لم يرى الإنسان البدائي الشحنات لكنه أحس بها من الظواهر المختلفة كالبرق، والاحتكاك، التأين وغيرها.
فالكهرباء تنجم عن انتقال الشحنات لذلك تم الاصطلاح على تسمية الظواهر التي تنجم عنها شحنات لحظية بالكهرباء الساكنة بينما أعطي مصطلح كمية الكهرباء للدلالة على الشحنات التي تأخذ وقتا أطول قبل زوال تأثيرها.
عند فرك أسنان المشط بشعر الرأس وتقريبها من قصاصات ورق نلاحظ انجذاب هذه الأوراق نحو أسنان المشط. ليس مهماً أن تعرف إن كانت هذه الشحنات موجبة أم سالبة ولكن طالما وجدت شحنات في مادة أكثر من الأخرى فسوف يظهر هذا الفرق بشكل قوى جذب بين المادتين. إذا كانت قوى الجذب كافية بحيث تتلاصق المادتان فسوف تنتقل بعض من الشحنات من سطح المادة ذات الشحنة الأكثر إلى سطح المادة ذات الشحنة الأقل وتسمى هذه العملية تفريغ الشحنات أو بالأحرى معادلة الشحنة. تستمر عملية تعادل الشحنات لفترة زمنية تضعف بعضها قوى الجذب بين المادتين بسبب اضمحلال فرق الشحنة بينهما وبالتالي ستلاحظ أن قصاصة الأوراق تتساقط مرة أخرى من أسنان المشط ولا يستطيع المشط جذبها مرة أخرى ما لم تعاد عملية الفرك.
الموصل
مواد قادرة على توصيل التيار الكهربائي لأنها التي تحتوي على الكترونات حرة تساعد في انتقال الشحنة الكهربائية خلالها مثل الالمنيوم والحديد والنحاس.. تختلف الموصلات في جودة توصيلها ويمكن القول أن جميع المعادن تعتبر مواد موصلة للكهرباء.
العازل
هي المواد لا توصل الكهرباء لأنها لا تحتوي على الكترونات حرة قادرة على الانتقال ؛ لهذا السبب فهي تغطي الأسلاك الكهربائية لحمايتنا من مخاطر الكهرباء.
صادر ذات قدرات صغيرة منها :
1. المولدات الصغيرة.
2. البطاريات الجافة والسائلة.
3. خلايا الطاقة الشمسية.
مصادر ذات قدرات متوسطة وكبيرة
6. محطات التوليد المائية (الهيدروليكية): وتستخم الطاقة الكامنة في مجرى مائي قوي كالشلال أو في السدود لتشغيل التوربين.
7. محطات التوليد الحرارية (ثيرمال): وتستخدم البخار (الحرارة) لتشغيل التوربين، يسخن الماء لتوليد البخار بأنواع مختلفة من الوقود مثل الفحم أو الغاز أو النفط أو الطاقة النووية أو الطاقة الشمسية.
8. محطات التوليد على الرياح: وتستخدم ما يشبه الطواحين لاستخدام الطاقة الكامنة في الرياح لتشغيل التيربين.وتعتبر من أكثر مصادر الطاقة المتجددة استخداما بعد الطاقة المائية.
90% من محطات توليد الطاقة في العالم حرارية، و70% منها تستخدم الوقود الأحفوري (الفحم، النفط، الغاز أو ما اشتق منها).
الطاقة النووية هي الطاقة التي تنطلق أثناء انشطار أو اندماج الأنوية الذرية. تشكل الطاقة النووية 20% من الطاقة المولدة بالعالم. العلماء ينظرون إلى الطاقة النووية كمصدر حقيقي لا ينضب للطاقة. وما يثير الشكوك حول مستقبل الطاقة النووية هو التكاليف النسبية، والمخاوف العامة المتعلقة بالسلامة، وصعوبة التخلص الآمن من المخلفات عالية الإشعاع.
