أنظمة القياس ~ المساحة

وأي شكل من الأشكال التالية هو الأكبر ؟ أي الشكلين أكبر ؟

من الصعب في بعض الأحيان الإجابة بدقة عن هكذا سؤال . أليس كذلك ؟
إن قياس كِبر الشكل , يعني أننا نقيس مساحته .
سندرس معاً هنا , كيف نقدر مساحة الأشكال بالنظر وكذلك طرق الحساب الدقيق لمساحة بعض الأشكال المضلعة .

نماذج التبليط
هل سبق وشاهدت عامل تبليط وهو يقوم بعمله ؟

إنه يستخدم بلاطات من نفس الشكل ويرصفها بشكل متراص ومتلاصق بجانب بعضها البعض على أرضية الغرفة , وهو قد يستخدم بلاطات سيراميك من شكلين أساسين أو أكثر ويثبتها على جدران الحمامات والمطابخ بشكل متراص ومتلاصق بجانب بعضها البعض .

نُسمي قطع البلاط نماذج تبليط
وكما لاحظت فإن نماذج التبليط هذه تأخذ أشكالاً مختلفة مثل المربع , المثلث , المستطيل ...
النماذج التي تملأ مستوى بلا فراغ تُسمى نماذج التبليط

قياس المساحة
يمكن أن يُقاس كِبَرْ أي شكل (أي قياس مساحته) بعدد الوحدات المستخدمة من نموذج التبليط التي ترصف الشكل تماماً.
وعندما نقارن بين شكلين من حيث الكبر (أي المساحة) فإننا يجب أن نستخدم دائماً وحدات تبليط من نفس الشكل.

وطبعاً نختار الشكل المناسب من نماذج التبليط أي النموذج الأكثر ملائمة للشكل المراد قياس مساحته .

أنظمة القياس ~ المساحة

قلنا أن النماذج التي تملأ المستوى بلا فراغ تسمى نماذج تبليط . ويمكن أن يُبنى نموذج التبليط من وحدة أساسية مثل المثلث , المربع , السداسي المنتظم ... ، كما يمكن تكوين نماذج التبليط أيضاً بضم شكلين أساسيين أو أكثر , مثلاً مثلث متساوي الأضلاع مع مربع . راجع درس الأشكال الفسيفسائية

يُعتبر المربع الصغير وحدةً لنموذج تبليطٍ سهل الاستخدام ونستعمله لإيجاد مساحات الكثير من الأشكال المختلفة . فلإيجاد مساحة شكلٍ ما نجد عدد الوحدات المربعة التي يتكون منها هذا الشكل . أنظمة القياس ~ المساحة
المساحة : هي الحيّز الذي يَشغله سطح مُسطح أو مقوس.

وحدة قياس المساحة
الوحدة المستخدمة في جميع أنحاء العالم ، حسب النظام المتري ، لقياس المساحة هي وحدة المتر المربع ، وهو عبارة عن مربع طول ضلعه 1م .

وكما مر معك فإن النظام المتري يتميز بسهولة اشتقاق وحدات أصغر وأكبر من الوحدة الأساسية . وعلى ذلك يمكنك استخدام وحدات قياس مناسبة ومشتقة لقياس المساحات الصغيرة والكبيرة .

الكيلومتر المربع........................ المتر المربع.................................... السنتيمتر المربع
1 كم × 1 كم = 1 كم2............ 1 م × 1 م = 1 م2............................ 1سم × 1سم = 1 سم2

السنتيمتر المربع (سم2) يُستعمل لقياس مساحة الأشكال الصغيرة وهو وحدة قياس مترية مشتقة وأصغر من وحدة المتر المربع .

الكيلو متر المربع (كم2) يستعمل لقياس المساحات الكبيرة مثل مساحات المُدُن والدول وهو وحدة قياس مترية مشتقة وأكبر من وحدة المتر المربع .
أنظمة القياس ~ المساحة
المساحة : هي الحيّز الذي يَشغله سطح مُسطح أو مقوس.
تدريب :

احسب مساحة الأشكال أدناه بالوحدات المربعة
يُمكنك تحريك الأشكال ووضعها على لوحة الوحدات المربعة

Members log in / دخول المشتركين

المادة

هل كتابك مادة ؟ هل الهواء مادة ؟ هل جسمك مادة ؟ ما هي المادة ؟
تُعرف المادة بأنها أي شيء له كتلة وحجم .
جميع الأشياء التي تحيط بك مواد من هواء وتراب وماء وحتى جسمك ، كلها مواد ، فلكل منها كتلة وحجم تشغله .
مم تتكون المادة ؟
تتكون المادة من دقائق متناهية جداً في الصغر ، ولتقريب الصورة إلى ذهنك تحتوي قطرة الماء على 1.000.000.000.000.000.000 من دقائق الماء ، وإذا أخذت نفساً عميقاً فإنك تكون قد وضعت في فمك ما يقارب 40.000.000.000.000.000.000 من دقائق الهواء .
وإذا كانت دقائق المادة بهذا القدر من الصغر ، فإن محاولتنا التقاط أو فصل دقيقة واحدة من دقائق المادة ضرب من المستحيل
حالات المادة :
تعرف أن للمادة ثلاث حالات هي : الصلبة والسائلة والغازية.
وتعرف أيضاً بأن الخشب صلب، والماء سائل، والهواء غاز .
ولكن هل تعلم أن حالات المادة الثلاث تسمى الحالات الفيزيائية للمادة
بماذا تختلف حالات المادة عن بعضها ؟
قديماً فسر الفيلسوف اليوناني ديمقريطس أن اختلاف حالات المادة راجع لاختلاف شكل دقائقها .
فدقائق المواد الصلبة مثلاً مكعبة ( هكذا كان يعتقد )، لذلك فهي ثابته الشكل، بينما تكون دقائق السوائل كروية ، لذا فهي سهلة الانسياب.

أما حديثاً فإن اختلاف حالات المادة الفيزيائية يفسر اعتماداً على المسافة الفاصلة بين دقائقها ، وقوى التجاذب بين هذه الدقائق، فدقائق الغاز متباعدة، وقوى التجاذب بينها ضعيفة جداً، وعلى الطرف الآخر، دقائق المواد الصلبة متقاربة جداً، وقوى التجاذب بينها عالية.
خصائص حالات المادة :
الحالة الصلبة
تتحرك دقائقها حركة موضعية اهتزازية

