برق چیست ؟
برق یا الکتریسیته، مجموعه ای از پدیده های طبیعی است که به وجود جریان الکتریکی وابسته است. همه ما الکتریسته و آثار آن، مثل آذرخش، الکتریستسه ساکن، جریان الکتریکی و … را در اطراف خود حس کرده ایم و هر ماه که نوبت پرداخت قبض برق می شود، فارغ از این که برق چگونه تولید می شود تنها به میزان مصرف برق فکر می کنیم و به دنبال اطلاعات در مورد تاریخچه برق، برق چگونه تولید می شود و اصلا برق چیست، نیستیم. سال 1850، فارادی در رابطه با اهمیت الکتریسیته گفت: ” روزی برای آن مالیات پرداخت خواهید کرد. ” چیزی که امروزه شاهد آن هستیم. زندگی همه ما به وجود برق وابسته شده و تصور جهانی بدون وجود ان امکان پذیر نیست. با تلاش افرادی همچون توماس ادیسون، نیکلا تسلا، الکساندر گراهام بل و … الکتریسیته از یک کنجاوی ذهنی به ابزاری مهم برای زندگی انسان مدرن تبدیل شد. در این پست شما را با تاریخچه برق، روش های تولید آن و تکنولوژی هایی که تحت تاثیر آن متحول شدند، آشنا خواهیم کرد.
تاریخچه برق وتاریخچه اختراع برق
تا سال 1600 میلادی، الکتریسیته یکی از مواردی بود که ذهن انسان را به خود مشغول کرده بود. ویلیام گیلبرت توانست تحقیقات مهمی در رابطه با الکتریسیته و مغناطیس انجام دهد. پس از او افرادی مثل استفن گری و رابرت بویل راه او را ادامه دادند. تحقیقات و پیشرفت ها همچنان ادامه داشتند تا اینکه در اواخر قرن 19 ام میلادی، بزرگترین پیشرفت در زمینه مهندسی برق رخ داد و برق تبدیل به محرکی برای انقلاب صنعتی دوم شد.
شاید مهم ترین اختراع در رابطه با برق، لامپ ها باشند. اختراعی که تا امروز زندگی ما را تحت تاثیر قرار داده است.در ژانویه ۱۸۸۰ میلادی ادیسون تقاضانامه ی دریافت امتیاز اختراع «لامپ روشنایی الکتریکی» را به ادارهٔ اختراعات آمریکا ارائه کرد اما با این درخواست موفق نشد. کارشناسان این سازمان معتقد بودند، طراحی و ساخت لامپ ادیسون بر اساس مطالعات ویلیام سایر صورت گرفته است. در ۱۳ فوریه ۱۸۸۰ میلادی ادیسون موفق به کشف پدیده ای فیزیکی شد که تا امروز نیز با نام او از آن یاد می شود. به عبارتی برای پاسخ به پرسش مخترع برق چه کسی بود همه ادیسون را به عنوان جواب نام می برند.مدتی بعد ادیسون تلاش کرد تا حق امتیاز لامپ برق را در بریتانیا از آن خود کند و بر رقیبش سووان که مستقل از او موفق به اختراع لامپ حرارتی رشته کربنی شده بود، پیروز شود اما پس از یک دعوای حقوقی بی‌حاصل، دو طرف با یکدیگر به توافق رسیدند و در بریتانیا شرکت «ادیسووان» را تأسیس کردند. این شرکت در سال ۱۸۹۲ میلادی بخشی از شرکت بزرگ جنرال الکتریک شد.
ورود برق به ایران
در سال 1284 شمسی یکی از سرمایه داران ایرانی مولدی را خریداری کرد که با زغال سنگ کار می کرد. این مولد بخشی از تهران آن زمان را روشن می کرد. با استناد به برخی منابع، در زمان مظفرالدین شاه یک تاجر روسی، برق را وارد انزلی کرد و نخستین لامپ این شهر را روشن کرد.بنابراین مردم انزلی از جمله نخستین ایرانی هایی بودند که روشنایی برق را تجربه کردند. در آن زمان استفاده از برق فقط به ساعاتی از شب محدود می شد.