اندماج نووي
الإشعاع النووي إن لم يكن قاتلا فهو يتسبب في عاهات وتشوهات وإعاقات تصعب معالجتها. وتنتج من تأثير الإشعاع النووي على مكونات الخلايا الحية نتيجة تفاعلات لا علاقة لها بالتفاعلات الطبيعية في الخلية. وحجم الجرعة المؤثرة يختلف حسب نوعية الكائنات فهناك حشرات تموت عندما تمتص أجسامها طاقة نووية تصل فقط 20 وحدة جْرَايْ (جول لكل كيلو جرام من الجسم المعرض للإشعاع النووي Gray = J/kg)، وحشرات لا تموت إلا عندما تصل الجرعة إلى حوالي 3000 جرَايْ ( ضعف الجرعة السابقة 150 مرة). تأثر الثدييات يبدأ عند جرعة لا تزيد عن 2 جْراي، والفيروسات تتحمل جرعة تصل 200 جراي أي ضعف الجرعة المؤثرة على الثدييات 100 مرة.
وكمية النفايات المشعة نتيجة الانشطار النووي بمحطات إنتاج الكهرباء بالمفاعلات النووية محدودة مقارنة بكمية النفايات بالمحطات الحرارية التي تعمل بالطاقة الأحفورية كالنفط أو الفحم . فالنفايات النووية تصل 3 ميليجرام لكل كيلو واط ساعة (3 mg/kWh) مقابل حوالي 700 جرام ثاني أكسيد الكربون لكل كيلو واط ساعة بالمحطات الحرارية العادية لكن هذه الكمية الصغيرة جدا من الإشعاع النووي قد تكون قاتلة أو قد تتسبب في عاهات وتشوهات لا علاج لها. وقد تستمر فاعلية الإشعاعات لقرون بل لآلاف السنين حتى يخمد هذا الإشعاع أو يصل إلى مستوى يعادل الإشعاع الطبيعي. لهذا يحاول العلماء توليد الطاقة النووية عن طريق الاندماج النووي بدلا من الانشطار النووي الذي فيه ذرات اليورانيوم تنشطر وتعطي بروتونات ونيوترونات وجسيمات دقيقة من الطاقة التي تولد الكهرباء. ومشكلة توليد الكهرباء من المفاعلات النووية تتمثل في النفايات المشعة التي تسفر عن العملية. وهذه النفايات ضارة بالبشر وهذا ما جعل العلماء يسعون للحصول علي الطاقة عن طربق تقنبة الاندماج النووي التي تجري حاليا في الشمس والتي تسفر عن نفايات مشعة قليلة.
الإشعاع النووي إن لم يكن قاتلا فهو يتسبب في عاهات وتشوهات وإعاقات تصعب معالجتها. وتنتج من تأثير الإشعاع النووي على مكونات الخلايا الحية نتيجة تفاعلات لا علاقة لها بالتفاعلات الطبيعية في الخلية. وحجم الجرعة المؤثرة يختلف حسب نوعية الكائنات فهناك حشرات تموت عندما تمتص أجسامها طاقة نووية تصل فقط 20 وحدة جْرَايْ (جول لكل كيلو جرام من الجسم المعرض للإشعاع النووي Gray = J/kg)، وحشرات لا تموت إلا عندما تصل الجرعة إلى حوالي 3000 جرَايْ ( ضعف الجرعة السابقة 150 مرة). تأثر الثدييات يبدأ عند جرعة لا تزيد عن 2 جْراي، والفيروسات تتحمل جرعة تصل 200 جراي أي ضعف الجرعة المؤثرة على الثدييات 100 مرة.
