آشنایی با روشهای تولید الکتریسیته و اجزای مدارهای الکتریکی
مقدمه
الکتریسیته یکی از بنیادیترین شکلهای انرژی در جهان امروز است و تقریباً در تمامی صنایع و زندگی روزمره نقش حیاتی دارد. تولید جریان الکتریکی بر پایه انتقال الکترونها از یک سطح انرژی به سطح بالاتر انجام میشود. برای آزادسازی الکترونها باید به آنها انرژی وارد کرد؛ به همین دلیل، روشهای مختلفی برای ایجاد جریان الکتریکی توسعه یافته است. در این مقاله با مهمترین روشهای تولید الکتریسیته و اجزای اصلی مدارهای الکتریکی آشنا میشویم.
روشهای تولید الکتریسیته
۱. روش تریبوالکتریک (اصطکاکی)
اثر تریبوالکتریک زمانی رخ میدهد که دو جسم با یکدیگر تماس و سپس مالش پیدا میکنند. این مالش انرژی لازم برای انتقال الکترونهای سطحی را فراهم کرده و باعث باردار شدن اجسام میشود. نمونهی آشنای این پدیده، مالش میلهی کائوچویی با پشم است که در نتیجه آن، الکتریسیتهی ساکن تولید میگردد.
این روش سادهترین شکل تولید بار الکتریکی بوده و پایهی بسیاری از مفاهیم الکتریسیتهٔ ساکن است.
۲. روش الکتروشیمیایی
در روش الکتروشیمیایی، واکنش شیمیایی میان مواد باعث انتقال الکترونها و در نتیجه تولید جریان الکتریکی میشود. این روش اساس عملکرد باتریهاست. درون یک باتری، دو الکترود و یک الکترولیت وجود دارد که واکنش بین آنها اختلاف پتانسیل ایجاد میکند. این اختلاف پتانسیل وظیفهی تأمین انرژی الکتریکی دستگاهها را بر عهده دارد.
۳. روش پیزوالکتریک
اثر پیزوالکتریک در برخی کریستالها و سرامیکها مشاهده میشود. زمانی که این مواد تحت فشار مکانیکی قرار میگیرند، ولتاژ الکتریکی ایجاد میکنند. این ویژگی در تجهیزاتی مانند میکروفنها، سنسورها، ساعتهای دیجیتال و پیکاپهای صوتی کاربرد دارد. این روش در مقیاس کوچک انرژی تولید میکند اما دقت بسیار بالایی دارد.
۴. روش ترموالکتریک
ترموالکتریک روشی است که در آن با استفاده از اختلاف دمای بین دو فلز یا نیمهرسانای نامشابه، جریان الکتریکی تولید میشود. اتصال دو فلز مختلف که گرم و سرد شوند، ولتاژی ایجاد میکند که به «اثر سیبک» معروف است. ترموکوپلها نمونهی بارز استفاده از این پدیده هستند و در اندازهگیری دما کاربرد گستردهای دارند.
۵. روش فوتوالکتریک (نوری)
در این روش، فوتونهای نور هنگام برخورد با سطح برخی فلزات انرژی خود را به الکترونها منتقل کرده و آنها را آزاد میکنند. نتیجهی این فرآیند تولید جریان مستقیم (DC) است که در صورت نیاز قابل تبدیل به جریان متناوب (AC) میباشد.
سلولهای خورشیدی، سنسورهای نوری و دیودهای حساس به نور بر پایهی همین اصل عمل میکنند و امروزه مهمترین ابزارهای تولید انرژی پاک به شمار می روند.
۶. روش الکترومغناطیسی
مهمترین و پرکاربردترین روش تولید برق در نیروگاهها، روش الکترومغناطیسی است. بر اساس قانون القای فارادی، حرکت یک هادی در میدان مغناطیسی باعث تولید ولتاژ الکتریکی در آن میشود. در ژنراتورهای برق، حرکت دورانی سیمپیچ در میدان مغناطیسی میدان میکند و انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل مینماید. این روش ستون فقرات تولید برق در جهان است.
اجزاء و عناصر مدارهای الکتریکی
مدار الکتریکی مجموعهای از اجزا است که انرژی الکتریکی را منتقل، تبدیل یا ذخیره میکنند. عناصر تشکیلدهنده مدار بهطور کلی به دو دسته تقسیم میشوند: منابع فعال و عناصر غیرفعال.
۱. منابع فعال (Active Elements)
منابع فعال عناصری هستند که انرژی الکتریکی را تولید یا تأمین میکنند. اصلیترین منابع فعال عبارتاند از:
باتریها
ژنراتورها
منابع تغذیه الکترونیکی
این عناصر نقش اساسی در ایجاد اختلاف پتانسیل و شروع جریان در مدار دارند.
۲. عناصر غیر فعال (Passive Elements)
عناصر غیر فعال انرژی را ذخیره یا به شکل دیگری تبدیل میکنند، اما خود تولیدکننده انرژی نیستند. این عناصر سه گروه اصلی دارند:
الف) مقاومت (R):
تبدیل انرژی الکتریکی به گرما، کنترل جریان و تقسیم ولتاژ.
ب) سلف (L):
ذخیره انرژی در میدان مغناطیسی و استفاده در مدارهای فیلتر، موتور و ترانسفورماتور.
ج) خازن (C):
ذخیره انرژی در میدان الکتریکی و کاربرد در صافسازی جریان، فیلترها و مدارهای زمانبندی.
جمعبندی
تولید الکتریسیته فرآیندی متنوع و گسترده است که از روشهای سادهٔ اصطکاکی تا فناوریهای پیشرفتهٔ فوتوولتائیک و ژنراتورها را شامل میشود. از سوی دیگر، شناخت اجزای مدارهای الکتریکی برای درک عملکرد سیستمهای الکترونیکی و برقی اهمیت زیادی دارد. آشنایی با این مفاهیم نهتنها در حوزه مهندسی برق ضروری است، بلکه برای استفادهکنندگان تجهیزات الکتریکی نیز دید روشنتری فراهم میکند.
اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید فیلم آموزشی خازن و توان راکتیو را از آکادمی کاشانه تهیه کنید.
