Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 1 ­ 

 كيف تعمل الكهرباء؟ كيف تعمل الكهرباء؟ وال يمكن أن نتصور أن ٬ أينما ذهبت تجد الكهرباء أو أحد تطبيقاتها ماثلة أمامك

 بدونها  تستمر  أن  يمكن  جدًا ٬ حياتنا  كثيرة  الكهرباء  استعمال  مجاالت  ٬ ألن

 : فعلى سبيل المثال

 . حيث يمكنك توصيل أي جهاز تريد مآخذ الكهرباء المنتشرة في المنازل ­

 على تحتوي ­  واستخداماتها  أنواعها  اختالف  على  النقالة  األجهزة  معظم

 . بطاريات تولد الكهرباء الالزمة اعتمادًا على حجمها

 . تفريغات كهربائية هائلة تسمى البرق تالحظ عند حدوث العواصف الرعدية ­

 ترتدي ­  عندما  شتوي  يوم  في  ساكنة  كهربائية  صعقة  تصيبك  أن  يحصل

 . مالبس من الصوف

 الكهرباء تست ­  خلية طيع وبكل سهولة توليد  من أشعة الشمس باستخدام

 الكيميائية في  الوقود عن طريق الطاقة  من خاليا  الكهرباء  توليد  أو  شمسية

 . الهيدروجين واألكسجين

 من أين تأتي؟ ولماذا يمكننا فعل أشياء إذن أين يكمن الغموض في الكهرباء؟

كثيرة بواسطتها؟

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 2 ­ 

 كيف نستخدم الكهرباء؟

 الكهرباء التي نحصل عليها من المآخذ والبطاريات قادرة على تشغيل كل أنواع

 : استعمالها بأشكال مختلفة منها مما يقود لحقيقة أننا نستطيع ٬ األجهزة

 . تحويل الكهرباء إلى حركة : المحركات الكهربائية ­

 . تحويل الكهرباء إلى ضوء : ابيح العادية ومصابيح الفلوريسنت المص ­

 . تحويل الكهرباء إلى معلومات : الحواسيب ­

 . ى اتصاالت تحويل الكهرباء إل : الهواتف ­

 . تحويل الكهرباء إلى صور متحركة : التلفاز ­

 . أمواج صوتية تحويل الكهرباء إلى : السماعات ­

. تحويل الكهرباء إلى ألم : مسدسات الصعق ­

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 3 ­ 

 . تحويل الكهرباء إلى حرارة : محمصات الخبز ومجفف الشعر ­

 . ميال أمواج كهرومغناطيسية تقطع ماليين األ تحويل الكهرباء إلى : المذياع ­

 . تحويل الكهرباء إلى أشعة إكس : أجهزة األشعة السينية ­

 على  حديث قادر  حياة  التخيل أن أي نمط  من العسير  واإلستمرار لذا  البقاء

 الكهرباء  حيث ٬ بدون  الحجرية  للعصور  سنعود  للطهي فبدونها  النار  استخدام

 لإلضاءة  والشموع  واإلشار والتدفئة  والعد  للحساب  البردى  ات ومخطوطات

 . الدخانية لإلتصال

 هل تعلم؟

 تعريض  دون  الكهرباء  وجود  من  التحقق  من  تمكنك  التيار  كشف  أجهزة  أن

 . لذا فهو إضافة ممتازة لمجموعة العدة لديك ٬ نفسك لخطر الصعق

 مبدأ عمل الكهرباء

 واحدة  كلمة  عند  وتنتهي  الكهرباء  " تبدأ  دراية ". اإللكترونات :  على  كنت  إن

 فستعرف أن  شحنة بالذرة  لها  وأن  أكثر  أو  واحد  تحتوي على إلكترون  الذرة

 . سالبة

نموذج مبسط للذرة

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 4 ­ 

 تدور  اإللكترونات  وال نجد  كالخشب  تقريبًا  المواد  كل  في  الذرة  زجاج حول

 ال في تلك المواد وألن اإللكترونات ..... ن هواء والقط والسيراميك وال والبالستيك