وكمية النفايات المشعة نتيجة الانشطار النووي بمحطات إنتاج الكهرباء بالمفاعلات النووية محدودة مقارنة بكمية النفايات بالمحطات الحرارية التي تعمل بالطاقة الأحفورية كالنفط أو الفحم . فالنفايات النووية تصل 3 ميليجرام لكل كيلو واط ساعة (3 mg/kWh) مقابل حوالي 700 جرام ثاني أكسيد الكربون لكل كيلو واط ساعة بالمحطات الحرارية العادية لكن هذه الكمية الصغيرة جدا من الإشعاع النووي قد تكون قاتلة أو قد تتسبب في عاهات وتشوهات لا علاج لها. وقد تستمر فاعلية الإشعاعات لقرون بل لآلاف السنين حتى يخمد هذا الإشعاع أو يصل إلى مستوى يعادل الإشعاع الطبيعي. لهذا يحاول العلماء توليد الطاقة النووية عن طريق الاندماج النووي بدلا من الانشطار النووي الذي فيه ذرات اليورانيوم تنشطر وتعطي بروتونات ونيوترونات وجسيمات دقيقة من الطاقة التي تولد الكهرباء. ومشكلة توليد الكهرباء من المفاعلات النووية تتمثل في النفايات المشعة التي تسفر عن العملية. وهذه النفايات ضارة بالبشر وهذا ما جعل العلماء يسعون للحصول علي الطاقة عن طربق تقنبة الاندماج النووي التي تجري حاليا في الشمس والتي تسفر عن نفايات مشعة قليلة.
محطات الطاقة النووية
تعتبر محطات التوليد النووية نوعا من محطات التوليد الحرارية البخارية، حبث تقوم بتوليد البخار بالحرارة التي تتولد في فرن المفاعل. الفرق في محطات الطاقة النووية أنه بدل الفرن الذي يحترق فيه الوقود يوجد الفرن الذري الذي يحتاج إلى جدار عازل وواق من الإشعاع الذري وهو يتكون من طبقة من الآجر الناري وطبقة من المياه وطبقة من الحديد الصلب ثم طبقة من الأسمنت تصل إلى سمك مترين وذلك لحماية العاملين في المحطة والبيئة المحيطة من التلوث بالإشعاعات الذرية.
الضوء هو إشعاع كهرومغناطيسي ذو طول موجي، يمكن العين البشرية أن تراه إذا وقعت طول موجته بين نحو 750 نانومتر (الضوء الأحمر) و370 نانومتر (الضوء البنفسجي)، والعين تستطيع رؤية الأجسام غير الشفافة من خلال انعكاس الضوء عليها.
انكسار الضوء
الضوء هو موجة عرضية كهرومغناطيسية. ويعد الانعكاس وانكسار الضوء وانحرافه، والتضارب أهم ظاهرة يتم ملاحظتها عن طريق الموجات. وتتحرك الموجة الميكانيكية المتكررة التي تعتبر بمثابة اضطراب أو تشويش متكرر من خلال موجة متوسطة. وتتحرك الموجة المتوسطة في أي مكان. كما تتقلب الذرات الفردية والجزيئات في موضعهم المتوازن، حيث لم يتغير موضعهم المتوسط. كما تنقل هذه الذرات الفردية والجزيئات بعض من طاقتهم لجيرانهم عند التفاعل معهم. وفي المقابل تنقل الذرات المجاورة طاقتها للذرات الاخري التي تجاورهم أسفل الخط.وبذلك يتم نقل الطاقة بهذه الطريقة من خلال الموجات المتوسطة، دون نقل أي مواد أخرى. وبالتالي، تعتبر كل نقطة علي واجهة الموجة هي مصدر النقاط التي تعمل علي إنتاج موجات جديدة. وفي الثلاث أبعاد، تعتبر هذه الموجات الجديدة موجات كروية حيث تسمي (بالمويجات) التي تنتشر نحو الخارج بسرعة الموجات الموجودة في محيط الموجات المتوسطة. كما تنبعث المويجات عن طريق النقاط الموجودة علي واجهة الموجة حيث تتداخل مع كل مويجة (تصغير موجة) لتنتج الموجة المهاجرة أو المغادرة. وتسمي هذه القاعدة (بقاعدة هيجيين). وتقوم هذه القاعدة بالتحكم في الموجات الكهرومغناطيسية. وعندما نتعرض لدراسة انتشار الضوء، فإننا نحل أي واجهة موجيهة محل مزيج من المصادر التي تم اضطرابها اعلي الواجهة الموحية، حيث يشع الضوء في هذه المرحلة نقطة علي صدر الموجة واجهة الموجة الأصلية واجهة الموجة الجديدة. وتمثل واجهة الموجة الموجودة علي الناحية الأخرى من الفتحة صدر الموجة الموضح بالأسفل، وذلك عندما يمر الضوء من خلال الفتحة الصغيرة، حيث يتماثل حجم الفتحة مع طول الموجة الضوئية. وينتشر الضوء علي حدود الحائل أو العارض. ويعتبر هذا العارض هو ظاهرة انحراف الضوء.
