الکتریسیته: تفاوت میان نسخه‌ها

خیلی پیشتر از هر اطلاعی از [[الکتریسیته]]، مردم از شوک‌های [[ماهی الکتریکی|ماهی‌های الکتریکی]] آگاهی داشتند. در نوشته‌های [[مصریان باستان]] که از [[سده ۲۸ (پیش از میلاد)]] باقی مانده‌اند، نام این‌گونه‌ها را ''تندرگرهای [[نیل]]'' گذاشتند، و آن‌ها را محافظ سایر ماهی‌ها می‌دانستند. هزاران سال قبل، ماهی‌های [الکتریکی] به وسیله [[زبان یونانی باستان|یونان باستان]]، [[امپراطوری روم]] و [[جغرافیا و نقشه‌کشی در تمدن اسلامی|طبیعت‌شناسان مسلمان]] گزارش شد.<ref>{{citationCitation|title=Review: Electric Fish|first=Peter|last=Moller|journal=BioScience|volume=41|issue=11|date=December 1991|pages=794–96 [794]|doi=10.2307/1311732|jstor=1311732|publisher=American Institute of Biological Sciences|last2=Kramer|first2=Bernd}}</ref> چند نویسنده باستانی، مانند [[پلنیوس]] و [[اسکریبونیوس لارگوس]] به وجود تأثیرات بی‌حس‌کننده [[شوک الکتریکی|شوک‌های الکتریکی]] ناشی از [[گربه‌ماهی الکتریکی|گربه‌ماهی‌های الکتریکی]] و [[سپرماهی‌سانان]] گواهی دادند، و دریافتند که این شوک‌ها به وسیله اشیای هادی انتقال می‌یابند.<ref name=Electroreception>

<ref>[http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/2804257.stm BBC NEWS | Science/Nature | Riddle of 'Baghdad's batteries'<!-- عوا تصحیح شده توسط ربات -->]</ref><ref>[http://www.aftab.ir/lifestyle/view/149714/درباره-&#91;برق&#93;-و-&#91;الکترونیک&#93; درباره برق و &#91;الکترونیک&#93; (آفتاب)]</ref> اولین و نزدیکترین روش کشف برای شناسایی [[آذرخش]] و [[الکتریسیته]]، به اعراب نسبت داده می‌شود، که قبل از قرن ۱۵ام، واژه عربی «رعد» را به آذرخش اطلاق کردند.<ref name="EncyclopediaAmericana">''The [[Encyclopediaدانشنامه Americanaآمریکانا]]; a library of universal knowledge'' (1918), [[New York Cityنیویورک|New York]]: Encyclopedia Americana Corp</ref>

در سال ٬۱۸۸۷ [[هاینریش هرتز]]<ref name=uniphysics/>{{rpRp|843–44}}<ref name="Hertz1887">{{cite journal | first=Heinrich|last= Hertz|title=''Ueber den Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung''|journal= [[Annalenسالنامه der Physikفیزیک]] |volume=267|issue=8|pages=S. 983–1000|year=1887|doi=10.1002/andp.18872670827|bibcode=1887AnP...267..983H}}</ref> [[الکترود]]هایی را کشف کرد که وسیله پرتوی فرابنفش روشن می‌شدند و [[جرقه الکتریکی|جرقه‌های الکتریکی]] را به سادگی ایجاد می‌کردند. در سال ٬۱۹۰۵ [[آلبرت اینشتین]] مقاله‌ای منتشر کرد که در آن با توصیف داده‌های آزمایشگاهی، [[اثر فوتوالکتریک]] را به عنوان نتیجه انرژی نور نشان داد و ثابت کرد که این انرژی به وسیله بسته‌های کوانتمی، حمل می‌شود و به الکترون‌ها انرژی می‌دهد. این اکتشاف منجر به انقلاب [[کوانتم]]ی شد. اینشتین در سال ٬۱۹۲۱ به خاطر کشف اثر فوتوالکتریک [[جایزه نوبل فیزیک]] گرفت.<ref>{{cite web |title=The Nobel Prize in Physics 1921 |publisher=Nobel Foundation |url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/index.html |accessdate=2013-03-16}}</ref> امروزه، از اثر [فوتوالکتریک] در [[حسگر نور|حسگرهای نور]] و در نتیجه [[صفحه خورشیدی|صفحه‌های خورشیدی]] استفاده می‌شود که اخیراً برای تولید الکتریسیته در سطح تجاری به کار می‌روند.