 فإ  للكهرباء تتحرك  موصلة  غير  المواد  هذه  عازلة وبالتالي ن  فهي  لذلك

 . للكهرباء

 عن  اإلنفصال  التي تستطيع  المواد  من  العديد  أخرى يوجد  ناحية  ذراتها من

 وهي ُتدعى  حولها  الحرة " والتحرك  واأللمن " اإللكترونات  يوم كالذهب والفضة

 ي ه هل توصيل الكهرباء ولهذا السبب ف تس فاإللكترونات الحرة . والحديد وغيرها

 . ألنها تنقل الكهرباء من نقطة إلى أخرى تعرف بالموصالت

 البرق

 إن كان الهواء عازًال للكهرباء فكيف للبرق أن ينتقل من السحب ليضرب األرض

 للكهرباء؟  ليست موصلة  أنها  من  البر على الرغم  ق بالذات هناك في حالة

 السحب واألرض  بين  في الجو  الموجودة  الكهربائية  من الطاقة  وهذه ٬ الكثير

 على  قادرة  العملية ٬ عن الذرات اإللكترونات فصل الطاقة  أن تحدث هذه  وما

 والفولطية إمتالء باإللكترونات المتولدة عن الحرارة يصبح الهواء في حالة حتى

 . الحالة أن يوصل الكهرباء بسهولة بحيث يمكن للهواء في هذه العالية

 الفلوريسنت  وأنابيب  الصعق  مسدسات  عمل  على  المبدأ  نفس  ينطبق

 . المشعة

 المولد والفولط واألمبير

 إلى موصل لتتمكن من الحركة  وأحد وسائل توصيل الكهرباء ٬ تحتاج الكهرباء

 تتحرك  هنالك . هي المولدات التي تعتمد على المغناطيسات لجعل الكهرباء

 فإن ُأتيح المجال لإللكترونات لتتدفق ٬ والمغناطيسية ثابتة بين الكهرباء القة ع

 السلك عبر سلك  دث ونفس الشئ يح ٬ ينشئ حقل مغناطيسي حول هذا

 السلك  قرب  مغناطيسًا  حركت  جعل ( إذا  إلى  المغناطيسي  الحقل  يؤدي

). اإللكترونات تتدفق عبر السلك

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 5 ­ 

 فالمولد عبارة عن أداة بسيطة تتكون من مغناطيس يتحرك بالقرب من سلك

 لكن ٬ اثل مضخة الماء فمبدأ عملها يم ٬ ليجعل اإللكترونات تتدفق بشكل ثابت

 . اإللكترونات لضخ بدًال من ضخ الماء يستعمل المولد مغناطيسًا

 أن تفعل المضخة بالماء؟ ماذا يمكن

 . من جزيئات الماء مقدار معين تقوم المضخة بسحب ­ 1

 . تعتمد المضخة على الضغط ­ 2

 : يمكن للمغناطيس أن ٬ بنفس الطريقة

 . دفع عددًا معينًا من اإللكترونات ي ­ 1

 . يمارس ضغطًا على اإللكترونات لحملها على التحرك ­ 2

 الدو  في  المتنقلة  اإللكترونات  على  ببساطة ُيطلق  أو  األمبير  الكهربائية  ائر

 الضغ ٬ " التيار "  على  اإللكت ط وُيطلق  يحرك  قاس ُي و " الفولطية " رونات الذي

 يعمل بسرعة . بالفولت  على 1000 إن كان مولد  قادر  في الدقيقة فهو  دورة

 عند 1 إنتاج    ي 1 و ٬ فولت 6 أمبير  اإللكترونات المتحركة أمبير  دل على عدد

 يعني فيزيائيًا (  السلك كل ثانية إلكترون 10 18 × 6.24 أن وهذا  ٬ ) تتدفق عبر

. على تلك اإللكترونات والفولطية تدل على مقدار الضغط الواقع

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 6 ­ 

 الدوائر الكهربائية

 الكهرباء  إلنتاج  خلية شمسية  أو  وقود  خلية  أو  بطارية  كنت تستخدم  ٬ سواء

 : تبقى ثالثة أمور تشكل القاسم المشترك بينها جميعًا

 . سالب وموجب : قطبان لطاقة لمصدر ا ­

 م ­  الكهرباء ص يحتاج  بطارية ( در  أم  مولدًا  كان  على ) سواء  اإلكترونات  لحفز