التداخل
هوتهاجر موجتان أو أكثر في محيط الموجة المتوسطة بصورة مستقلة، كما تمر الموجات بعضهم من بعض. ونلاحظ اضطراب بسيط في بعض المناطق حيث تتداخل الموجات مع بعضها. وعندما تتداخل موجتان أو أكثر بعضها مع بعض، فان الإزاحة الناتجة تعد متساوية مع عمليات العزل الفردية. فإذا تداخلت الموجتان مع بعضهم لبعض بمقدار سعات متساوية, بمعني أن، إذا واجهت قمة الموجة اعلي القمة وإذا قابل جوف الموجة جوف الموجة الأخر, فإننا سنلاحظ علي التو الموجة الناتجة عن هذا التداخل بمقدار سعتين. كما أنة لدينا تداخل استدلالي.وإذا كانت الموجتان المتدخلتان خارج المرحلة بشكل كامل، بمعني أنة، إذا واجهت قمة الموجة جوفها، فان الموجتان سيقومان بإلغاء كل موجة تعتبر خارج المرحلة بشكل كلي. ولذلك فإننا لدينا تداخل مدمر ومهلك.
الفتحة المزدوجة
وإذا كان الضوء ساقطا علي العارض الذي يشتمل علي فتحتان صغيرتان جدا، فان المويجات الصادرة من كل فتحة ستقوم بالتداخل وراء الحائل. كما أنة إذا سمحنا بسقوط الضوء علي الشاشة التي تقع وراء العارض، فإننا سنلاحظ نوعا من الخطوط اللامعة وأيضا المظلمة. كما يعرف هذا النوع من الخطوط اللامعة والمظلمة بالنمط الهامشي. بينما تشير الخطوط اللامعة والساطعة للتداخل البناء والاستدلالي، فان الخطوط المظلمة والداكنة تشير إلي التضارب المدمر والهدام. الشكل(فتحات – شاقة)
الفتحة الفردية
وعندما يمر الضوء من خلال الفتحة الفردية الذي يبلغ عرضها بنفس طول الموجة الضوئية، فإننا سنلاحظ انحراف ضوئي في الفتحة الفردية التي يمر الضوء من خلالها. وتخبرنا قاعدة (هيجيين) بأننا من الممكن أن نعتبر كل جزء من الفتحة هو فتحة يصدر منها الموجات. وتتداخل هذه الموجات بعضها مع بعض لإنتاج نموذج من انحراف الضوء أو انكساره. وربما يحدث تضارب مدمر عندما يغادر الضوء الفتحة في اتجاه معين، ويحدث هذا التضارب بين الأشعة اعلي حافة الفتحة (شعاع رقم 1), وبين الأشعة الوسطى(الأشعة رقم 5). وإذا تضارب هذان الشعاعان بشكل مدمر، فتتداخل أيضا الأشعة الثانية والسادسة، والثالثة، والسابعة، والرابعة، والثامنة مع بعض. وعلاوة على ذلك، فان الضوء الصادر من وسط الفتحة يتضارب بعضه مع بعض بشكل مدمر، ويقوم بإلغاء الضوء المنبثق من النصف الأخر من الفتحة. ويتوسط الشعاع الأول والخامس طول الموجة خارج المرحلة وذلك إذا كان ينبغي أن يغادر الشعاع الخامس بدلا من الشعاع الأول نصف طول الموجة
كما نحتاج لتضارب مدمر لإنتاج أول هامش مظلم. وبالإضافة إلي ذلك يتم إنتاج الهوامش المظلمة الاخري في نوعا من الانحراف أو الانكسار الضوئي وذلك عن طريق الفتحة الفردية حيث توجد تلك الهوامش المظلمة علي زوايا θ
وإذا تم عرض نوع التدخل والتضارب علي شاشة ذات مسافة (L) من هذه الفتحات، فأنة من الممكن إيجاد طول الموجة من خلال مسافات الهوامش المظلمة.
