطة من المسار المخطط ، بواسطة نظام إعادة شحن مناسب. في مارس 2013 ، طلبت RATP 15 حافلة هجينة تعمل بالديزل ذات المكثف الفائق ، مما يسمح بتوفير الوقود بنسبة تصل إلى 30٪ 1. الهواء: في الآونة الأخيرة ، استخدم العديد من مصنعي الطائرات النموذجية مراكم كهربائية للدفع الرئيسي.
الأدوات: قامت شركة Bosch ، على سبيل المثال ، بتسويق جزازة العشب ذات المراكم الكهربائية الاحترافية في عام 2015 بعرض قياسي ، 43 سم ، وهو مناسب جدًا لعمليات قطع الصيانة الدورية. الطاقة: تعلن الشركات المتخصصة أنها بصدد إنشاء وسائل ثابتة مدمجة للتحويل العكسي للطاقة الكهربائية ذات السعة الكبيرة (ERDF ، Siemens ، Toshiba ، إلخ). أعلنت Tesla في عام 2015 عن تسويق بطارية PowerWall الخاصة في الولايات المتحدة من 7 إلى 10 كيلو واط في الساعة مقابل 3000 يورو اعتبارًا من عام 20152. السد الهيدروليكي
وهو تقنية قديمة جدًا ، مسؤول عن تراكم الطاقة الهيدروليكية المحتملة بسبب الجاذبية (الإزاحة في ارتفاع كمية من الماء) ويسمى تخزين الضخ. هذه التقنية الخاصة بتراكم تحويل الطاقة هي التي تحقق أفضل الغلة ، حيث يتجاوز عائد محطة الطاقة الكهرومائية 80٪ 3 ، لكنها لا تسمح ببناء مراكم قابلة للنقل. الخصائص العامة للمراكم الكهروكيميائية التوتر الكهربائي الجهد ، أو الجهد (بالفولت) ، هو معلمة مهمة.
الشحنة الكهربائية:إمكانات الأكسدة والاختزال
تم إصلاحه من خلال إمكانات الأكسدة والاختزال لزوج الأكسدة والاختزال المستخدم ، وهو من أجل واحد إلى بضعة فولت عنصر. نظرًا لأنه من الناحية العملية ، يلزم وجود جهد أعلى ، عادةً 12 أو 24 أو حتى 48 فولت وأكثر ، من أجل زيادة الجهد ، يكفي توصيل عناصر من نفس النوع في سلسلة داخل بطارية مجمع. هذا هو أصل مصطلح “بطارية” كمرادف شائع لتجميع “بطاريات” وفي اللغة الإنجليزية ، “بطارية” 4. شحنة كهربائية المقال الرئيسي: شاحن (كهرباء). يتم التعبير عن الشحنة الكهربائية (كمية الكهرباء المخزنة بواسطة المجمع) بوحدة Ah (أو mAh: (ملي) أمبير – ساعة). يتم قياسه عمليًا بضرب تيار ثابت (بالأمبير) بوقت الشحن / التفريغ (بالساعات).
ومع ذلك ، فإن وحدة الشحن الرسمية للنظام الدولي للوحدات (SI) هي كولوم ، أي ما يعادل As (أمبير لمدة ثانية واحدة): 1 Ah = 3600 C مع 1 C = 1⁄3600 Ah = 0.278 mAh. لا ينبغي الخلط بينه وبين الطاقة المخزنة (انظر أدناه). سعة الشحن الكهربائي ، التي تسمى غالبًا سعة المجمع ، هي الشحنة الكهربائية التي يمكن أن توفرها البطارية المشحونة بالكامل أثناء دورة التفريغ الكاملة. يجب أن تشير الشركة المصنعة إلى قيمتها الأولية النظرية ، وفقًا للوائح الحالية (في Ah أو mAh ، انظر أعلاه).
الشحنة الكهربائية :شدة التفريغ
يعتمد ذلك على شدة التفريغ (وفقًا لقانون بيوكيرت) وينخفض خلال عمر المركم. تتمثل طريقة القياس الأكثر استخدامًا في القياس ، لتيار تفريغ ثابت معين ، عدد الساعات التي يزود المجمع خلالها هذا التيار ، بجهد أكبر من جهد العتبة (وهو ، على سبيل المثال ، 0 ، 9 فولت لـ تراكم NiMH). لا يعطي جهد عدم التحميل للمجمع ، الذي يسهل قياسه باستخدام مقياس الفولتميتر ، بشكل عام مؤشرًا موثوقًا للشحنة المتبقية في المجمع ، باستثناء حالة تقنية الليثيوم أيون. طاقة مخزنة الطاقة المخزنة في البطارية تساوي شحنتها الكهربائية مضروبة في متوسط الجهد الذي تحته يتم تفريغ هذه الشحنة.
تُقاس الطاقة المخزنة عادةً بالواط / ساعة (Wh) ، لكن الوحدة الرسمية (SI) هي الجول. 1 Wh = 3600 J = 3.6 كيلو جول ؛ 1 J = 0.278 ميغاواط ساعة. أقصى تدفق يتم قياس أقصى تدفق ، أو تيار الذروة ، للمراكم بالأمبير. يتم تحديده بشكل عام في السعة والمدة وهو بشكل عام أكبر بكثير من معدل التدفق الدائم المسموح به. مقاومة داخلية الممانعة الداخلية ، معبراً عنها بالأوم ، هي الممانعة الطفيلية التي تسبب انخفاضًا في الجهد أثناء الشحن والتفريغ ، مما يؤدي إلى حدوث خسائر من خلال تأثير جول ، وبالتالي الحد من تيارات الشحن والتفريغ.