لها شكل ثابت.
لها حجم ثابت.
غير قابلة للانضغاط.
طاقتها الحركية منخفضة
الحالة السائلة
تتحرك دقائقها حركة انتقالية ودائمة وعشوائية.
تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه
لها حجم ثابت.
صعبة الانضغاط.
قابلة للجريان.
طاقتها الحركية عالية
الحالة الغازية
تتحرك دقائقها حركة انتقالية ودائمة وعشوائية وسريعة وفي خطوط مستقيمة وفي كافة الاتجاهات.
تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه.
حجمها غير ثابت ويعتمد على حجم الوعاء الذي توضع فيه.
قابلة للانضغاط بسهولة.
تمتاز بخاصية الانتشار.
طاقتها الحركية عالية جداً
تغير الحالة الفيزيائية :
ماذا يحدث إذا اخرجت مكعباً من الثلج من الثلاجة وتركته لعدة دقائق ؟
ماذا تسمى هذه العملية ؟
هل حدث تغير في تركيب الماء أثناء هذا التحول ؟
تعلم بأن الثلج يذوب إذا تم إخراجه من مجمد الثلاجة ، وأن هذه العملية تسمى انصهاراً.
ولكن هل تعلم بأن تحول الثلج إلى ماء يسمى تغيراً في الحالة الفيزيائية للمادة ؟
إن التغير في الحالة الفيزيائية يحدث أيضاً عند تحول الماء السائل إلى بخار أو العكس
وعند تغير الحالة الفيزيائية للمادة لايتغير تركيبها الكيميائي، فالبخار والماء والثلج حالات فيزيائية ثلاث لمادة واحدة ، ولكن التغير يحدث فقط للمسافة بين دقائقها وقوى التجاذب بينها.
فعند تسخين الثلج تهتز الدقائق أكثر وتزيد سرعتها ، وتأخذ الدقائق بالانزلاق على بعضها ، وتبدأ بالانصهار.
وعند تسخين الماء السائل تزداد سرعة الدقائق وتأخذ بالتصادم فيما بينها مما يوفر لبعض الدقائق الموجودة على سطح السائل طاقة حركية كافية فتهرب من السطح وتتحول إلى بخار
تفسير بعض خصائص المادة :

التكاثف :
أيهما يملك طاقة حركية أكبر الماء السائل أم بخاره ؟
ماذا يحدث إذا مر البخار فوق سطح بارد ؟
تمتلك دقائق البخار طاقة حركية عالية، وعند تعرض البخار لسطح بارد تقل الطاقة الحركية لدقائقه وتتقارب ، وتزداد قوى التجاذب بينها وتتحول إلى سائل.

التبخر :
هل يحدث التبخر عند درجة حرارة معينة، أم عند أي درجة حرارة ؟
عند أي جزء من السائل يحدث التبخر ؟

كيف يحدث التبخر ؟
تتحرك دقائق السائل حركة دائمة وعشوائية وفي كافة الاتجاهات ، وتسمى هذه الحركة بالحركة البراونية (نسبة إلى مكتشفها روبرت براون).

يحدث تصادم بين دقائق السائل بفعل الحركة البراونية مما يؤدي إلى فقدان بعض الدقائق لطاقتها الحركية واكتساب بعضها الآخر لتلك الطاقة، فإذا صادف أن اكتسبت إحدى الدقائق الموجودة على السطح طاقة كافية، فإنها تنفلت من سطح السائل وتتحول إلى بخار.
هل الطاقة الحركية للدقائق المتبخرة أعلى أو أقل من دقائق السائل نفسه ؟
ماذا تتوقع أن يحدث للطاقة الحركية للسائل مع استمرار التبخر ؟


الانتشار :
إذا فتح أحدهم غطاء زجاجة عطر في الغرفة التي أنت بها ، فإنك سرعان ما تشعر بذلك، فالرائحة تنتشر بسرعة خلال الغرفة، وتعرف من خلال حاسة الشم بالذي حدث.

الانتشار خاصية تمتاز بها الغازات وتحدث عند اختلاط دقائق الغاز ذاتياً بالهواء.
ولكن هل تنتشر جميع الغازات بنفس السرعة ؟

الغازات الأخف تنتشر بسرعة
تصنيف المواد :
أساس التصنيف هنا هو الظواهر الحيوية .
المخاليط الطبيعية موجودة في الطبيعة لوحدها كالهواء ، وماء البحر ، قد يؤثر فيها الإنسان ويحدث فيها تغيرات ولكنه ليس مسؤلاً عن تكوينها ، أما المخاليط الصناعية فهو يعملها بنفسه وحسب حاجته كالعجين ، والطبيخ ، والفولاذ ... وغيرها .
من مكونات الهواء : النيتروجين ، والأوكسجين ، وبخار الماء .
ماء البحر : الماء ، وملح الطعام ، والأوكسجين .
النفط : االبنزين ، والسولار ، والغاز .
تصنيف المواد : بما أن عدد المواد المعروفة هائل وكبير ، لذلك فقد قام العلماء بتصنيفها إلى فئات وأنواع ، ولا شك أنك درست عن المواد الحية ( الأحياء ) وعن المواد غير الحية ( الجمادات ) فهذه واحدة من طرق التصنيف.

سؤال : ما الأساس الذي اعتمدنا عليه عند تصنيف المواد في الفقرة السابقة
من الأمور المألوفة في بيئتنا التي نعيش فيها امتزاج مجموعة من المواد مع بعضها لتكون وحدة واحدة . نُسمي مجموعة المواد التي تكون وحدةً قائمةً بذاتها باسم "المخلوط" ومن الأمثلة على المخاليط : الإنسان والهواء وماء البحر ، وهذه الأمثلة كلها تُسمى مخاليط طبيعية لأن الإنسان لم يلعب دوراً مباشراً في تكوينها ، وهنالك مخاليط يصنعها الإنسان بنفسه لغرض معين ومن أمثلتها ، مخلوط البناء ، والعجين ، والدهانات ، والسيارات وغيرها ويُسمى هذا النوع من المخاليط باسم "المخاليط الصناعية تمييزاً لها عن المخاليط الطبيعية .
المصدر:-
Members log in / دخول المشتركين

