هل ينفد مصدر الكهرباء من الإلكترونات؟

الاجابه على هذا السؤال يعتمد على الوضع. يمكننا تصنيف جميع الأنظمة الكهربائية تقريبًا إلى فئتين: أنظمة الكهرباء الساكنة وأنظمة كهرباء الدوائر. لاحظ أن جميع المؤثرات الكهربائية هي في الواقع جزء من مجموعة واحدة من القوانين الفيزيائية. هذا التصنيف بالتالي هو في نهاية المطاف تعسفي وتبسيط مفرط. ومع ذلك ، فإن هذا التصنيف يكفي لغرضنا الحالي لفهم التيار الكهربائي.

يتضمن نظام الكهرباء الساكن تدفق التيار الكهربائي نتيجة لتراكم الشحنة الكهربائية في مكان ما. مثل هذا النظام لا ينطوي على دائرة كهربائية مغلقة. تتضمن أمثلة هذا النوع من الأنظمة البرق والشرر الذي تحصل عليه عند فرك قدميك على السجادة. تتنافر الإلكترونات بشكل طبيعي. فعندما تتكدس الكثير من الإلكترونات في مكان واحد ، يمكنها أن تضغط على بعضها البعض بقوة لدرجة أن بعض الإلكترونات يتم دفعها مباشرة من الجسم. وينتهي بهم المطاف بالخروج من الهواء أو الماء أو أي شيء يحيط بالعنصر. نطلق على مجموعة من الإلكترونات المتحركة تيارًا كهربائيًا ، وبالتالي يمكن أن يؤدي تراكم الشحنة إلى دفع تيار كهربائي. تتدفق الإلكترونات ببساطة بعيدًا عن الوبر وتنتهي في النهاية إلى الذرات في البيئة. بهذه الطريقة ، يمكننا أن نحصل على تيار كهربائي حتى لو كنا ” ر دارة كهربائية كاملة. في الهواء ، يأخذ التيار الكهربائي شكل التفريغ الداكن ، أو التفريغ الهضمي ، أو الشرر (اعتمادًا على ما إذا كان التيار ضعيفًا أو متوسط ​​القوة أو قويًا على التوالي). لاحظ أن اسم “الكهرباء الساكنة” هو اسم ضعيف لأن الشحنة الكهربائية ليست ثابتة دائمًا في هذا النوع من الأنظمة. ستكون الأسماء الأكثر دقة هي “الكهرباء غير الدائرة” أو “زيادة تكلفة الكهرباء”.

وبما أن تراكم الشحنة هو السبب في التيار الكهربائي في أنظمة الكهرباء الساكنة ، فإن التيار سيتوقف عن التدفق بمجرد انتهاء التجميع. عندما تتدفق الإلكترونات بعيداً عن الوبر ، تصبح الوبر أصغر. في نهاية المطاف ، تختفي كومة الإلكترونات الزائدة (تبقى الإلكترونات المطلوبة للحفاظ على بقاء الجزيئات محايدة ، لكنها لا تفعل الكثير). تماما حرفيا ، تتوقف الكهرباء عن التدفق لأن المصدر ينفد من الإلكترونات الزائدة. هذا هو السبب في أن مسامير الصواعق والشوك بين الجوارب المشحونة بشكل ثابت تختفي بسرعة. إنه ليس أن الإلكترونات مدمرة. بدلا من ذلك ، يتم تسريبها بعيدا إلى نقاط بعيدة حتى لا تبقى.