در 25 مهرماه سال 1315، موسسه برق تهران به صورت مستقل آغاز به فعالیت کرد. این موسسه زیر نطر شهرداری تهران، مسئولیت تعیین تعرفه برق و نظارت بر اجرای آن، انعقاد قرارداد های فروش جریان برق به کارخانه ها و موسسات و … را بر عهده داشت.
روش های تولید برق
در سراسر جهان، وجود برق یکی از مهم ترین مسائل برای پیشرفت صنایع و حتی زندگی روزمره مردم است. هر نوعی از تولید الکتریسیته، نقاط قوت و ضعف مخصوص به خود را دارد. سال هاست که برق مورد استفاده در جهان از طریق 3 راه اصلی تولید می شود. نیروگاه های سوخت فسیلی، برق آبی و هسته ای.
نیروگاه های سوخت فسیلی برای تولید برق
این نیروگاه ها، از سوخت فسیلی مثل زغال سنگ، نفت و گاز برای تولید بخار جهت به حرکت درآوردن توربین های تولید برق استفاده می کنند. تولید برق در این نیروگاه ها، پروسه زمان بری دارد. از جمله معایب این روش تولید مقدار زیاد کربن دی اکسید است که موجب تغییزات شرایط آب و هوایی کره زمین می شود. همچنین با تولید اکسید های گوگرد موجب بارش باران های اسیدی می شوند. مواد غذایی موجود در خاک بر اثر باران اسیدی بین می رود و خاک در اثر آلودگی به اسید مواد مورد نیاز درختان را از دست می دهد، نظم طبیعت به هم خواهد می خورد و مرگ درختان و گیاهان فرا خواهد رسید. علاوه بر این باران های اسیدی رویه‌های سنگی ساختمان‌ها، پل‌ها، سدها و… را نیز تخریب می کنند و موجب نابودی آن‌ها می شود.
نیروگاه های سوخت فسیلی به مقدار زیادی سوخت نیاز دارند و هزینه زیادی صرف انتقال این سوخت ها به نیروگاه ها می شود.قیمت سوخت های فسیلی در زمان کمبود افزایش می یابد و منجر به ایجاد هزینه های تولید ناپایدار می شود.
نیروگاه های برق آبی
نیروگاه های برق آبی از آب ذخیره شده پشت سد ها استفاده می کنند. این آب روی توربین ها جاری می شود و با به حرکت در آوردن آن ها برق تولید می کند. سپس این آب دوباره به پشت سد باز می گردد و این روند تکرار می شود.
بیشترین مزیت استفاده از نیروگاه ها عدم نیاز به استفاده از سوخت‌ها و در نتیجه حذف هزینه‌های مربوط به تأمین سوخت است. در واقع هزینه انرژی الکتریکی تولیدی در یک نیروگاه برق آبی تقریباً از تغییرات قیمت سوخت‌های فسیلی نظیر نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ در امان است. همچنین عمر متوسط نیروگاه‌های برق آبی در مقایسه با دیگر نیروگاه ها بیشتر است، به‌طوری‌که عمر برخی از این نیروگاه ها که هم‌اکنون در حال استفاده هستند به بیش از 50 سال پیش باز می گردد. هزینه فعالیت این نیروگاه‌ها در حالی که به صورت خودکار کار کنند کم است.
نیروگاه های هسته ای و تولید برق هسته ای
نیروگاه های هسته ای، از گرمای تولید شده توسط همجوشی های هسته ای برای تولید بخار مورد نیاز جهت حرکت توربین ها استفاده می کنند. این نیروگاه ها می توانند ماه بدون وقفه فعالیت کنند و برق مورد نیاز انسان ها را تولید کنند.
سوخت هسته ای سال های سال می تواند در رآکتورها مورد استفاده قرار گیرد. سوخت هایی که طی فرآیندها باقی می مانند، نگهداری می شوند و دوباره به چرخه تولید باز می گردند. باری بازگرداندن به این چرخه، تغییراتی روی آن ها اعمال می شود تا سوخت جدید تولید شود یا کاملا پاک سازی شوند.
مهم ترین مزیت این نیروگاه ها عدم تولید گاز های گلخانه ای است، اما استفاده از سوخت های هسته ای برای تولید برق در مقایسه با سوخت های فسیلی بسیار کمتر است. از آنجا که منابع سوخت فسیلی محدودند و رو به پایان هستند، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر یا سوخت هسته ای انتخاب بسیار مناسب تری است.