الحركة


وصف لجسم في حالة عدم ثبات. ولوصف حركة جسم معين وصفا كاملا، فلا بد من معرفة اتجاه الإزاحة. وتعرف السرعة بأنها المسافة (الإزاحة) المقطوعة مقسومة على المدة الزمنية. ويمكن قياس السرعة بوحدات مثل الكيلومتر في الساعة، أو الميل في الساعة أو المتر في الثانية. كما تعرف العجلة بأنها المعدل الزمني لتغير السرعة، ويقسم التغير في السرعة على المدة الزمنية التي يستغرقها هذا التغير. وتقاس العجلة باستخدام وحدات مثل المتر في الثانية تربيع والقدم في الثانية تربيع. وبالنسبة لحجم أو وزن الجسم، فلا توجد مشاكل رياضية إذا كان الجسم صغيرا جدا بالمقارنة بالمسافات المستغرقة. أما إذا كان الجسم كبيرا، فإن به نقطة تسمى مركز الثقل يمكن اعتبار حركتها على أنها تسري على الجسم بأكمله. وإذا كان الجسم يدور، فمن المناسب وصف حركته حول محور يمر عبر مركز الثقل.
وفي القرن الرابع الهجري / العاشر الميلادي عرف إخوان الصفا في رسائلهم الحركة والسكون على أنها' صورة جعلتها النفس في الجسم بعد الشكل، وأن السكون هو عدم تلك الصورة؛ والسكون بالجسم أولى من الحركة لأن الجسم ذو جهات لا يمكنه أن يتحرك إلى جميع جهاته دفعة واحدة، وليست حركته إلى جهة أولى به من جهة، فالسكون به إذا أولى من الحركة.'
وقد قسم إخوان الصفا الحركة إلى ستة أوجه: الكون والفساد والزيادة والنقصان والتغير والنقلة. فالكون هو خروج الشيء من العدم إلى الوجود، أو من القوة إلى الفعل، والفساد عكس ذلك. والزيادة هي تباعد نهايات الجسم عن مركزه، والنقصان عكس ذلك. والتغير هو تبدل الصفات على الموصوف من الألوان والطعوم والروائح وغيرها من الصفات. وأما الحركة التي تسمى النقلة فهي عند جمهور الناس الخروج من مكان إلى مكان آخر، وقد يقال إن النقلة هي الكون في محاذاة ناحية أخرى من زمان ثان، وكلا القولين يصح في الحركة التي هي على سبيل الاستقامة؛ فأما التي على الاستدارة فلا يصح، لأن المتحرك على الاستدارة ينتقل من مكان إلى مكان، ولا يصير في محاذاة أخرى في زمان ثان، فإن قيل إن المتحرك على الاستدارة أجزاؤه كلها تتبدل أماكنها وتصير في محاذاة أخرى في زمان ثان إلا الجزء الذي هو ساكن في المركز فإنه ساكن فيه لا يتحرك. فليعلم من يقول هذا القول ويظن هذا الظن أو يقدر أ ن هذا الرأي صحيح، أن المركز إنما هو قطة متوهمة وهي رأس الخط، ورأس الخط لا يكون مكان الجزء من الجسم. وليعلم أيضا أن المتحرك على الاستدارة بجميع أجزائه متحرك، وهو لا ينتقل من مكان إلى مكان، ولا يصير محاذيا بشيء آخر في زمان ثان. فأما الحركة على الاستقامة فلا يمكن أن تكون إلا بالانتقال من مكان إلى مكان والمرور بمحاذيات في زمان ثان'.
أما ابن ملكا البغدادي ، فيقسم الحركة في كتابه المعتبر في الحكمة :إلى نوعين طبيعية وقسرية 'والقسرية يتقدمها الطبيعية، لأن المقسور إنما هو مقسور عن طبعه إلى طبع قاسرة' وبهذا المعنى يدرج ابن ملكا الحركة في الفلك العلوي مع تلك التابعة للجاذبية الأرضية أي ضمن الحركة الطبيعية باعتبار أن كلاهما يتبع ناموس إلهي في حركته، أما الحركة القسرية فهي تكون تحت تأثير قوة قسرية.
وعن الحركة القسرية يعرض ابن سينا في كتابه الشفاء ستة أمور ترتبط بحركة النقلة هي 'المتحرك، والمحرك، وما فيه، وما منه، وما إليه، والزمان'. وفي هذا النص يذكر ابن سينا عناصر الحركة الستة على التوالي، فيبدأ بالجسم المتحرك، ثم الشيء الباعث للحركة أو المحدث لها، ويلي ذلك موضع الجسم، ثم موضعا بداية الحركة وانتهائها، وينتهي بالفترة الزمنية التي تستغرقها الحركة.
وتعتبر الحركة الدائرية نوعا بسيطا آخر من أنواع الحركة. فإذا كان لجسم معين سرعة ثابتة ولكن كانت عجلته دائما على الزوايا اليمنى من سرعته، فسوف يتحرك في دائرة. وتوجه السرعة المطلوبة نحو مركز الدائرة وتسمى العجلة الجاذبة. وبالنسبة لجسم يتحرك في سرعة (ع) في دائرة ذات نصف قطر معين (نق)، ستكون العجلة الجاذبة على النحو التالي:
ج = سرعة تربيع / نق
وفي هذا يذكر إخوان الصفا: 'واعلم أنه قد ظن كثير من أهل العلم أن المتحرك على الاستقامة يتحرك حركات كثيرة، لأنه يمر في حركته بمحاذيات كثيرة في حال حركته، ولا ينبغي أن تعتبر كثرة الحركات لكثرة المحاذيات، فإن السهم في مروره إلى أن يقع حركة واحدة يمر بمحاذيات كثيرة، وكذلك المتحرك على الاستدارة فحركته واحدة إلى أن يقف وإن كان يدور أدوارا كثيرة.'
وهناك نوع آخر بسيط من الحركة التي تلاحظ على الدوام وهي تحدث عندما تلقى كرة في زاوية معينة في الهواء. وبسبب الجاذبية ، تتعرض الكرة لعجلة ثابتة إلى أسفل تقلل من سرعتها الأصلية التي يجب أن تكون لأعلى ثم بعد ذلك تزود من سرعتها لأسفل أثناء سقوط الكرة على الأرض. وفي نفس الوقت، فإن العنصر الأفقي من السرعة الأصلية يظل ثابتا (حيث يتجاهل مقاومة الهواء) مما يجعل الكرة تتحرك بسرعة ثابتة في الاتجاه الأفقي حتى ترتطم بالأرض. إن المكونات الأفقية والرأسية للحركة مستقلة عن بعضها الآخر ويمكن تحليل كل منها على حدة. ويكون المسار الناتج للكرة على شكل قطع ناقص.
وهناك أنواع خاصة من الحركة يسهل وصفها. أولا، قد تكون السرعة ثابتة. وفي أبسط الحالات، قد تكون السرعة صفرا، وبالتالي لن يتغير الوضع أثناء المدة الزمنية. ومع ثبات السرعة، تكون السرعة المتوسطة مساوية للسرعة في أي زمن معين. إذا كان الزمن- ويرمز له بالرمز (ن)- يقاس بساعة تبدأ عندما يكون (ن) = 0، عندئذ ستكون المسافة- ويرمز لها بالرمز (ف)- التي تقطع في سرعة ثابتة- ويرمز لها بالرمز (ع)- مساوية لإجمالي السرعة والزمن.
ف = ع ن
في النوع الثاني الخاص من الحركة، تكون العجلة ثابتة. وحيث أن السرعة تتغير، فلا بد من تعريف السرعة اللحظية أو السرعة التي تحدث في وقت معين. فبالنسبة للعجلة الثابتة ج التي تبدأ عند سرعة تقدر بصفر، فإن السرعة اللحظية ستساوي في زمن ما القيمة الآتية:
ع = ج ن
وستكون المسافة المقطوعة خلال هذا الوقت هي:
ف = 1/ 2 ج ن2
من السمات الهامة الملحوظة في هذه المعادلة اعتماد المسافة على الزمن التربيعي (ن2). فالجسم الثقيل الذي يسقط سقوطا حرا يتعرض بالقرب من سطح الأرض لعجلة ثابتة. وفي هذه الحالة، ستكون العجلة 9.8 متر/ثانية تربيع. وفي نهاية الثانية الأولى، سوف تسقط كرة مثلا مسافة تقدر بـ 4.9 متر (16 قدم) وستكون سرعتها 9.8 متر/ثانية (32 قدم/ثانية). وفي نهاية الثانية الأخرى، سوف تسقط الكرة مسافة 19.6 متر، وستكون سرعتها 19.6 متر/ثانية.