 تحتاج : ثال على سبيل الم ٬ خارج القطب السالب وعند فولطية معينة الحركة

 . فولت 1.5 تحريك اإللكترونات عند ى البطارية العادية إل

 السال ­  القطب  من  للتدفق  اإللكترونات  الموجب تحتاج  إلى  سلك ب  عبر

 فعندئذ مسار يربط بين القطبين وعندما يكون هناك ٬ نحاسي أو أي موصل آخر

 الكهربائية  بالدائرة  يسمى  ما  على  أن ٬ نحصل  لإللكترونات  عبر ويمكن  تمر

 . السلك

 الد ­  في منتصف  حتى تلفاز  أو  محرك  أو  مصباح  وضع  ليعمل بمقدروك  ائرة

 . يلها مصدر الكهرباء على تشغ

 من ذلك  تعقيدًا  الكهربائية أكثر  ولكن على المستوى ٬ يمكن أن تكون الدوائر

 وسلكان ..) إلخ ­ محرك ­ مصباح ( مصدر كهرباء دائم وحمل كهربائي البسيط لديك

 . لنقل الكهرباء بين البطارية والحمل

 ففي المصابيح ٬ الطاقة مع انتقالها من مكان آلخر اإللكترونات المتحركة تحمل

كما ُيعتمد على ٬ ستعمل الطاقة لتوليد الحرارة الالزمة إلضاءة المصباح ُت مثًال

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 7 ­ 

 لتوليد الحقول المغناطيسية التي ي المحركات الكهرب طاقة اإللكترونات ف  ائية

 األخرى  المغناطيسات  مع  والتنافر ( تتفاعل  جهاز ٬ ) بالتجاذب  كل  ويعتمد

 . كهربائي على طاقة األلكترونات وبصور مختلفة لإلستفادة منها بشكل مثمر

 الوات والكيلووات

 بالكهرباء تصور  مدفأة  أوصلت  تتخيل ٬ أنك  أن  ا ولك  من لكهرب التيار  المار  ائي