<ref>John Sydney Blakemore, ''Solid state physics'', pp. 1–3, Cambridge University Press, 1985 {{ISBNشابک۲|0-521-31391-0}}.</ref><ref>Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, ''Microelectronic circuit design'', pp. 46–47, McGraw-Hill Professional, 2003 {{ISBNشابک۲|0-07-250503-6}}.</ref>

</ref>{{rpRp|457}} یک گوی سبک که از یک نخ آویزان است، هنگام تماس با میله شیشه‌ای باردار که تحت مالش با پارچه قرار گرفته، می‌تواند باردار شود. اگر گوی دیگری نیز با همان میله شیشه‌ای باردار شود، گوی قبلی را دفع می‌کند: بار تلاش می‌کند تا دو گوی را از هم دور کند. دو گوی باردار شده به وسیله میله پلاستیکی نیز یکدیگر را دفع می‌کنند. اما، اگر یک گوی به وسیله میله شیشه‌ای و گوی دیگر به وسیله یک میله پلاستیکی باردار شود این دو گوی یکدیگر را جذب می‌کنند. [[شارل آگوستن دو کولن]] این پدیده را در قرن هیجدهم کشف کرد. او استنباط کرد که بار الکتریکی خود را به دو شکل نمایان می‌کند. این کشف به قانون مشهوری منجر شد: اجسام با بار همنام یکدیگر را دفع و اجسام با بار غیر همنام یکدیگر را جذب می‌کنند.<ref name=uniphysics/>

</ref>{{RPRp|35}} نیروی الکترومغناطیس بسیار نیرومند است و در واقع بعد از [[نیروی هسته‌ای قوی]]، نیرومندترین نیرو به‌شمار می‌آید،<ref>

</ref> در یک سیستم ممکن است بار از جسمی به جسم دیگر منتقل شود که این اتفاق می‌تواند به صورت تماس مستقیم باشد، یا با عبور از یک ماده رسانا مانند سیم، روی دهد.<ref name=Duffin/>{{rpRp|2–5}} واژه [[الکتریسیته ساکن]] به وجود بار روی یک جسم، گفته می‌شود که اغلب هنگام مالش در ماده غیرهمسان به یکدیگر ایجاد می‌شود و بار از یکی به دیگری انتقال می‌یابد.

<ref name=Duffin/>{{rpRp|2–5}}

فرایندی که در آن جریان الکتریکی از مواد عبور می‌کند با واژه [[رسانایی الکتریکی]] مورد استفاده قرار می‌گیرد، و طبیعت آن با ذرات باردار و ماده‌ای که به وسیله آن جابجا می‌شوند، متفاوت است. مثال‌هایی برای جریان الکتریکی شامل رسانای فلزی، که الکترون‌ها در رسانایی مانند فلزات جریان می‌یابند و [[برق‌کافت]] می‌شود، که در آن [[یون]]‌ها ([[اتم]]های باردار) در مایعات یا [[پلاسما (فیزیک)|پلاسماهایی]] مانند جرقه‌های الکتریکی جریان می‌یابند. در حالی که ذرات به خودی خود کندند، و گاهی اوقات با [[سرعت رانش]] میانگین یک میلی‌متر در ثانیه پیش می‌روند،<ref name=Duffin/>{{rpRp|17}} [[میدان الکتریکی]] که آن‌ها را پیش می‌برد، سرعت آن‌ها را به نزدیکی [[سرعت نور]] می‌رساند و سیگنال‌های الکتریکی را قادر می‌سازد که با سرعت سیم‌ها را بپیمایند.<ref>