في المقابل ، تنطوي أنظمة كهرباء الدائرة على تدفق التيار الكهربائي من خلال حلقة مغلقة. هذا التيار هو نتيجة لمضخة شحن تعمل في مكان ما في الحلقة. وتسمى هذه المضخة أيضًا بمصدر للجهد ويمكن أن تأخذ شكل بطارية أو خلية شمسية أو مولدًا أو سلكًا من شبكة طاقة. تنتج المضخة فرقًا للجهد على طول الدائرة التي تحرك الشحنات مثل الإلكترونات عبر الدائرة. يمكن للمضخة إما أن تضخ الإلكترونات باستمرار في اتجاه واحد ، مما يؤدي إلى تيار مباشر (DC) ، أو يمكن أن يوقف بشكل دوري الاتجاه الذي يضخ فيه الإلكترونات ، مما يؤدي إلى تيار متناوب (AC). من أجل البساطة ، دعونا نركز على التيار المباشر.

عندما تتدفق الإلكترونات خلال الدائرة ، تتدفق إلى أسفل منحدر الطاقة المحتمل الذي يتم إنشاؤه بواسطة الجهد الكهربائي. بمجرد وصولها إلى المضخة في نهاية الدائرة ، يتم تعزيز الإلكترونات منخفضة الطاقة مرة أخرى إلى طاقة محتملة عالية بحيث يمكن أن تبدأ بالتدفق خلال الدائرة مرة أخرى. الوضع يشبه الشلال الاصطناعي في الفناء الخلفي.يتدفق الماء أسفل الشلال وإلى بركة بسبب السحب الطبيعي للجاذبية ، تماما مثل كيفية تدفق الالكترونات خلال الدائرة بسبب سحب الجهد المطبق. ثم تدفع مضخة المياه الماء في البركة إلى حالة طاقة عالية في أعلى الشلال ، تمامًا مثلما تدفع البطارية بطارية الإلكترونات إلى حالة طاقة أعلى في بداية الدائرة. ثم تتكرر الدورة.

نظرًا لأن ضخ الشحنة هو سبب التيار الكهربائي في نظام كهربائي للتيار الكهربائي ، فإن التيار لن يتوقف أبدًا عن التدفق طالما أن المضخة مازالت مستمرة وتبقى الدائرة بلا انقطاع. الدوائر لا تخلق أو تدمر أو تستهلك أو تفقد الإلكترونات.إنهم يحملون الإلكترونات في دوائر. لهذا السبب ، لا يمكن أن تنفد أنظمة الدوائر الكهربائية من الإلكترونات. الطاقة التي يتم توصيلها من خلال دائرة ليست نتيجة للإلكترونات الموجودة في الدائرة. توجد الإلكترونات دائمًا في الدائرة كجزء من الذرات والجزيئات التي تشكل الدائرة. الطاقة الكهربائية التي يتم تسليمها هي نتيجة لانتقال الإلكترونات من خلال الدائرة. أوقف تشغيل المضخة (أي افصل البطارية) ، ثم توقفت الإلكترونات عن الحركة خلال الدائرة. لكن الإلكترونات لا تختفي. فهي لا تزال هناك كجزء طبيعي من المواد في الدائرة.

كما قلت من قبل ، فإن تصنيف الأنظمة إلى أنظمة ثابتة ودائرة هو أمر تعسفي إلى حد ما ويتم تبسيطه. الأنظمة الكهربائية الحقيقية تحتوي على مزيج من كلا التأثيرين. على سبيل المثال ، غالباً ما تحتوي الدائرة على مكثف. بينما تعمل الدوائر بشكل عام مثل نظام كهرباء الدائرة ، يعمل المكثف بشكل أشبه بنظام كهرباء ثابت. ونتيجة لذلك ، يمكن أن يعمل المكثف بالفعل من الإلكترونات. بمجرد أن ينفد جانب واحد من المكثف من الإلكترونات ، يتوقف التيار الكهربائي عن التدفق من خلال المكثف. في تلك اللحظة ، جزء من الدائرة التي تحتوي على مكثف التبديل من يتصرف مثل نظام كهرباء الدائرة إلى نظام كهرباء ثابت. يحدث هذا بمعنى أن التيار يتم إيقافه الآن بسبب نقص الإلكترونات ، وليس بسبب نقص مضخة الإلكترون أو عدم وجود دائرة كاملة.