القوى الكونية الاربع

القوى الاربع في الكون قسمت إلى اربع قوى بواسطة الإنسان وهو مناسب لبناء نظريات جزئية ولكن قد لا يلائم مما هو أعمق من ذلك وفي النهاية يأمل الفيزيائيون أن يجدوا نظرية موحدة تفسر سائر القوى الاربع كمظاهر مختلفة لقوة واحدة وقد يقول الكثير إن هذا هو الهدف الأول من الفيزياء في العصر الحاضر ولقد جرت محاولات ناجحة لتوحيد ثلاث من القوى الاربع وبقيت مسألة القوة الرابعة وهي الجاذبية والقوى الاربع هي : الأولى القوة النووية الشديدة : وهي تقوم بربط الجزيئات الأولية للمادة داخل النواة برباط من البروتونات والنيترونات والمكونات الأولية لها المسماة الكواركات بأنواعها المختلفة وأضدادها ، وهي أشد القوى الطبيعية المعروفة لنا في الكون لذا يطلق عليها القوى الشديدة والتي تتميز بشدتها فقط داخل نواة الذرة ولكنها تتضاءل عبر المسافات الأكبر وتحمل هذه القوى جسيمات غير مرئية تسمى غيلون gluon وهذه القوة لها خاصية الحصر مما يحول دون الحصول على غلوون بذاته وبسبب هذه الخاصية ترتبط الجسيمات في مجموعات مؤتلفة ليس لها لون وهذه المجموعات تشكل جسيمات تسمى ميزونات mesons والتي لم تكتشف إلا في نهاية السبعينات من القرن العشرين وتتميز بميزة تسمى الحصر أي التحديد والاقتصار وهو ما يجعل عدم وجود غلوون مقتصر بذاته لأن للغلوونات ألوان ( يحدد لها الون الأحمر والأخضر والأزرق ) فبدلا من ذلك يجب أن يكون لدينا مجموعة من الغلوونات تتجمع ألوانها لتؤلف اللون الأبيض ومثل هذه المجموعة يشكل جسيماً غير مستقر يدعى الكرة الصمغية Glueball وهذا الحصر الذي يحول دون مشاهدة الكوارك والغلوون منعزل كأنه يجعل مفهوم الكواركات والغلوونات بكامله شبه جسيمات ما ورائية لكن هناك خاصية أخرى هي الحرية المقاربة Asymptotic تجعل مفهوم الكواركات والغلوونات واضح المعالم وفي الطاقات العادية تكون القوة النووية الشديدة كبيرة فعلاً وتمسك بالكواركات مشدودة إلى بعضها البعض إلا أن التجارب مع المسرعات الضخمة للجسيمات تبين أنه في الطاقات العالية تضعف القوة الشديدة كثيراً فتتصرف الكواركات والغلوونات وكأنها جسيمات حرة . والقوة الثانية هي القوة النووية الضعيفة : وهي قوة ضعيفة وذات مدى ضعيف للغاية لا يتعدى حدود الذرة وتساوي 10-13 من شدة القوة النووية الشديدة وتقوم بتنظيم عملية تفكك وتحلل بعض الجسيمات الأولية للمادة داخل الذرة كما هو الحال في تحلل العناصر المشعة ، لذا فهذه القوى هي التي تتحكم في عمليات فناء العناصر وهي المسئولة عن النشاط الإشعاعي وتحمل هذه القوى جسيمات إما سالبة أو عديمة الشحنة تسمى البوزونات bosons وهي ناقلة ثقيلة تحمل قوة ضعيفة وسميت هذه الجسيمات (W+) ،(W-) ، (°Z) ولكل منها كتلة تقارب 100جيجا إلكترون فولت GEV . والقوة الثالثة هي القوة الكهرومغناطيسية : وهي تربط الذرات بعضها ببعض داخل جزيئات المادة مما يعطي للمواد على اختلافها صفاتها الطبيعية والكيميائية ، ولولا هذه القوة لكان الكون مليئأً بذرات العناصر فقط ولما وجدت الجزيئات والمركبات وبذلك لا يمكن وجود حياة إطلاقا وهذه القوة هي التي تؤدي للإشعاع الكهرومغناطيسي على شكل فوتونات وهو ما يسمى الكم الضوئي وتنطلق الفوتونات بسرعة الضوء وتؤثر في أي جسيم يحمل شحنة كهربائية ومن ثم فهي تؤثر في جميع التفاعلات الكيميائية والجاذبية الكهرومغناطيسية بين الإلكترونات المشحونة سلباً وبين البروتنات المشحونة إيجابياً داخل النواة تجعل الإلكترونات تدور حول نواة الذرة تماماً كما تجعل الجاذبية الارض تدور حول الشمس ونسبتها إلى القوة النووية الشديدة نسبة واحد إلى مائة وسبعة وثلاثون 1|137 .القوة الرابعة هي قوة الجاذبية : وهي على المنظور القريب ضعيفة جدا حيث تساوي 10-39 من القوة النووية الشديدة ، أما على المدى الطويل فهي القوة العظمى في الكون حيث تمنع الجرام السماوية من الاصطدام ببعضها البعض وتجعلها تسير في مسارات منتظمة وكلما زادت كتلة الجرم السماوي أو قربت مسافته من جرم آخر زادت الجاذبية والعكس صحيح ولها خاصيتين يمكن ملاحظتها عن طريقهما أولاً أنها تفعل على مسافات بعيدة وثانياً أنها تعمل على الدوام ويتضح ذلك جليا في الأجرام التي تدور حول بعضها كالكواكب والشمس أو الكواكب والأقمار التي تتبعها ويبحث العلماء الآن عن موجات الجاذبية المنتشرة في الكون والتي تسير بسرعة الضوء ويفترض وجود هذه القوة على شكل جسيمات خاصة داخل الذرة لم تكتشف بعد وتسمى الغرافيتون Graviton وهي جسيمات بدون كتلة ذاتية وبالتالي فالقوة التي يحمل هي بعيدة المدى ..
اقترح العالم المسلم عبد السلام في الكلية الإمبراطورية بلندن وستيفن واينبرغ Steven Weinberg في هارفارد نظريات توحيد القوة النووية الضعيفة مع القوة الكهرومغناطيسية تماما كما وحد ماكسويل بين الكهرباء والمغناطيس مما جعلهما يحصلان على جائزة نوبل مع شلدون غلاشو Sheldon Glashow من هارفارد كذلك لأقتراحه نظريات مماثلة موحدة لتكما القوتين
وقد ادى النجاح في توحيد القوة النووية الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية إلى عدد من المحاولات لتوحيدهما مع القوة النووية الشديدة فيما يسمى النظرية الكبرى الموحدة ( Grand unified theory (G U T يقول ستيفن هوكنغ وهذا العنوان أقرب إلى المبالغة لأن النظريات الناتجة ليست كبيرة بهذا المقدار كما أنها ليست موحدة كلياً لأنها لاتشمل الجاذبية وهي ليس نظريات كاملة حقاً لأنها تحتوي على عدد من المتغيرات الوسطية Parameters التي لا يمكن التنبؤ بقيمها انطلاقاً من النظرية بل يجب اختيارها بحيث تتلاءم مع التجارب بيد أنها قد تكون خطوة نحو نظرية كاملة وموحدة كلياً



