ولتاژ

جریان وقتی ایجاد می شود که الکترون ها از مدار خود حول هسته اتم با فشار خارج می شوند. هر نوع انرژی که الکترون ها را از اتم ها جدا کند می تواند برای تولید جریان به کار رود. باید توجه داشت که انرژی تولید نمی شود بلکه به سادگی از یک شکل به شکل دیگر تبدیل می شود. منبعی که ولتاژ را اعمال می کند، منبع انرژی الکتریکی نیست. بلکه نوعی از انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. شش منبع ولتاژ متداول، اصطکاک، مغناطیس، مواد شیمیایی، نور، حرارت و فشار هستند. اصطکاک، قدیمی ترین روش شناخته شده برای تولید الکتریسیته است. یک میله شیشه ای هنگامی که با تکه ای پشم یا ابریشم مالش داده شود، باردار می گردد. این شبیه باری است که شما می توانید با مالش پاهای خود روی فرش در یک اتاق خشک ایجاد کنید. یک مولد واندوگراف ابزاری است که می تواند با استفاده از این اصول ساده مثل میله شیشه ای کار کند و قادر است که با این روش، چند میلیون ولت اختلاف پتانسیل ایجاد کند.

یک مولد واندوگراف قادر به تولید چندین میلیون ولت است.

مغناطیس امروزه متداولترین روش تولید الکتریسیته است. اگر سیمی درون یک میدان مغناطیسی حرکت کند تا وقتی که میدان و هادی نسبت به هم حرکت داشته باشند، ولتاژ تولید می شود. ابزاری که با استفاده از این روش کار می کند مولد نام دارد. مولد بسته به چگونگی سیم بندی آن می تواند جریان مستقیم یا متناوب تولید کند. وقتی الکترون ها تنها در یک جهت جاری می شوند، جریان حاصله جریان مستقیم ^۲ (DC) نامیده می شود. وقتی الکترون ها ابتدا در یک جهت و سپس در جهت دیگر حرکت می کنند، جریان حاصله جریان متناوب ^۳ (AC) نامیده می شود. مولد ممکن است توسط بخار ناشی از توان هسته ای، زغال سنگ، آب، باد یا موتورهای دیزلی و بنزینی به حرکت درآید. نماد شماتیک یک مولد AC در شکل آمده است.

دومین روش متداول تولید انرژی الکتریکی استفاده از سلول شیمیایی است. سلول شامل دو فلز ناهمجنس، مس و روی، است که درون محلول نمک، اسید یا آلکالاین قرار گرفته اند. فلزات، مس و روی، الکترودها را تشکیل می دهند.

الکترودها با الکترولیت ها (محلول نمک، اسید یا آلکالاین) و مدار ارتباط برقرار می کنند. الکترولیت، الکترون های آزاد را از الکترود مس می کشد و الکترود را دارای بار مثبت می کند. الکترود روی، الکترون های آزاد در الکترولیت را جذب می کند و دارای بار منفی می شود. چندین سلول به همین روش با اتصال به هم می توانند باتری را تشکیل دهند. شکل زیر نماد شماتیک برای یک سلول و یک باتری را نشان می دهد. انواع بسیاری از سلول ها و باتری ها امروز مورد استفاده قرار می گیرند.

انرژی نورانی را می توان با تابش نور به ماده حساس به نور در یک سلول ولتاژی نور (سلول نوری) مستقیماً به انرژی اتمی تبدیل کرد.

یک تک سلول ولتاژ بسیار کمی تولید می کند. نماد شماتیک برای یک سلول خورشیدی را نشان می دهد. سلول های زیادی باید به هم وصل شوند تا جریان و ولتاژ مورد نظر را تأمین کنند. سلول های خورشیدی به صورت اولیه در ماهواره ها و دوربینها مورد استفاده قرار می گیرند. هزینه بالای ساخت آنها کاربرد آنها را محدود کرده است. ولی با این وجود هزینه های مربوط به ساخت این سلول ها رو به کاهش است.

گرما نیز می تواند توسط ابزاری به نام ترموکوپل مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می شود. نماد شماتیک یک ترموکوپل در شکل زیر نشان داده شده است. ترموکوپل شامل دو سیم فلزی غیر همجنس است که با یکدیگر تابیده شده اند. یک سیم مسی است و سیم دیگر روی یا آهن است. وقتی گرما به محل اتصال تابیدگی اعمال می گردد، سیم مسی الکترون آزاد ساطع می کند که به سیم دیگر منتقل می شود. لذا سیم مسی دارای بار مثبت و سیم دیگر دارای بار منفی می شود و ولتاژ کوچکی حاصل می گردد. مقدار ولتاژ مستقیماً متناسب با گرمای اعمالی است. یک کاربرد ترموکوپل ها در حرارت سنجی است. این ابزارها با نام آلت سنجش گرمای زیاد در کوره های حرارت بالا و ذوب فلز نیز استفاده می شوند.

وقتی فشار به مواد کریستالی خاصی مثل کوارتز، تورماسین، نمکهای Rochelle یا تیتانات باریم اعمال می شود، ولتاژ کوچکی حاصل می گردد. این پدیده، اثر پیزو الکتریک نام دارد. در ابتدا بارهای مثبت و منفی به صورت تصادفی در یک قطعه ماده کریستالی توزیع می گردند و بار اضافی اندازه گیری نمی شود. ولی با اعمال فشار، الکترون ها از یک سمت ماده حرکت کرده و در سمت دیگر تجمع می کنند. تا وقتی فشار وجود داردبار تولید می شود. با حذف فشار، مجدداً بار توزیع شده و بار اضافی وجود نخواهد داشت. ولتاژ تولید شده به این روش، کوچک است و برای قابل استفاده بودن باید تقویت شود. از اثر پیزو الکتریک در میکروفن های کریستالی، پیکاپ گرامافون (کارتریج های کریستالی)، و نوسان سازهای بسیار دقیق استفاده می شود.

توجه کنید که وقتی ولتاژ به این روشها تولید می شود، عمل عکس آن هم اتفاق می افتد یعنی می توان از ولتاژ برای تولید مغناطیس، واکنش شیمیایی، نور، حرارت و فشار استفاده کرد. مغناطیس در موتورها، بلندگوها، پیچه ها و رله ها وجود دارد. فعالیتهای شیمیایی می توانند از طریق الکترولیز و آبکاری انجام گیرد. نور توسط لامپهای حباب دار و ابزارهای نوری دیگر تولید می شود. گرما با المنت های حرارتی در کوره ها، اجاقها و دستگاههای هویه به وجود می آید. ولتاژ می تواند برای خم کردن یا تاباندن یک کریستال استفاده شود.

SOURCE ^[9]