Editor in Chief: Ismael  Alwaely

Editorial secretary: Samer  Al-Saedi

Journalist: Makram   Salih

Journalist: Saif  Alwaely

Journalist: Ibnyan   Azeezalqassab

Editor: Aboalhassan   Alwaely

Reporter: Abdulhameed   Alismaeel

مقالات وأبحاث
الاثنين, أيار 1, 2023
الثلاثاء, نيسان 25, 2023
الأربعاء, نيسان 19, 2023
السبت, نيسان 15, 2023
الجمعة, نيسان 1, 2022
الأحد, آذار 13, 2022
الأربعاء, شباط 16, 2022
الثلاثاء, شباط 15, 2022
السبت, حزيران 3, 2017
السبت, أيار 20, 2017
السبت, أيار 13, 2017
الجمعة, أيار 12, 2017
الاثنين, أيار 1, 2017
1
2
3
4
5
6
   
الإلكترون ، ذلك الجسيم المشاغب ، أصل تكنولوجيا الكهرباء
الأحد, تشرين الثاني 13, 2016
ماجد الخفاجي

البرق ، وما يصاحبه من صوت مدوٍ وسطوع يذهب بالأبصار ، أول ما استرعى انتباه الأنسان ، فخافه إلى درجة أن اتخذه إلها ، قبل أن يكتشف ، أن هذا البرق ، ما هو إلا سيل غزير من الإلكترونات متأثرا بفرق جهد هائل لكهرباء مستقرة (إستاتيكية) بن الغيوم ، الإلكترون ذلك الجسيم تحت الذري (Sub Atomic) ، والذي يحمل شحنة سالبة ، بإعتباره جزء من الذرة ، أصل الموجودات المادّية الملموسة ، والذي يدور حول النواة الموجبة لأنه ينجذب اليها ، وكي يتجنب الأصطدام بها فتفنى الذرة ، عليه أن يدور حولها ليولد قوة طرد مركزي (Centrifugal force) كي يكافئ قوة جذب النواة له ، كما الأرض وهي تدور حول الشمس ، وكما القمر ، التابع الوحيد للأرض وهو يدور حولها ، وكأنه ناموس كوني موحّد ، الصغير يدور دوما في فلك الأكبر منه كُتلةً .للإلكترون كتلة ووزن لأنه جسيم مادي ، وهو 1 من أصل 9 وخلفها 28 صفر من الغرام الواحد ! ، لم يكن معروفا لأن نموذج الذرة لم يُكتَشَف بعد ، إكتشفه العالم الأنكليزي (تومسون Thomson) عام 1897 ، وحصل بموجب إكتشافه هذا على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1906 ، فقد لاحظ وجود اشعاع مرئي بين قطبي بطارية بفولتية عالية ، في انبوب مفرّغ من الهواء ، لأن الهواء يعيق حركته ، وكان يتأثر بالمجال الكهربائي ، هذا الشعاع كان عبارة عن تدفق غزير للألكترونات في الفراغ ، وكان هذا حجر الزاوية لأنبوب أشعة الكاثود  (Cathode Ray Tube , CRT) ، والذي أدى الى أختراع انبوب الأشعة السينية (X-Ray) ، وشاشات التلفزيون التقليدية .
والتيار الكهربائي هو تدفق الكتروني يتحرك ضمن السلك في المواد الموصلة ، والتي تحتوي ذراتها على الكترونات من السهل (سلخها) من مداراتها تسمى (الإلكترونات الحُرّة Free Electrons) بفعل فرق الجهد مثل الفلزات عموما ، فكل ذرة تفقد الكترونا ، ستكون غير مستقرة ، وتعود الى حالة الاستقرار اذا إكتسبت إلكترونا ، لهذا فإنها ستستعيره من ذرتها المجاورة دوما وهكذا وكأن هذه الالكترونات كرات (بليارد) صلدة مصفوفة على خط واحد هو المادة الموصلة ، وعند ضرب أول كرة في الصف ، فلا نلاحظ الحركة الأهتزازية على طول هذا الصف ، لكنا نرى الكرة الأخيرة تغادر الصف ، خصوصا وأن الإلكترون يتنافر مع نظيره لأنهما يحملان نفس الشحنة ، وهي ظاهرة مألوفة ، على عكس المواد العازلة التي لا تحتوي على الألكترونات الحُرة لهذا لا يسري التيار بها .
لاحظ (فاراداي Faraday) العظيم في العام 1845 ، إمكانية اثارة هذه الإلكترونات في موصل ما إذا تحرك داخل مجال مغناطيسي والحصول على فولتية (فرق جهد) ، والمعروف بتأثير فاراداي (Faraday Effect) ، أي تحويل الطاقة الميكانيكية الى كهربائية ، وهو المبدأ المعمول به حاليا في المولدات الكهربائية ، كما يمكن الحصول على فرق الجهد هذا من تحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية كما في البطاريات ، أو الضوء الى الطاقة الكهربائية والمعروف بالتأثير الكهروضوئي (Elecrto- Optical Effect)  كما في الخلايا الشمسية .