العناصر الكيميائية وتواجدها داخل المادة الحية

يتكون الكون من حولنا من عناصر كيميائية ، ويوضح شكل (1) جدول بأسماء عدد (102) عنصر كيميائي ، منها (92) عنصرا موجود في الطبيعة ، بالإضافة إلى عشرة عناصر أوجدها العلماء .
ومن أشهر العناصر المعروفة الكربون والهيدروجين والنيتروجين والكلور والفسفور والكبريت والنحاس والرصاص والسليكون والذهب والفضة .
وفي هذا الجدول تم ترتيب العناصر الكيميائية حسب الحروف الأبجدية ، وقد حدد العلماء رمزا بالحروف الأبجدية لكل عنصر ، وفي الجدول المشار إليه يشاهد هذا الرمز في العمود المجاور لكل عنصر .
وعادة يوجد العنصر متحدا مع عنصر أو عناصر أخرى ، وقليلا منها ما يوجد منفردا مثل الذهب والفضة . وقد وضع العلماء هذه العناصر في قائمة دورية (شكل2) تشمل توزيعات رأسية تعرف باسم" مجموعات" بينما الصفوف الأفقية يعرف كل منها باسم "دورة" .
والوحدة البنائيه لكل عنصر هي الذرة ، وهذه لا يمكن رؤيتها حتى باستخدام أعظم الميكروسكوبات المكبرة بسبب الصغر وخفة الوزن الشديد لحجم الذرة . وتتكون الذرة من كتلة في المركز تعرف باسم "نواة" تحيط بها جسيمات غاية في الصغر وخفة الوزن تعرف باسم "إلكترونات" وهذه تدور حول النواه . وتتكون النواة عادة من طرازين من الجسيمات تعرف باسم البروتونات والنيوترونات .
ومن المهم أن ندرك أن البروتون له شحنة موجبة (+) ، بينما النيوترون عديم الشحنة ، وبهذا فإن نواة الذرة في مجملها تكون موجبة الشحنة . أما الإلكترون فهو سالب الشحنة . وفي أية ذرة نجد عدد البروتونات يساوى عدد الإلكترونات .
وبهذا فإن الذره متعادلة الشحنة . وقد يتساوى عدد البروتونات مع عدد النيوترونات في الذره الواحدة . ويقدر وزن الذرة بمجموع عدد البروتونات والنيوترونات . وقد اتفق العلماء على أن لكل عنصر (وزن ذري) هو مجموع عدد البروتونات والنيوترونات ، وأن لكل عنصر أيضا(عدد ذري) هو عدد البروتونات في نواة الذرة . وفي لوحة الجدول الدوري (شكل2) يلاحظ أن العدد الذري يوجد إلى يسار رمز العنصر ، بينما الوزن الذري يوجد أسفل رمز العنصر .
ومن المهم أن نلاحظ أن العناصر في هذا الجدول مرتبة حسب العدد الذري . وقد وجد أن العناصر التي لها نفس الوزن الذرى تكون خصائصها متقاربة ، وذلك مثل الحديد و الكوبلت والنيكل . وتدور الإلكترونات حول النواة في مدارات ، يعطى المدار الأقرب إلى النواة الرمز(k) ويطلق على المدارات التالية تباعاً الرموز L ثمM ثم NثمO ثمP ثمQ .
ويستوعب أي مدار عدداً من الإلكترونات أقصاه هو العدد الناتج من معادلة 2 (ن)2، حيث ن تمثل رقم المدار ، على أساس أن المدارات ترقم تباعا من قرب النواة إلى الاتجاه البعيد عنها . ويمكن لأي مدار بالطبع أن يحتوى على عدد من الإلكترونات أقل من الحد الأقصى لاستيعاب هذا المدار.
ويوضح الشكل رقم (3) عدد الإلكترونات في كل مدار لعناصر الجدول الدوري . وتتحد ذرات نفس العنصر معا لتكون ما يعرف باسم جزيء العنصر ، فذرة الهيدروجين تتحد مع ذرة مثلها لتكون جزئ الهيدروجين . وفي مثال آخر تتحد ذرة الأكسجين مع ذرة مثلها لتكون جزئ الأكسجين (شكل 4). وقد تتحد ذرات لعناصر مختلفة مع بعضها البعض لتكون "مركبات" ، وهذا يقتضي إعادة ترتيب لمسار الإلكترونات فيها لتنتج عن هذا الاتحاد مركبات ثابتة .
وتحدث إعادة ترتيب هذه الإلكترونات بأي من الأسلوبين الآتيين :
(أ) تقوم كل ذرة بإعطاء أو أخذ إلكترونات :
مثال ذلك الاتحاد بين ذرة الصوديوم التي تترتب إلكتروناتها وفقا للنظام (1:8:2) ، وذرة الكلور التي تترتب الكتروناتها وفقا للنظام (7:8:2)، حيث تعطى ذرة الصوديوم إلكترونا لذرة الكلور ، وبذا يكون المدار الأخير لكل من الذرتين مشبعا ، وبهذا أيضا ينتج لدينا أيون صوديوم موجب (+) ، وأيون كلور (-) (شكل 5) ، وبهذا تنشأ قوة جذب بين الأيونين تربط بينهما . وإذا ما أذيب كلوريد الصوديوم في الماء تفكك الأيونين عن بعضها البعض .
وفي مثال آخر تعطى ذرة الليثيوم (1:2) إلكترونا لذرة الفلور (7:2) وبذلك يصبح المدار الأخير لكل منهما مشبعا ، وبهذا أيضا ينتج لدينا أيون ليثيوم موجب ، وأيون فلور سالب(شكل 6) . وقد تتحد ذرة واحدة من عنصر مع ذرتين من عنصر آخر ، مثال ذلك اتحاد ذرة واحدة من الكالسيوم ( 2:8:8:2) مع ذرتين من الكلور (7:8:2) لتكوين كلوريد الكالسيوم ، حيث تعطى ذرة الكالسيوم إلكترونا لكل ذرة من ذرتي الكلور ( أي أن ذرة الكالسيوم تعطى ذرتا الكلور إلكترونين ) (شكل 7).
(ب) الشراكة في الإليكترونات :
مثال ذلك اتحاد ذرة الكربون (2:4) مع أربع ذرات للهيدروجين لتكوين غاز الميثان (CH4 ) , فتسهم إلكترونات الهيدروجين الأربعة في تشبع المدار الثاني لذرة الكربون ، كما تسهم الالكترونات الاربعة فى المدار الثانى لذرة الكربون في تشبع المدار الأول لكل ذرة من ذرات الهيدروجين الأربع (شكل 8) .