جریان دارای چند تأثیر قابل مشاهده است که به‌طور تاریخی ابزاری برای شناسایی وجودش به‌شمار می‌رود. جریان می‌تواند آب را تجزیه کند و این موضوع در سال ۱۸۰۰ به وسیله [[ویلیام نیکلسون (شیمی‌دان)|ویلیام نیکولسون]] و [[آنتونی کارلیسله]] کشف شد و امروزه آن را با نام [[برق‌کافت]] می‌شناسیم. در سال ۱۸۳۳، [[مایکل فارادی]] راه آنان را به خوبی ادامه داد. جریان در یک [[مقاومت (قطعه الکتریکی)|مقاومت الکتریکی]] سبب تجمع گرما در مقاومت می‌شود. در سال ۱۸۴۰، این اثر را [[جیمز ژول]] از نظر ریاضی مورد مطالعه قرار داد.<ref name=Duffin/>{{rpRp|23–24}} یکی از مهم‌ترین اکتشافات مرتبط با جریان به‌طور اتفاقی در سال ۱۸۲۰ به وسیله [[هانس کریستین اورستد]] صورت گرفت. این اتفاق زمانی روی داد که هنگام آماده کردن سخنرانی خود، او مشاهده کرد که جریان در یک سیم سوزن قطب‌نما را به حرکت درمی‌آورد.<ref name=berkson>

</ref>{{rpRp|11}} اگر این جریان به وسیله الکترون‌ها حمل شود، جهت جریان در خلاف جهت گفته شده خواهد بود. جریان متناوب جریانیست که به‌طور مکرر جهت جریانش تغییر می‌کند. این تغییر اغلب به شکل یک [[موج سینوسی]] است.<ref name=bird/>{{rpRp|206–07}} بنابرین، جریان متناوب دارای پالس عقب و جلو بوده و در یک رسانا بدون حرکت بارها جریان تولید می‌کند. ارزش میانگین زمانی یک جریان متناوب صفر است، اما این جریان انرژی را در یک مسیر می‌رساند و سپس تغییر جهت می‌دهد. جریان متناوب تحت تأثیر ویژگی‌های الکتریکی در [[شرایط پایدار]] جریان مستقیم، مانند [[القاوری]] و [[ظرفیت خازنی]] قرار می‌گیرد.<ref name=bird/>{{rpRp|223–25}} این ویژگی‌ها زمانی مهم می‌شوند که شدت جریان [[پاسخ گذرا|گذرا]] باشد.

میدان الکتریکی به‌طور عمومی در فضا متغیر است<ref>Almost all electric fields vary in space. An exception is the electric field surrounding a planar conductor of infinite extent, the field of which is uniform.</ref> و شدت آن در هر نقطه با نیرویی مشخص می‌شود که به وسیله هر بار اندک ثابتی احساس می‌گردد.<ref name=uniphysics/>{{rpRp|469–70}} بار فرضی که [[ذره آزمون]] نام دارد، بسیار کوچک است تا میدان الکتریکی آن با میدان الکتریکی اصلی تداخل نداشته باشد و همچینی ثابت است تا از تأثیر [[میدان مغناطیسی|میدان‌های مغناطیسی]] جلوگیری کند. از آن جا که میدان الکتریکی با واحد نیرو شناسایی می‌شود، و نیرو نیز یک [[بردار اقلیدسی]] است، در نتیجه یک میدان مغناطیسی یک بردار است که هم [[شدت میدان|شدت]] دارد و هم [[مسیر (هندسه)|مسیر]]. در واقع این یک [[میدان برداری]] است.<ref name=uniphysics/>{{rpRp|469–70}}

