تحقیق مقاله رایگان تاریخچه جریان الکتریسیته

تاریخچه

تاریخ الکتریسیته به 600 سال قبل از میلاد می‌رسد. در داستان های میلتوس (Miletus) می‌خوانیم که یک کهربا در اثر مالش کاه را جذب می‌کند. مغناطیس از موقعی شناخته شد که مشاهده گردید، بعضی از سنگها مثل مگنیتیت ، آهن را می‌ربایند. الکتریسیته و مغناطیس ، در ابتدا جداگانه توسعه پیدا کردند، تا این که در سال 1825 اورستد (Orested) رابطه‌ای بین آنها مشاهده کرد. بدین ترتیب اگر جریانی از سیم بگذرد می‌تواند یک جسم مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بعدها فاراده کشف کرد که الکتریسیته و مغناطیس جدا از هم نیستند و در مبحث الکترومغناطیس قرار می‌گیرد.

مشخصات جریان الکتریکی

از نظر تاریخی نماد جریان I ، از کلمه آلمانی Intensit که به معنی شدت است، گرفته شده است. واحد جریان الکتریکی در دستگاه SI ، آمپر است. به همین علت بعضی اوقات جریان الکتریکی بطور غیر رسمی و به دلیل همانندی با واژه ولتاژ ، آمپراژ خوانده می‌شود. اما مهندسین از این گونه استفاده ناشیانه ، ناراضی هستند.

آیا شدت جریان در نقاط مختلف هادی متفاوت است؟

شدت جریان در هر سطح مقطع از هادی مقدار ثابتی است و بستگی به مساحت مقطع ندارد. مانند این که مقدار آبی که در هر سطح مقطع از لوله عبور می‌کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوی است، حتی اگر سطح مقطعها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می‌شود که بار الکتریکی در هادی حفظ می‌شود. در هیچ نقطه‌ای بار الکتریکی نمی‌تواند روی هم متراکم شود و یا از هادی بیرون ریخته شود. به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برای بار الکتریکی وجود ندارد.

 

سرعت رانش

میدان الکتریکی که بر روی الکترون های هادی اثر می‌کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجاد نمی‌کند. چون الکترونها پیوسته با یونهای هادی برخورد می‌کنند. لذا انرژی حاصل از شتاب الکترونها به انرژی نوسانی شبکه تبدیل می‌شود و الکترونها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) در راستای خلاف جهت میدان الکتریکی بدست می‌آورند.

چگالی جریان الکتریکی

جریان I یک مشخصه برای اجسام رسانا است و مانند جرم ، حجم و ... یک کمیت کلی محسوب می‌شود. در حالی که کمیت ویژه‌ دانستیه یا چگالی جریان j است که یک کمیت برداری است و همواره منسوب به یک نقطه از هادی می‌باشد. در صورتی که جریان الکتریسیته در سطح مقطع یک هادی بطور یکنواخت جاری باشد، چگالی جریان برای تمام نقاط این مقطع برابر j = I/A است. در این رابطه A مساحت سطح مقطع است. بردار j در هر نقطه به طرفی که بار الکتریکی مثبت در آن نقطه حرکت می‌کند، متوجه است و بدین ترتیب یک الکترون در آن نقطه در جهت j حرکت خواهد کرد.

اشکال مختلف جریان الکتریکی

در هادی های فلزی ، مانند سیم ها ، جریان ناشی از عبور الکترون ها است، اما این امر در مورد اکثر هادی های غیر فلزی صادق نیست. جریان الکتریکی در الکترولیتها ، عبور اتمهای باردار شده به صورت الکتریکی (یونها) است، که در هر دو نوع مثبت و منفی وجود دارند. برای مثال، یک پیل الکتروشیمیایی ممکن است با آب نمک (یک محلول از کلرید سدیم) در یک طرف غشا و آب خالص در طرف دیگر ساخته شود. غشا به یونهای مثبت سدیم اجازه عبور می‌دهد، اما به یونهای منفی کلر این اجازه را نمی‌دهد. بنابراین یک جریان خالص ایجاد می‌شود.