تولید برق با انرژی های تجدید پذیر
انرژی های تجدیدپذیر مثل باد، خورشید، امواج دریا و … می توانند بدون تولید هیچ فرآورده خطرناکی، برق مورد نیاز ما را تولید کنند. هزینه برق تولید شده توسط انرژی های تجدید پذیر، بالاتر از روش های دیگر است. این روش برای رقابت با برق تولید شده توسط نیروگاه های سوخت فسیلی یا نیروگاه های برق آبی نیاز به حمایت دولت و یارانه های دولتی دارد تا هزینه تولید کمتر شود.
بسیاری از انرژی های تجدید پذیر، نمی توانند به صورت مداوم برق تولید کنند. برای مثال برق تولید شده توسط توربین های بادی به قدرت باد بستگی دارد. اگر باد خیلی ضعیف یا خیلی قوی باشد هیچ برقی تولید نمی شود. تولید برق توسط صفحات خورشیدی نیز به تابش خورشید بستگی دارد. ابری بودن هوا یا زمان تابش خورشید روی تولید موثر است. این بدان معناست که انرژی های تجدید پذیر باید توسط دیگر روش های تولیدی پشتیبانی شوند. در واقع این روش ها نیازمند یکدیگرند. حتی گاهی استفاده از سوخت فسیلی با وجود تولید گاز های گلخانه ای می تواند کمک خوبی باشد.
جدید ترین و جالب ترین روش های تولید برق
تولید برق با زباله ها
در این روش زباله های خشک به توده های فشرده تبدیل می شوند و مقداری حرارت داده می شوند. با این کار گاز های ترکیبی مانند پروپان از آن ها تولید می شوند. زباله های تر نیز برای تولید گاز اتانول تخمیر می شوند. سپس اتانول و گازهای ترکیبی برای تولید سوخت مورد نیاز ژنراتور با یکدیگر ترکیب می شوند. زباله هایی که در این پایگاه ها برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند، فقط 1/30 از زباله های تولید شده است.
تولید برق با فوتبال
تصور کنید که می توانید از برق تولید شده در یک بازی فوتبال برای روشن کردن لامپ اتاق خود استفاده کنید. یکی از دانشجویان دوره کارشناسی هاروارد به دنبال راهی برای استفاده از محبوبترین بازی دنیا، فوتبال می گشت. او می خواست با این کار زندگی مردمان کشورهای در حال توسعه را بهبود ببخشد. با نیم ساعت بازی فوتبال می تواند 3 ساعت یک لامپ LED را روشن نگه دارد.
ایجاد برق با دوچرخه
یک دوچرخه سوار حرفه ای می تواند تا 400 وات برق را با یک ساعت رکاب زنی تولید کند. این روش حس خوبی نیز به شما می دهد. علاوه براینکه با دوچرخه سواری سلامت خود را حفظ می کنید، می توانید نتیجه آن را نیز با تولید برق مشاهده کنید. هتلی در دانمارک برای تولید برق به هر مهمانی که 15 دقیقه رکاب زنی کند، یک کوپن غذای رایگان می دهد.
تولید برق با دست اندازها
در جنوب غربی انگلستان دست اندازهایی نصب شده اند که با عبور خودرو از روی آن ها، برق تولید می کنند. برق تولید شده از این طریق برای چراغ های راهنمایی و زیرساخت های شهری مورد استفاده قرار می گیرد.
تولید برق با ادرار انسان
تولید برق از ادرار کمی عجیب است اما حقیقت دارد. یک دانشجوی آفریقایی دستگاهی ساخته است که می تواند هیدروژن موجود در ادرار انسان را خارج کند. این دستگاه می تواند به ازای هر لیتر ادرار، 6 ساعت برق تولید کند. این روش برای تولید برق در شرایط اضطراری یا کمبود برق مناسب است. البته نمونه اولیه این دستگاه با مشکلاتی روبرو بود. از جمله اینکه سلول های این دستگاه برای شروع به کار خود به برق نیاز دارند. مشکل دیگر، سوخت اصلی این دستگاه است. هیدروژن گاز فراری است و این موضوع مسئله مهمی در رابطه با این روش است.