| isbn = 0-582-42629-4}}</ref> که واژه [[خطوط میدان]]ی که او بیان کرده بود، هنوز نیز کاربرد دارد. خطوط میدان مسیرهایی هستند که یک بار مثبت نقطه‌ای هنگامی که بدان نیرو وارد می‌شود، آن مسیرها را طی می‌کند. به هر حال، آن‌ها یک مفهوم ذهنی هستند و واقعیت فیزیکی ندارند و میدان به فضای بین خطوط نفوذ دارد. خطوط میدان ناشی از بارهای ساکن چند ویژگی کلیدی دارند: اولاً، آن‌ها از بارهای مثبت سرچشمه می‌گیرند و به بارهای منفی ختم می‌شوند. ثانیاً، باید با زاویه‌ای قایم وارد اجسام رسانا شوند، ثالثاً، هرگز یکدیگر را قطع نمی‌کنند.<ref name=uniphysics/>{{rpRp|479}}

یک جسم رسانای توخالی تمام بارش را در سطح خارجی خود نگه می‌دارد. در نتیجه میدان در تمام نقاط داخل جسم صفر است.<ref name=Duffin/>{{rpRp|88}} این موضوع نقش اصلی را در [[قفس فاراده]] بازی می‌کند، این قفس یک پوسته فلزی رساناست که فضای داخلی خود را از تأثیرات الکتریکی خارجی جدا می‌کند.

شدت میدان تا حد زیادی تحت تأثیر اجسام رسانای نزدیک میدان قرار دارد و در اشیای نوک تیز تشدید می‌شود. از این موضوع در [[برقگیر]]ها استفاده می‌شود که آذرخش، با استفاده از تیر نوک تیز مهار می‌شود تا ساختمان تحت محافظت، از صدمه دیدن در امان بماند.<ref name="Nahin2002">{{cite book|author=Paul J. Nahin|authorlink=Paul J. Nahin|title=Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age|date=9 October 2002|publisher=JHU Press|isbn=978-0-8018-6909-9}}</ref>{{rpRp|155}}

مفهوم پتانسیل الکتریکی با میدان الکتریکی ارتباط نزدیکی دارد. به بار کوچکی که در یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرد، نیرو وارد می‌شود، و برای حرکت دادن این بار بر خلاف نیرویی که بدان وارد می‌شود، به [[کار (فیزیک)|کار]] نیازمندیم. پتانسیل الکتریکی در هر نقطه میزان انرژی لازم برای آوردن بار آزمون از فاصله [[بی‌نهایت (ریاضی)|بی‌نهایت]] دور به آن نقطه است. واحد آن اغلب [[ولت]] است، و یک ولت، پتانسیلی است که با استفاده از یک [[ژول]] کار می‌توان یک بار یک [[کولن]]ی را از فاصله بینهایت دور به یک نقطه آورد.<ref name=uniphysics/>{{rpRp|494–98}} توصیح پتانسیل اگرچه رسمی است، کاربرد چندان ندارد، و مفهوم کاربردی‌تر، [[ولتاژ|اختلاف پتانسیل الکتریکی]] است که به انرژی لازم برای به حرکت درآوردن بار آزمون بین دو نقطه مشخص گفته می‌شود. میدان الکتریکی درای ویژگی مخصوصی است و آن اینست که [[نیروی پایستار|پایستار]] است، و این بدان معناست که به مسیری که بار می‌پیماید وابسته نیست: تمام مسیرهای بین دو نقطه به انرژی یکسانی نیاز دارند، و بنابرین یک مقدار منحصر به فرد برای اختلاف پتانسیل مورد نیاز است.<ref name=uniphysics/>{{rpRp|494–98}} یکای ولت به عنوان واحد اندازه‌گیری و توصیف اختلاف پتانسیل الکتریکی یا [[ولتاژ]] شناخته می‌شود.