جریان الکتریکی در پلاسما عبور الکترون ها ، مانند یون های مثبت و منفی است. در آب یخ زده و در برخی از الکترولیتهای جامد ، عبور پروتونها ، جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند. نمونه‌هایی هم وجود دارد که علیرغم اینکه در آنها ، الکترونها بارهایی هستند که از نظر فیزیکی حرکت می‌کنند، اما تصور جریان مانند 'حفره‌های (نقاطی که برای خنثی شدن از نظر الکتریکی نیاز به یک الکترون دارند) مثبت متحرک ، قابل فهم تر است. این شرایطی است که در یک نیم هادی نوع p وجود دارد.

اندازه گیری جریان الکتریکی

جریان الکتریکی را می‌توان مستقیما توسط یک گالوانومتر اندازه گیری کرد. اما این روش نیاز به قطع مدار دارد که گاهی مشکل است. جریان را می‌توان بدون قطع مدار و توسط اندازه گیری میدان مغناطیسی که جریان تولید می‌کند، محاسبه کرد. ابزارهای مورد نیاز برای این کار شامل سنسور های اثر هال ، کلمپ گیره‌ های جریان و سیم پیچ های روگووسکی است.

الکتریسیته شاخه‌ ای از فیزیک می‌باشد که به مطالعهٔ ویژگی‌های آثار و انتقال بارهای الکتریکی می‌پردازد. الکتریسیته از واژهٔ یونانی الکترون، به معنی کهربا گرفته شده است. نخستین بار، تالس، دانشمند یونانی در نوشته‌های خود خاصیت کهربا را معرفی کرده است. در زمان تالس در طی تحقیقات او مشخص شده بود که هرگاه کهربا را با پارچهٔ پشمی مالش دهند، اجسام سبک مانند کاه را به خود جذب می‌کند.

دو هزار سال پیش، اطلاعات انسان دربارهٔ الکتریسیته به همان خاصیت کهربا محدود می‌شد تا آنکه ویلیام گیلبرت، پزشک انگلیسی با انتشار کتابی با نام درباره مغناطیس به شرح تفاوت میان نیروهای مغناطیسی و نیروهای الکتریکی پرداخت و فصل جدیدی را با انتشار این کتاب در در دنیای الکتریسیته باز نمود.

در سال ۱۶۶۳، اتوفون گوریکه اولین ماشین مولد الکتریسیته را ساخت و ۱۵۰ سال بعد از او شارل دوفی، به وجود دو نوع بار الکتریکی پی برد و بنجامین فرانکلین دو اصطلاح بار مثبت و بار منفی را برای آن‌ها به کار برد.

الساندر ولتا، فیزیکدان ایتالیایی، در سال ۱۷۷۵ الکتروفور را برای انتقال الکتریسیته ساکن ایجاد نمود و در سال ۱۸۰۱ پیل الکتریکی را پس از آن اختراع کرد. با اختراع پیل الکتریکی امکان ایجاد جریان برق فراهم گشت و در نتیجه آن امکان آزمایش‌های گونانی فراهم شد که از حاصل آن می‌توان به کشف اثر مغناطیسی جریان الکتریکی توسط هانس کریستیان ارستد اشاره کرد که بعدها توسط آندره آمپر مورد مطالعه بسیار قرار گرفت.

کمی بعد مایکل فارادی شیمی‌دان و فیزیکدان برجسته انگلیسی، مولد مغناطیسی الکتریسیته را اختراع نمود. در سال ۱۸۸۰ نخستین نیروگاه مولد برق توسط توماس ادیسون در نیویورک، راه اندازی شد و توانست بخشی از شهر نیویورک را روشن کند. نیروگاه برق ادیسون جریان مستقیم تولید می‌کرد، در نتیجه مشکل انتقال جریان وجود داشت، تا آنکه در سال‌های بعد،‌ نیروگاه جریان متناوب به کار افتاد و الکتریسیته اهمیت ویژه‌ای در علم و صنعت پیدا نمود.