 وهذا معناه أن المدفأة تعمل على كهرباء ٬ ) أمبير مثًال 10 ( س الحائط إليها مقب

 : وات 1200 ا قوته

 الوات = األمبير × الفولت

 . وات 1200 = أمبير 10 × فولت 120 : لذا

 على  ينطبق  الشئ  كهربائي ونفس  جهاز  خبز ٬ أي  محمص  أوصلت  فإن

 وات وإن أضأت مصباحًا بكهرباء قوتها أمبير 600 أمبير فإنه يستهلك 5 بمقبس

 . وات 60 واحد فمعدل استهالكه

 معدل  قياس  عداد  على  نظرة  لتلقي  وذهبت  المدفأة  شغلت  أنك  لنقل

 إصدار ­ اإلستهالك  إلى  لُيصار  اإلستهالك  مقدار  حساب  العداد  من  الهدف

 والنتيجة ٬ ر ونفترض أنه ما من جهاز آخر متصل بالتيا ­ بناء على قراءته الفاتورة

 . أن العداد ال يحتسب سوى الكهرباء التي تستهلكها المدفأة

 قوتها المدفأة تعمل  كهرباء  يعادل 1200 على  ما  أو  ٬ كيلووات 1.2 وات

 لمدة لنفترض أن المد ٬ وات 1000 والكيلووات يساوي  بالتيار  فأة ظلت متصلة

 . كيلووات في الساعة 1.2 هو فمعدل اإلستهالك ٬ ساعة

 أضأت  لمدة 100 مصباح وإن  فسيستهلك 10 وات  في 1 ساعات  كيلووات

 ). كيلووات في الساعة 1 = ساعات 10 × وات 100 ( الساعة

 أيام 20000 وإن شغلت مدفأة ذات  في وات 100 فستستهلك وات لخمسة

 وهذا هو سبب ٬ ) كيلووات في الساعة 100 = ساعات 5 × كيلووات 20 ( اليوم

. ي الشتاء ارتفاع قيمة فواتير الكهرباء ف

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 8 ­ 

 األوم

 وهي الفولطية  يخص الكهرباء  مفردات فيما  أهم ثالثة  سابقًا  وتقاس ( عرفنا

 ). قاس باألوم ُت و ( والمقاومة ) وُيقاس باألمبير ( والتيار ) بالفولت

 الكهربائية  مع المقاومة  لمقارنتها  اللجوء  يمكننا  الماء؟  مثال مضخة  هل تذكر

 توضيحها  الما ٬ لغاية  ضغط  تشبه  يشبه ء فالفولطية  أما والتيار  التدفق  معدل

 . حجم األنبوب المقاومة فتشبه

 وهي تقول أن ٬ هنالك معادلة أساسية تحدد العالقة بين هذه المفردات الثالثة

 . التيار يساوي الفولطية مقسومًا على المقاومة

 الضغط  مكيف  ماء  به  خزانًا  لديك  أن  لري لنقل  تستعمله  بخرطوم  متصل

 سيخرج المزيد من الماء من ذا ازداد الضغط في الخزان؟ ماذا يحدث إ ٬ الحديقة

 زيادة تؤدي زيادة الفولطية إلى : والشئ ذاته يحدث للتيار الكهربائي ٬ الخرطوم

 . في التيار

 فهذا يدفع بالمزيد ت قد ازداد وجميع تجهيزات الخزان قطر الخرطوم بافتراض أن

 ائية والتي تزيد بدورها من ماثل تقليص المقاومة الكهرب وهذا ي ٬ من الماء خارجًا

 . مرور التيار

 مضئ يمكنك مالحظ عندم  إلى مصباح  تنظر  الم ا  مع  المناظرة  هذه  من ة  اء

 الفيزيائية  بالغ ٬ الناحية  سلك  سوى  هي  ما  الكهربائي  المصباح  فشعيرة

 ويمكنك حساب مقاومة السلك ٬ تدفق اإللكترونات يعمل على مقاومة النحافة

 . بواسطة معادلة المقاومة

 مصباح  فولطية  بالكهرباء 120 تبلغ  توصيله  تم  ُتحسب ٬ فولت 120 وات  لذا

 : المقاومة عن طريق إعادة ترتيب المعادلة كالتالي

 األمبير / الفولطية = المقاومة

 تبلغ  فالمقاومة  مصباح ٬ أوم 120 إذن  لدينا  240 وات فالمقاومة 60 وإن كان

. أوم

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 9 ­ 

 التيار المتناوب و التيار المباشر

 يمكن أن نسميه بالتيار تعطي ال  الشمسية ما  الوقود والخاليا  بطاريات وخاليا

 الموجب  البطارية  قطبا  يكون  حيث  بهذا على والسالب المباشر  التوالي

 . بين القطبين ويمر التيار في اإلتجاه ذاته ٬ الترتيب بشكل دائم

 المتناوب حيث تسمى الطاقة القادمة من مصدر ا  ينعكس اتجاه لطاقة بالتيار

 . مرة في الثانية 50 أو 60 ) أو يتناوب ( لتيار ا

 ة الكهربائية بأكملها بك سهولة تغيير فولطية الش مزايا التيار المتناوب أحد أكبر

 جه  يدعى باستخدام  بواسطته " المحول " از  الكهرباء  شركات  توفير تستطيع

 عاٍل  جهد  ذات  فولطية  اعتماد  طريق  عن  طائلة  إلى مبالغ  الكهرباء  لتوصيل

 . بعيدة مسافات

 وأحد وسائل نقل ٬ ة قادر على توليد مليون وات لنفترض أن لدينا مصدرًا للطاق

 هنالك طريقة أخرى وهي تمرير ٬ فولت 1 الكهرباء هي تمرير مليون أمبير عند

 أمبير أكثر من مجرد سلك نحيف 1 وال يتطلب إرسال ٬ عند مليون فولت أمبير 1

 . لزم سلك أكبر قطرًا إلرسال مليون أمبير بينما ي ٬ بفعل الحرارة وال تضيع الطاقة

 لذلك تعمد شركات الكهرباء إلى تحويل التيار المتناوب إلى تيار عالي الفولطية

 فولت (  تخفيض الفو ث ) مليون  التوزيع م  لغاية  تصل ) فولت 1000 ( لطية  وأخيرًا

 . فولت 120 الكهرباء للمنازل بقوة

 التأريض

 لذلك غالبًا ما تقرأ على المولدات الكهربائية ٬ الكهرباء والتأريض اثنان ال يفترقان

 " عبارة  اإلستخدام :  قبل  باألرض  توصيله  من  األجهزة ٬ " تأكد  على  تجد  كما

 ". ال تستخدم قبل التأريض : " الكهربائية عبارة

 الكه  شركات  أن  للتيار تبين  كموصل  األرض  تستخدم  ال رباء  في  حقيقة ألنها

 وكبير جدًا وتم  وتعني كلمة ٬ ًا يتيح عودة اإللكترونات لك مسار موصل جيد جدًا

. سواء كانت ترابًا أم صخورًا جميع اليابسة التي تحيط بك " األرض "

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 10 ­ 

 يمكنك رؤية سلك مشار فمثًال ٬ يتصل نظام توزيع الكهرباء باألرض على الدوام

 : في الصورة السفلية " سلك التأريض " إليه ب

 العاري  السلك  التالية  الصورة  في  الكهرباء وتجد  عمود  جانب  على  الممتد

. والذي يتصل باألرض مباشرة

Science Education Project   مشروع تعليم العلوم

­ 11 ­ 

 وإن اتيحت لك الفرصة لرؤية عمال كهرباء وهم ٬ كهذا لكل عمود كهرباء سلك

 أن نهاية السلك العاري موجودة في ملف على قاعدة فسترى ينصبون عمودًا

 مباشر ٬ العمود  اتصال  على  الملف  العمود وهذا  نصب  لحظة  من  باألرض

 طويل هناك قضيب نحاسي و . أمتار تحت األرض 3 إلى 1.8 عمق ومدفون على

 وتتصل جميع عداد الكهرباء في منزلك األرض بالقرب من مدفون تحت ) متران (

. المقابس والمآخذ بهذا القضيب