میدان الکتریکی به‌طور رسمی به عنوان نیرو وارده به واحد بار تعریف می‌شود، اما مفهوم پتانسیل اجازه استفاده از تعریفی مفیدتر و معادل را می‌دهد: میدان الکتریکی [[شیو (حسابان)|گرادیان]] مکانی پتانسیل الکتریکیست. واحدش اغلب ولت بر متر بوده، جهت بردار میدان، بزرگترین شیب پتانسیل و جایی است که خطوط هم‌پتانسیل در نزدیکترین حالت قرار دارند.<ref name=Duffin/>{{rpRp|60}}

اجزای یک مدار الکتریکی می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد، که می‌تواند شامل عناصری چون [[مقاومت]]ها، [[خازن]]ها، [[کلید (مدار)|کلیدها]]، [[ترانسفورماتور]]ها [[الکترونیک|وسایل الکترونیکی]] می‌باشد. [[مدار الکتریکی|مدارهای الکتریکی]] حاوی اجزای [[کنش‌پذیری (مهندسی)|فعال]] به ویژه [[نیم‌رسانا]]ها می‌باشند و رفتاری [[سامانه خطی|غیر خطی]] نشان می‌دهند که نیازمند آنالیز پیچیده‌ای است. سادهترین اجزای الکتریکی آنهایی هستند که نامشان [[کنش‌پذیری (مهندسی)|غیرفعال]] و [[سامانه خطی|خطی]] اند: اگرچه ممکن است به‌طور موقت انرژی را ذخیره کنند، ولی شامل هیچ منبعی از آن نمی‌شوند و به تحریک‌ها، پاسخ‌های خطی می‌دهند.<ref name=Alexander>{{Citation | last = Alexander | first = Charles | last2 = Sadiku | first2 = Matthew | title = Fundamentals of Electric Circuits | publisher = McGraw-Hill | year = 2006 | edition = 3, revised |isbn = 9780073301150}}</ref>{{rpRp|15–16}}

شاید [[مقاومت]] ساده‌ترین عنصر غیرفعال مدار باشند: همان‌طور که نامش نشان می‌دهد، او در مقابل جریان مقاومت نشان می‌دهد و انرژی را به صورت گرما به هدر می‌دهد. مقاومت حاصل حرکت بار در یک رساناست: برای مثال، ر فلزات، مقاومت ناشی از برخورد بین الکترون‌ها و یون‌هاست. [[قانون اهم]] قانون ابتدایی [[نظریه مدارها]] می‌باشد و بیان می‌کند که جریان گذرا از یک مقاومت، با اختلاف پتانسیل دو سر آن متناسب است. مقاومت بیشتر مواد در طیف‌های مختلف دما و جریان تقریباً ثابت است؛ موادی که از این شرایط پیروی می‌کنند، مواد «اهمی» نام دارند. [[اهم]]، واحد مقاومت بوده و به افتخار [[گئورگ زیمون اهم]] انتخاب شده‌است و علامتش با توجه به حروف یونانی، به شکل Ω است. یک Ω مقاومتی است که در پاسخ به جریان یک آمپری، اختلاف پتانسیل یک ولتی ایجاد می‌کند.<ref name=Alexander/>{{rpRp|30–35}}

[[شرایط پایدار]] ایجاد نمی‌کند، بلکه مسیر آن را می‌بندد.<ref name=Alexander/>{{rpRp|216–20}}

[[القاگر]] یک رساناست که اغلب به شکل سیم پیچ است و در میدان مغناطیسی حاصل از جریان عبوری انرژی ذخیره می‌کند. زمانی که جریان تغییر می‌کند، میدان مغناطیسی و همچنین ولتاژ بین دو سر رسانا نیز دچار تغییر و تحول می‌گردد. ولتاژ حاصله با [[مشتق زمانی]] جریان متناسب است. ثابت تناسب [[القاوری|آندوکتانس]] نام دارد. واحد آندوکتانس [[هانری (یکا)|هانری]] است که به افتخار [[جوزف هانری]]، هم دوره فارادی انتخاب شده‌است. یک هانری آندوکتانسی است که اگر جریان گذرا از آن القاگر در هر ثانیه یک آمپر تغییر کند، اختلاف پتانسیل یک ولتی را ایجاد می‌کند. از برخی جهات رفتار القاگر برعکس خازن است: القاگر به جریان نامتغیر اجازه می‌دهد اما در مقابل جریان در حال تغییر ایستادگی می‌کند.<ref name=Alexander/>{{rpRp|226–29}}