البروتوبلازم
يكون البروتوبلازم مادة خلايا جميع الكائنات الحية من أبسطها تعقيدا حتى الإنسان . و قد قام العلماء بدراسة مكونات مادة البروتوبلازم فوجدوا أنها تتكون من بعض العناصر الموجودة في مكونات البيئة من حولنا , و لكن نسبة تواجدها في البروتوبلازم تختلف عن نسبة تواجدها في البيئة و يوضح الشكل (9) أن الأوكسيجين يكون 76% من مادة البروتوبلازم , و يكون الكربون 10.5 % و الهيدروجين 10% و النيتروجين 2.5% . كما توجد في البروتوبلازم عناصر أخرى و لكن بنسب أقل مثل الفسفور و الكبريت و الكلور و الصوديوم و الماغنسيوم و الكالسيوم و الحديد . و بالطبع تختلف نسب وجود هذه العناصر في الكائنات المختلفة و كذا في الخلايا المختلفه لنفس الكائن الحي .
ويوضح شكل (10) جزءاً من قائمة الجدول الدوري و فيه تم رسم نواة كل عنصر و الإلكترونات التي تدور حولها في مدارات , و قد كتب في نواة كل عنصر عدد البروتونات فيه و هو يساوى عدد الإلكترونات التي تدور حول النواة .
و يلاحظ في هذا الشكل ما يلي :
(أ) أن رسم ذرات كل من الهيدروجين و الكربون و النيتروجين و الأوكسيجين أحيط ببرواز داكن , وهذه الذرات تكون 99% من البروتوبلازم .
(ب) أن رسم ذرات كل من الصوديوم و الماغنسيوم و الفسفور و الكبريت و الكلور و البوتاسيوم و الكالسيوم و الحديد أحيط ببرواز رفيع , وهذه الذرات توجد في الكائنات الحية ولكن بنسبة أقل من نسبة المجموعة التي ذكرت في البند (أ) .
(ج) أن رمز ذرات كل من البورون و الكوبالت و النيكل و النحاس و الزنك وضع تحته خط ، وهذه الذرات توجد بنسب ضئيلة جدا في الكائنات الحية .
و يتم داخل جسم الكائنات الحية مئات من التفاعلات الكيميائية المختلفة التي تعتمد عيها حياة هذه الكائنات و تلزم العمليات الحيوية من تنفس و حركة وهضم وخراج ..... و غير ذلك .
و تتحد العنصر الكيميائية داخل الجسم لتكون مركبات , و وتشمل هذه المركبات الماء و المواد الكربوهيدراتية و السكرية و المواد الدهنية و المواد البروتينية و الأحماض النووية. و يوضح( الشكل11) نسب هذه المركبات بالوزن في البروتوبلازم . و توصف المواد السكرية و المواد الدهنية و المواد البروتينية و الأحماض النووية بأنها مواد عضوية organic substances , فهي تنتج بواسطة الكائنات الحية , و يدخل الكربون و الهيدروجين و الأوكسيجين بصفة أساسية في تركيبها , كما يدخل النيتروجين في تركيب الكثير منها .فضلا على أن للمركبات العضوية خصائص مشتركة أخرى , و يمكن الآن تخليق المركبات العضوية في معامل البحوث . و قد تتصل ذرات المركبات العضوية في سلاسل فيما يعرف باسم مركبات غير حلقية Acyclic compounds (شكل12) ، أو قد تتصل ذراتها معا لتكون حلقات , فتعرف عندئذ باسم مركبات حلقية cyclic compounds (شكل 13) .
وتتركب المواد الكربوهيدراتية من عناصر أساسية ثلاثة هى الكربون والهيدروجين والأوكسيجين ، بحيث تكون نسبة عدد ذرات الأوكسيجين إلى عدد ذرات الهيدروجين هى 2:1 . ومن أمثلة المواد الكربوهيدراتية سكر الجلوكوز C6H12O6 وسكر المالتوز C12H22O11 . ويعتمد الكائن الحي على المواد الكربوهيدراتية بصفة خاصة في إنتاج الطاقة اللازمة لأداء وظائفه الحيوية.
وتتركب المواد الدهنية من عناصر الكربون والهيدروجين والأوكسيجين آلا أن نسبة عدد ذرات والأوكسيجين إلى عدد الهيدروجين تقل عن 2:1 . ويعتمد بناء المواد الدهنية على مركبات تعرف باسم الأحماض الدهنية التي ترتبط عادة مع كحولات معينة أشهرها الجلسرين وبذا تتكون المادة الدهنية (شكل 14).
وتكون المواد الدهنية التراكيب الدهنية في جسم الكائن الحي ، كما تدخل في تركيب أغشية خلايا الجسم . وتعتبر الدهون مصدرا غنيا للطاقة . أما المواد البروتينية فهي تحتوى على عنصر النيتروجين ، بالإضافة إلى الكربون والهيدروجين والأوكسجين . والوحدة البنائية للمواد البروتينية هى الأحماض الأمينيه . ويوجد في الجسم عشرون طرازا من الأحماض الأمينية التي تختلف بعضها عن بعض في تكوينها الكيميائي .
ومن أمثلتها الحمض الأميني glycine جليسين H2N.CH2.COOH . وتكون المواد البروتينية مادة العضلات ، كما تدخل في تركيب أغشية الخلايا وكذا في تركيب الشعر وبعض الإفرازات مثل الإنزيمات والهرمونات .
ومن المواد العضوية الموجودة في الخلايا ما يعرف باسم الأحماض النووية ، وهما حمضان : الحمض النووي الريبوزى RNA و الحمض النووي الدى أوكسي ريبوزى DNA . ويتكون الحمض النووي بصفة عامة من سكر ومركبات نيتروجينية وفوسفور .
ويكون الحمض النووي DNA المادة الوراثية بالخلية ،كما يلعب الحمض النووي RNA دوراً أساسيا في بناء البروتينات التي يعتمد عليها بناء الجسم وأيضا الأداء الوظيفي له .