الواقع أن هذه المصادر لا (تولّد) الإلكترونات على الأطلاق ، لكنها مصادر للطاقة  لأنها تقوم (بتحريك) هذه الإلكترونات بكثافة معينة (التيار) ، مسببة فرقا في الضغط  (فرق الجهد أو الفولتية) ، الأمر يشبه كثيرا وجود مضخة مياه (المصدر) ذات أنبوب شفط (القطب السالب) ، وأنبوب دفع (القطب الموجب) ، تأخذ المياه من خزان ، وتعيدها إليه دون أي فقدان للمياه (الإلكترونات) ، لكننا نستغل فرق ضغط المياة بين أنبوبي الدفع والسحب (فرق الجهد) والذي يجب أن يكون بين نقطتين (الأنبوبين) لأنجاز الشغل أو لبذل الطاقة ، لذلك يجب أن يكون قطر الأنبوب (قطر السلك) ، متناسبا مع كمية تدفق المياه (التيار) ، ويكون معدل تدفق المياه من أو الى المضخة متساويا ، أي أن التيار الكهربائي يكون متساويا عند السلكين (الحار والبارد) ، لهذا يمكننا قياس تيار حمل ما من أي سلك ، الحار أو البارد بواسطة (الكلامبميتر Clamp meter) .
عند ربط حمل ما على طرفي فرق الجهد (المصدر) ، سيؤدي الى الحصول على الطاقة من خلال حصد زخم الألكترون وتحويله الى شكل آخر من الطاقة ، كالحرارة (كما في الهيترات) ، أو الى طاقة ميكانيكية (المحركات الكهربائية) ، أو الى طاقة كيميائية (كما في شحن البطاريات) ، او ضوئية أو أي شكل آخر ، وإن التحكم في حركة الألكترون ومساره ، هو كل ما يمثل التكنولوجيا الحديثة من تطور مذهل في الأتصالات ، ونقل الطاقة الكهربائية ، وكل ما يسمى جهازا إلكترونيا ، فمن خلال إختراع (أشباه الموصلات Semiconductors) ، والتي يمكن جعلها موصل جيد للكهرباء (توصيل) ، أو جعلها عازلة (قطع) من خلال حقن كمية صغيرة من الإلكترونات في بلورة من مادة شبه موصلة كالسليكون ، للتحكم بكميات كبيرة من الألكترونات ، أي بأمكاننا صنع مقاومة كهربائية وتغيير قيمتها بين التوصيل والعزل بأسلوب الكتروني (وليس ميكانينكي كما في المقاومة المتغيرة) ، من هنا كان إختراع (الترانزستور) ويعني إختصارا بالأنكليزية (مقاومة النقل Transfer Resistor) ، وصار بأمكاننا تكبير الأشارات الضعيفة ، وبذلك أزاح الصمامات الإلكترونية الكبيرة الحجم والقليلة الكفاءة والقليلة العمر ، وتحول الترانزستور الى مفتاح (Switch) سريع للغاية بهذه الطريقة ، كان أساس البوابات المنطقية (Logic Gates) للتقنية الرقمية (Digital Techniques) ، وتمكنت تقنيات التصغير من بناء شرائح (Chips) و دوائر متكاملة (Integrated Circuits) ، بملايين الترانزستزرات على شريحة لا تتجاوز مساحتها  1 إنج مربع .
لا يزال علم الفيزياء يقف حائرا أمام هذا الجسيم المراوغ ، فقد أثبتت فيزياء الكم (Quantum Physics) ، أن الإلكترون يمكن أن يختفي في مكان ما ، ليظهر في مكان آخر في نفس اللحظة ! ، أو أنه يتحول الى إلكترونين في بعض المواضع ، وأن له سلوكان ، مادي على شكل كتلة ، وطاقوي على شكل موجة ، كما أن الفيزياء قدمت التأويل تلو التأويل عن مكونات هذا الجسيم ، كان آخرها أن اللبنة الأساسية له هو طاقة صرفة على شكل أوتار (String Theory) ، أي أن المكون الأساسي للمادة ، هو طاقة صرفة ! ، وكأن هذا الإلكترون ، الذي لا تراه أقوى المَجاهر ، يلعب معنا لعبة (الغميضة) ، ويتحدى عقولنا !.

مقالات اخرى للكاتب

 
أضف تعليق
نطلب من زوارنا اظهار الاحترام, والتقيد بالأدب العام والحس السليم في كتابة التعليقات, بعيداً عن التشدد والطائفية, علماً ان تعليقات الزوار ستخضع للتدقيق قبل نشرها, كما نحيطكم علماً بأننا نمتلك كامل الصلاحية لحذف اي تعليق غير لائق.
الاسم :

عنوان التعليق :

البريد الالكتروني :

نص التعليق :

1500 حرف المتبقية
أدخل الرقم من الصورة . اذا لم تستطع القراءة , تستطيع أن تحدث الصورة.
Page Generation: 0.39788
Total : 101