کار فارادی و آمپر نشان داد که یک میدان مغناطیسی متغیر در زمان به عنوان منبع یک میدان الکتریکی عمل می‌کند و یک [[میدان الکتریکی]] متغیر در زمان منبع میدان مغناطیسی است. بنابرین، زمانی که یکی از این دو میدان در بازه زمانی تغییر می‌کنند، میدان دیگری ایجاد می‌شود.<ref name=uniphysics/>{{rpRp|696–700}} این پدیده ویژگی‌های [[موج]] را داراست و به‌طور طبیعی با نام [[تابش الکترومغناطیسی]] یاد می‌شود. در سال ۱۸۶۴، [[جیمز کلرک ماکسول]]، امواج الکترومغناطیسی را از نظر تئوری بررسی کرد. ماکسول مجموعه‌ای از روابط را بیان کرد که قادر بودند ارتباط بین میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، بار الکتریکی و جریان الکتریکی را به روشنی نشان دهند. او به علاوه ثابت کرد که امواج، الزاماً با [[سرعت نور]] حرکت می‌کنند و بنابرین خود نور نیز شکلی از تابش‌های الکترومغناطیس است. [[معادلات ماکسول]]، که نور، میدان و بار را یکپارچه می‌کند، یکی از بزرگترین نقاط عطف فیزیک تئوریست.<ref name=uniphysics/>{{rpRp|696–700}}

</ref>{{rpRp|16}}

[[تأثیرات محیطی تولید الکتریسیته|نگرانی‌های محیطی از تولید الکتریسیته]] منجر به افزایش تمرکزها برای استفاده از [[انرژی تجدیدپذیر|منابع تجدیدپذیر]]، به خصوص [[توان بادی]] و [[انرژی آبی]] شده‌است. اگرچه می‌توان انتظار داشت که تأثیر محیطی وسایل مختلف الکتریکی ادامه می‌یابد، شکل نهایی آن تقریباً پاک است.<ref name=NRC1986/>{{rpRp|89}}

</ref> شوک الکتریکی این سیستم را تحریک می‌کند و موجب انقباض ماهیچه‌ها می‌شود.<ref>{{citationCitation

در قرن ۱۹ام و اوایل قرن ۲۰ام، حتی در [[جهان غرب|جهان صنعتی غرب]]، هنوز الکتریسیته به بخشی از زندگی روزمره مردم تبدیل نشده بود. [[فرهنگ عامه]] زمان، اغلب آن را در قالب نیرویی اسرارآمیز و شبه جادویی به تصویر می‌کشید که قادر بود زندگی را نابود و مرده را زنده کند یا حتی قوانین طبیعت را به زانو درآورد.<ref name="Van Riper 69">{{Citation|last=Van Riper|first=A. Bowdoin|title=Science in popular culture: a reference guide|publisher=[[Greenwoodگروه Pressانتشاراتی گرینوود]]|location=Westport|year=2002|pages=69|isbn=0-313-31822-0}}</ref> این گرایش با آزمایش‌های [[لوییجی گالوانی]] در سال ۱۷۷۱ ایجاد شد که در آن پاهای قورباغه‌های مرده با به کار بردن [[الکتریسته حیوانات]] به حرکت درآمد. اندکی پس از کار گالوانی، «تجدید حیات» یا احیای مجدد افراد ظاهراً مرده یا غرق شده، در ادبیات پزشکی گزارش شد. این نتایج با [[مری شلی]] به هنگام انتشار [[فرانکنشتاین]] (۱۸۱۹)، مشهور شدند، اگرچه او واژهٔ تجدید حیات را به هیولا نسبت نداد. تجدید حیات هیولاها با استفاده از الکتریسیته، بعداها به موضوعی ترسناک در فیلم‌های ژانر وحشت تبدیل شد.

* {{citationCitation

* {{citationCitation

* {{citationCitation

* {{citationCitation

* {{citationCitation

* {{citationCitation