الطاقة الكهربائية

ما هي الكهرباء؟
حسب النظرية المكروسكوبية (المجهرية) التي قدمها هندريك انطوان لونتز سنة 1895,(1853-1928)فان الكهرباء هي الطاقة التي تخلقها حركة الالكترونات في جسم موصل.
ومن هذه الحركة يتولد التيار الكهربائي.ويمكن ان يتولد تيار كهربائي ,ايضا ,نتيجة فصل الكترونات عن ذرتها عن طريق الاحتكاك او الحرارة او المفعول الكيماوي ("قصف"تلك الالكترونات بالكترونات اخرى).وهنالك عناصر "تخلي سبيل " ذراتها دون ان يتطلب ذلك جهدا كبيرا:انها المواصلات (النحاس,الفضة,الالومنيوم).اما الهواء وبعض المواد مثل الزجاج والمطاط ,فهي عازلة .
تتولد الكهرباء عن الديناموات (مولدات).والدينامو عبارة عن وشيعة يلتف حولها سلك موصل , وتدور بين قطبين مغناطيسيين.
وقد قام فاردي بتجربة,في هذا المضمار,سنة1831 وقد قام وشيعة (من الصنف المذكور ) من حقل مغناطيسي ,ثم يبعدها عنه بالتناوب. والتربينه البخارية هي الاداه المستعملة غالبا لجعل الديناموات تدور. والتربينات الهيدروليكية هي التي تشغل المحطات الموجودة قرب الشلالات او السدود كما ان عدد المحطات النووية المعتمدة بدورها لنفس الهدف,في تزايد مستمر.ويستعمل الفحم والمازوت عادة لتسخين ماء التربينات البخارية
ولكن الجانب السلبي في هذا يتمثل في كونهما يلوثان الهواء. اضافة الى هذا فان معدل ما يستهلك منهما الان يجعلنا نستخلص انهما سيستنفذان بعد حوالي قرنين. فما هو الحل الذي سيتم اللجوء اليه اذاك؟
لا شك ان المشروع الذي اشرنا اليه سينجز,ولكن ذالك لن يتم في وقت قريب وبالتالي فلن تتوافر 20000 مليار من الكيلوواطات (ضعف القدر الضروري الان) سنة 2000,بهذه الطريقة التي ما تزال تنتمي الى مجال التصور الذهني. بالنظر الى كل هذا,صيغت مشاريع اخرى,وهي الان قيد الدرس.وهناك واحد من بينها يقتضي استعمال الطاقة الناتجة عن المد. بل ان هناك مصنعا يشتغل بهذه الطاقة في فرنسا (يشرف على مصب "الرانس" ببريطانيا)وينتج حوالي 30000كيلوواط.
تاريخ الكهرباء:
اصل كلمة كهرباء العربية كهربا ( وهو صمغ شجرة اذا حك صار يجذب التبن نحوه).
فالكهرباء الستاتيكية (السكونية)هي اول ما عرف من اشكال الكهرباء . ويمكن بالفعل ان تتولد
اذا ما حكت قطعة راتنج (مادة صمغية تنتجها بعض النباتات ) شبيهة بالعنبر...
بعد ذلك بمائة وثلاثين سنة . الانجليزي ستيفن غراي (1670-1736) جمع لائحة تتضمن اسماء العناصر الموصلة والعناصر العازلة للكهرباء .وفي 1733,اكتشف الفرنسي شارل دوفاي 1698-1733وجود شحنة كهربائية موجبة واخرى سالبة:ان الشحنتين من طبيعة واحدة تتنابذان, وشحنتين متعارضتين تتجتذبان.
كانت اول بطارية كهربائية هي "قنينة ليد "(وليد هو اسم المدينة الهولندية التي اخترعت فيها).تلك كانت قنينة مليئة بالماء سدادتها الزجاجية يخترقها مسمار يطال السائل.وعن طريق المسمار ,تبث شحنة في الماء المعزول داخل الزجاج.فاذا احدث تماس بين المسمار وموصل اخر تنتج عن ذلك شرارة.
وفي 1752,تمكن الامريكي بنجامين فرنكلين 1706-1790,في وقت كانت خلاله السماء تبرق وترعد,من توجيه البرق في لحظة ما الى قنينة ليد,باستعال طيارة ورقية,مبرهنا بذلك على كون العواصف الرعدية من طبيعة كهربائية.وتوالت التجارب والاكتشافات بسرعة.فصنع الكسندر فولتا اول بطارية كيميائية (حوالي 1800),اذا راكم اسطوانات من فضة واخرى من توتياء ،تفصل بينهما حلقات من ورق مقوى مشرب بالماء المالح.
وفي سنة 1820,ابرز الدنيماركي ويرستد (1777- 1851) ان هناك علاقات وثيقة بين الكهرباء والمغناطيسية. وذلك ما اكده اندري ماري امبير,اذ اوضح ان لقضيب فولاذي ممغنط نفس خصائص الوشيعة المكهربة. وقد اخترع هذا الاخير,"المقياس الغلفاني" لقياس قوة التيار. وفي 1826,فسر غ. س. اوم (1787-1854) ظاهرة ايصال اجسام صلبة للكهرباء,ووضع تعريفا للجهد الكهربائي(=قوة دافعة كهربائية),ومفعوله على الموصلات.
وفي 1864,قدم ماكسويل 1831-1879,في نظريته الكهرطيسية,تركيبا لكل المعارف المتعلقة بالكهرباء. واخيرا,قدم البرت انشتاين تفسيرا لمجمل الظواهر الكهرطيسية في اطار نظريته النسبية.
الطاقة الكهربائيةفي المستقبل!
يعود30%من المنتوج الكهربائي العالمي الى الولايات المتحدة(أي انها تنتج 2356 مليار كيلوواط)وهي تملك المحطة الكهربائية الثانية في العالم من حيث الاهمية(سد"غراند كوليه" طاقته: 9,8 ميغاواط) بعد محطة ايتايبو (البرازيل, البراغواي),التي تشتغل منذ 1982 وتنتج 12,6 ميغاواط.وفي 1987 كان الاتحاد السوفيتي(ولم يكن بعد قد انقسم الى دول عديدة) يحتل المرتبة الثالثة(سعة:1295 مليار كيلوواط).وهناك عدد من الدول يزداد فيها استهلاك الكهرباء بنسبة اكبر من تلك التي يزداد بها في الولايات المتحدة.ومع هذا, يتوقع ان يستغل في هذه الدول ربع المنتوج العالمي ,سنة 2000.
ان التطور التكنولوجي يمكن من سد الحتجات الانية في هذا المضمار.ولكن لن تتفاقم ازمة الطاقة بشكل مقلق قبل القرن الواحد والعشرين.الا ان الوقت والمال اللازمين لتحقيق المشاريع المشار اليها اعلاه يحسبان بالعقود وبالملايير.والكثير من الخبراء في هذا المجال يرون انه من الواجب الشروع في معالجة المشكل الان,قبل ان يفوت الاوان.
الكهرباء احد اكثر مصادر الطاقة وفرة.فهي موجودة في كل شئ.وتمدنا الكهرباء بالحرارة والضوء. وهي التي تسبب القوة المحركة للمحركات التي تسير القاطرات والشاحنات والمعدات الالية.
وبدون الكهرباء لن يكون لدينا راديو او تلفزيون او تلفون .
ما هي الكهرباء؟
الكهرباء هي قوة موجودة في جميع المواد الصلبةوالسائلة والغازية.تتكون المادة من ذرات (اصغر جسيمات يمكن ان ينقسم اليها أي شيء).وتحتوي حبة الرمل الواحدة على الاف الملايين من الذرات .والجزء الخارجي من الذرة يحتوي على جسيم(او اكثر)يسمى الكترونا.اما في داخل الذرة,عند المركز فتوجد نواة صغيرة تتكون من جسيمات تسمى بروتونات ونيوترونات.
الالكترونات والبروتونات :
يفترض ان الالكترونات عليها "شحنة سالبة"وان البروتونات عليها "شحنة موجبة".وفي العادة يتساوى عدد الالكترونات مع عدد البروتونات .لكن في بعض المواد,خصوصا الفلزات ,تكون للذرات الكترونات لها حرية الحركة فيما بين الذرات .
التيار الكهربائي:
ان الكهرباء التي نستخدمها في التسخين والاضاءة والاغراض الاخرى تسمى "تيار كهربيا". يسري التيار الكهربائي في اسلاك الفلز على هيئة الكترونات تتحرك بين ذرات الفلز وكل الكترون له شحنة كهربية.ومع تحرك الاكترونات تتنتقل الشحنات على طول السلك بسرعة عالية جدا.

المولدات الكهربائية

هنالك طريقتان رئيسيتان للحصول على التيار الكهربائي أولهما توليده في بطارية من تفاعلات كيماوية والثانية إنتاجه بالتأثير أو الحث الكهرمغنيطي باستخدام اله تدور ملفا في مجال مغنطيسي (أو تدور مغنطيسا في ملف سلكي )وهذه الإله تسمى مولدا كهربائيا (والصغير منها يسمى أحيانا دينمو) واسهل طريقه لتطبيق هذا المبدأ عمليا هي تدوير ملف سلكي بين قطبين مغنطيس دائم وهذا في الواقع هو ما فعله فإرادي عام1831 وليس من المبالغة القول أن نمط حضارتنا الحالية وطرق المعيشية تعتمد إلى حد بعيد على اكتشافه ذالك فبدون الكهرباء تعدم وسائل الحياة العصرية فلا أناره ولا تدفئه ولا وسائل نقل للملايين بالقطارات الكهربائية ولا مصاعد ولا مكنات للمصانع ولا مئات من الأدوات والاجهزه الكهربائية التي نستخدمها يوميا كان أول مولدات فإرادي نموذج مختبري صغير يدار باليد أما في محطات توليد القدرة الحديثة.
فتدار المولدات بوسائل ميكانكيه وفي المحطات التي تعمل بالفحم أو بالزيت أو الطاقة النواويه تدار المولدات بعنيفات (تربيات)بخارية وتتصل التربيات مناشره بالمولدات وتسنى المجموعة مولدا تربينياوفي المحطات الكهربائية تدوير المولدات.
بالتوربينات المائية ولاعتماد هذه المحطات على القده المائية تشيد في مواقف الشلالات الطبيعية أو متساقط المياه الصنعيه علفى مجاري الانهر .ويبنى لهذا الغرض سد لحصر مياه المسقط وتحويلها في انبوب ضخم لتدير بسقوطها الى المستوى الخفيض تربينا مائيا ومجموعه الموالد التربيني عاى اختلاف انواعها هي وسيله لتحويل الطاقه المكانكيه الى طاقه كهربائيه وقد اسنبط العلم البريطاني (جون) فلنع قاعده تساعد في تحديد اتجاه التيار المستولد في مواصل عندما يحرك في مجال مغنطيسي وتعرف لقاعده اليد اليمنى واذا كان الموصل المدار بهيئه ملف فمن الواضح ان التيار سيغير اتجاهه كل نصف دوره فالتيار الذي ينتجه هذا النوع من المولدات يتغير من الصفر الى الذروه في اتجاه معين ثم ينخفض الى الصفر عندما يتعامد الملف مع المجال ثم يتعكس اتجاه التيار في الملف ويبلغ الدوره في الاتجاه المعاكس قبل ان يعود ثانيه الى الصفر وهذا .التواتر التياري يسنى تيارا مناويا .والتردد هو عدد المرات التي تتكرر فيما مده الدوره في الثانيه .
والتيارات المولده في جميع محطات توليد القدره وهي تيارت متناويه لان هذه التيارت يمكن تغييرهبسهوله محول كهربائية .
في المولدات الصغيرة كدينامو الدراجة مثلا يحصل على مجال المغنطيسي من المغنطيس دائم أما المولدات الضخمة فتستخدم المغانط الكهربائية وتدور داخل الملف السلكي وليس العكس .
والتأثير الحاصل هو نفسه, فالتأثير في هذا الحالة يتولد الملف الثابت (العضو الساكن) بتحريض (آو حث)المجال المغنطيسي المتغير الحاصل في المغنطيسي الدوار (العضو الدوار).
توليد الكهرباء