تکنولوژی هایی که وجود برق آن ها را متحول کرد
در 100 سال گذشته، تکنولوژی هایی که در آن ها از برق استفاده می شود از دنیای نور به دنیاهای متفاوت تری رسیده است. اختراعات برقی هنوز در زمینه های دارویی، حمل و نقل، ارتباطات، صنعت، تجهیزات خانه، هنر و … در حال پیشرفت اند. مخترعان امروزی به دنبال کاربرد های جذاب تری برای استفاده از برق هستند که برای آیندگان نیز مفید باشد.
حمل و نقل
قطارهای برقی که در اروپا و ژاپن مورد استفاده قرار می گیرند با سرعت 300 کیلومتر بر ساعت حرکت می کنند. تکنولوژی های این زمینه همیشه برای راحت تر و سریعتر شدن سفر ها، پیشرفت کرده اند. فرانسه از سریعترین قطار جهان به نام TGV، استفاده می کند که می تواند با سرعت 515 کیلومتر بر ساعت حرکت کند. این قطار ها روی سیم های هوایی حرکت می کنند. در چند سال اخیر چین روی قطار های maglev سرمایه گذاری کرده است که از طریق میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان برق حرکت می کنند.
خودروهای الکترونیک
سال 1896 در اولین مسابقه وسایل نقلیه موتوری، از 7 خودروی شرکت کننده 2 خودرو برقی بودند. اما در سال 1924 تولید وسایل نقلیه برقی متوقف شد تا اینکه در سال 1960 تحقیقات در این زمینه دوباره آغاز شد. اوایل دهه 80 میلادی تولید وسایل نقلیه برقی در آمریکا آغاز شد. این خودروها مشکلاتی داشتند. مشکل اصلی مسافت محدودی بود که این خودروها می توانستند طی کنند چرا که باتری آن ها نیاز به شارژ داشتند. هزینه تعویض باتری های کهنه با باتری نو نیز نسبتا زیاد بود. اوایل دهه 90، شرکت جنرال موتور اعلام کرد که موفق به ساخت خودروی برقی ای شده است که دیگر این مشکلات را به دنبال ندارد. این خودرو های الکتریکی توسط ژنراتوری که در آن تعبیه شده است، خودبخود شارژ می شود. این خودروها آلودگی صوتی کمتری دارند و آلودگی هوا نیز ایجاد نمی کنند.
کامپیوتر ها
امروزه دستگاه های کامپیوتری در بسیاری از صنایع، ادارات و منازل کاربرد دارند. تا دهه 1970، کامپیوتر ها کمتر استفاده می شدند. امروزه کامپیوتر های بسیار کوچکی که در وسایل خانگی مثل ماشین لباسشویی، سیستم های صوتی، جارو برقی ها و ماکروویو ها مورد استفاده قرار می گیرند.
خانه های ما در آینده، تبدیل به خانه هایی هوشمند خواهند شد. این خانه ها سیگنال های الکتریکی، ویدئویی، تلفنی و … را از طریق کابل هایی به سرعت جابجا می کنند. کامپیوتر ها این امکان را فراهم می کنند تا از راه دور نیز بسیاری از وسایل را کنترل کنیم. برای مثال می توانیم وسایل سرمایشی و گرمایشی یا گاز آشپزخانه را بدون اینکه در خانه باشیم روشن یا خاموش کنیم. وقتی وارد یک اتاق می شویم نور و دمای آن خودبه خود بر اساس برنامه ای که از قبل به آن داده شده تنظیم می شود. همه این پیشرفت ها با وجود برق امکان پذیر خواهد شد.
سلامتی
امروزه در بسیاری از جراحی ها از لیزر استفاده می شود. بسیاری از عمل های چشم با استفاده از لیزر ها انجام می شوند. با کمک لیزر ها نقاطی را می توان جراحی کرد که دسترسی به آن ها با استفاده از تیغ جراحی امکان پذیر نیست. کامپیوتر ها برای تشخیص بیماری ها و ارائه سریع اطلاعات و گزارش ها برای پزشکان و محققان به کار می روند.