البطاريات:
للبطارية طرف سالب وطرف موجب، وعندما يوصل سلك بين طرفين تسرى عبره الالكترونات من الطرف السالب الى طرف الموجب
البطارية الجافة :
هي كتلك التي نستخدمها في راديوا الترانزستور او مصباح البطاريه اليدوي ، تتحرر الالكترونات بالتأثر الكيميائي لكلوريد الامونيوم {ملح النشادر}على الزنك 0ومع استخدام البطاريات ستنفذ الكيماويات الموجوده بها حتى يتوقف تحرر الالكترونات 0عندئذ تخمد البطارية ، المركز الحمضي الرصاص: وهو نوع البطاريات المستخدمه فالسيارات ،يحدث التفاعل الكيميائي بين الرصاص والحامض الكبريتيك .هذا النوع من البطاريات يمكن شحنه مرة ثانية ، حيث توصل البطاريه بمصدر للتيار الكهربائي وتعاد الالكترونات مرة اخرى الى حيث كانت من قبل في الذرات
المولدات الكهربائية: تنتج هذه المولدات معظم الطاقه الكهربائية التي تولدها محطات توليد القدره في العالم يعتمد عمل المولدات على العلاقه الوثيقه بين الكهربيه والمغناطيسيه فعندما يتحرك مغناطيس في سلك على شكل ملف فان تياراً كهربياً يستحث (ينتج)في سلك معضم مولدات محطات توليد القدره بها مغناطيسات ضخمه تتحرك في ملفات سمكية النحاس او ملفات تدار حول مغناطيسات وتدار معظم المولدات بواسطة توربينات والتوربينات عباره عن عجلات الى حد كبير طاره السفينه البخاريه وهي تدار بالبخار او الماء او الغاز
نقل الكهرباء : يمكن نقل القدره الكهربيه لمئات الكيلو مترات م محطات توليد القدره الى منازل والمصانع والمدارس وغيرها من المنشآت التي تستخدمها تنتقل الكهرباء عبر الكابلات ممتده عبر الارض او عبر خطوط الضغط العالي الممتده على ارتفاع عال فوق الارض وتمر القدره الكهربيه في طريقها بعدة محولات بعض المحولات يزيد من الضغط (الجهد) الكهربي بحيث لا تفقد كهرباء اثناء الانتقال لمسافات طويله وهناك محولات تخفض الضغط(الجهد)حسب الطلب

ما هي طبيعة الطاقة الكهربائية ؟
ان الالكترونات متحركة وفي المعادن تتحرك بحرية مننقطة الى اخرى وفي احد انابيب التلفزيون تحتاز الفراغ المسافة القصيرة التي تفصل بني الشاشة والاقنية الاكترونيةويملك كل الكترون طاقة اضافية سلبية وتحركها يؤدي الىوجود التيار الكهربائي . وفي غياب القوة فان الاكترونات تبقى جامدة وينعدم وجود
التيار ولتحريك الاكترونات يكفي تشغيلها بواسطة القوة الكهربائية ونعلم جيدا ان طاقتين كهربائيتين متناقضتين ، تجتبذان بعضهما البعض ، والالكترونات تدخل شبكة معدنية يمكن جذبها بواسطة الجانب الايجابي للبطارية .وفي غياب الاحتكاك وخاصة في الفراغ فان الالكتروناتالمتسارعة على طاقة معينة حتى تصل الى وقت تبلغ فيه الانور (القطب الموجب). هذة الطاقة ناتجة من شحن الالكترونات بالطاقة الكربائية ، واللتي تكون وجدتها الفولت بين نقطة الانطلاقونقطة الوصول ،فطاقة الحركة للمتزلج توازي الفرق في طاقة القوة بين نقطة الانطلاق ونقطة الوصول. وعلى سبيل المقارنة فان قوة المولد موازية لارتفاع السد ، والقوة الكهربائية موازية لقوة المياة .ان القدرة التي يستوعبها محرك ما تكون "VI " وال "V "هي الفولتاج ، الذي يغذي المحرك ، وال "I " هي حجم التيار الكهربائي الذي يجتاز بوبينات المحرك .لماذا ينفجر بعض الاجسام ؟
لماذا يحدث انفجار في مكان مغلق اذا دمجنا بين الهواء والنفط وعمدنا الى تمرير شرارة ما ؟ ببساطه لان في الانطلاقلدينا الهيدروكاربور الذي هو النفط ذرات من الكربون مرتبطه بذرات من الهيدروجين . وهكذا تقوم الشرارة بتدمير العلاقات بين الكربون والكربون من جهة ،والكربون والهيدروجين من جهة أخرى لتكوين علاقه كيميائيه جديده مازجةهذه الذرات بأوكسجين الهواء مما يعني الانفجار
هل يمكن استعمال المياه كمحروقات بدلا من النفط ؟
حسب مبدا ان أي اله حرارية لا يمكنها القيام باي عمل الا اذا اقترضت الحرارة من مصدرحار واعادتها الىمصدر بارد ،وفي الواقع ان جزءا واحدا من الحرارة التي تبعثها هذة
المصادر الحارة تتحول الى طاقة ميكانيكية .
اذا من أين تأتي هذه الحرارة ؟
النفط؟في محرك السيارة يأتي المصدر الحار مناحتراق النفط الذي يحتوي فقط على ذرات من الكاربون
والهيدروجين واثناء الحركة تمتزج هذة الذرات مع اوكسجين الهواء لتشكيل جزيئات من ثاني اوكسيد الكربون CO2 والمياة H2O وهذة الجزيئات تملك طاقات وصل اكثر اهمية من تلك ا لتي تصل ما بين الكربون والهيدروجين في النفط ،ولشرح ذلك بصورة اخرى فان جزيئات الCO2,والH2O والاكثر استقرار من النفط تحتاز بطبيعتها الى طاقه من اجل التكوين فنقول عندها بانها مرتبطة بقوة وعليه فان
جزء من الاساسية لم يعد يستعمل ويتبخر على شكل حرارة وهذا ما نطلق اسم ( احتراق النفط)

المرجع:-

الطاقة الكهربائية

الطاقة الكهربائية
أسس ترشيد استهلاك الطاقة الكهربائية وادارة الاحمال الكهربائية