ما هي الكهرباء؟
ما هي الكهرباء ؟ هنا ننظر إلى الذرات ، والجسيمات الذرية الفرعية ، والإلكترونات ، والتيار بالأمبير ، والجهد الكهربائي بالفولت ، والسلسلة الكهروكيميائية ، ولماذا تتآكل المعادن وكيف يمكننا منع التآكل .
مقدمة في الكهرباء
فقط لتذكيرك بحقيقة مثيرة للاهتمام - تأخذ كلمة كهرباء اسمها من الكلمة اللاتينية "إلكتروم" والتي تأتي بدورها من الكلمة اليونانية "إلكترون" والتي تعني بالطبع "العنبر".
نعم العنبر. وجد الإغريق القدماء أنك إذا قمت بفرك الكهرمان بشيء فروي فإنه يجذب أشياء صغيرة.
إذا ماذا يجري هنا؟
الذرات
كما نعلم جميعًا ، كل شيء يتكون من "ذرات" والذرات صغيرة جدًا. ستحتاج إلى عدسة مكبرة كبيرة جدًا لرؤية واحدة. كل شيء حولنا (بما في ذلك أنفسنا) يتكون من ذرات. لا يوجد سوى 118 نوعًا معروفًا من الذرات التي تشكل كل ما نعرفه. هذه هي "العناصر" التي تتحد بطرق مختلفة لتشكيل "الجزيئات". نعلم جميعًا أن جزيئات الماء تتشكل من خلال الجمع بين ذرتين من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين.
الجسيمات دون الذرية
كان يعتقد أن الذرات هي أصغر الجسيمات في الكون ولكن ليس كذلك. كلما نظر الفيزيائيون أكثر كلما وجدوا جسيمات أصغر وأصغر. تتكون الذرات من جسيمات أصغر ، واحدة كبيرة ، "النواة" مع جسيمات أصغر بما في ذلك "البروتونات" و "الإلكترونات" التي تدور حولها.
تحمل الإلكترونات شحنة كهربائية سالبة
الآن نصل إلى الجزء المثير للاهتمام. لكل من البروتونات شحنة كهربائية موجبة بينما للإلكترونات شحنة كهربائية سالبة. النواة ليس لها شحنة على الإطلاق. الآن إذا جمعنا البروتونات الكهرباء الموجبة وأزلنا إجمالي الكهرباء السالبة للإلكترونات ، نجد أن الذرة بها "صافي شحنة كهربائية". تحتوي الأنواع المختلفة من الذرات على أعداد مختلفة من البروتونات والإلكترونات ، وبالتالي يكون لكل منها صافي شحنة كهربائية خاصة بها ، وبما أن الذرات تتحد لتكوين جزيئات من أنواع مختلفة من المادة ، فإن جزيئات المواد المختلفة لها أيضًا شحنتها الكهربائية الصافية.
التيار الكهربائي
تميل البروتونات إلى أن تكون مخلصة جدًا وتلتصق بالقرب من النواة ولكن الإلكترونات دائمًا في حالة حركة. يمكن أن تكون "إلكترونات حرة" وتتنقل بين الذرات.
يمكن أن يكون تدفق الإلكترونات مفيدًا جدًا في بعض الأحيان ، ونحن نعرفه على أنه "كهرباء". تدفق الإلكترونات (مثل الماء على طول الأنبوب) الذي نعرفه على أنه "تيار كهربائي".
الجهد الكهربائي - فولت
إذا قمنا بجمع الإلكترونات في مكان واحد ، لدينا "جهد كهربائي" وكلما زاد عدد الإلكترونات التي نجمعها زادت الإمكانات. نقيس الجهد الكهربائي بـ "فولت".
كل شيء من حولنا يحتوي على كهرباء وحركة الإلكترونات تجعل الحياة ممكنة. بدون القدرة على تحريك الإلكترونات حول أدمغتنا لا يمكن إعطاء تعليمات لأجسامنا.
هناك شيء آخر نحتاج إلى معرفته وهو أن "الإعجاب" في الكهرباء لا يجذب "الإعجاب". إذا أخذنا شيئين لهما شحنة موجبة ، فسوف يميلون إلى التنافر ، بينما الأشياء ذات الشحنة الموجبة والسالبة المعاكسة ستنجذب إلى بعضها البعض.
تذكر الحيلة القديمة حيث تأخذ بالونًا وتدلكه على صدرك ثم "تلصقه" على الحائط. يقوم البالون بتجميع الإلكترونات من قافزك وتصبح سالبة الشحنة ، ونحن نسمي هذا بالطبع "الكهرباء الساكنة" ، وتنجذب إلى الجدار الأكثر شحنة موجبة. هذا هو السبب في أنه عندما قام اليونانيون بفرك الكهرمان ، قام الكهرمان بجمع الكهرباء الساكنة وجذب الأشياء.
السلسلة الكهروكيميائية
كما قلنا ، تحتوي المواد المختلفة على شحنتها الكهربائية الخاصة بها والتي يمكن أن تكون إما موجبة أو سالبة ، ويمكننا سردها بالترتيب اعتمادًا على المستوى الطبيعي لشحنتها الكهربائية. نسمي هذا "سلسلة كهروكيميائية".
الاختصار الكيميائي عنصر الجهد الكهربائي فولت
الاختصار الكيميائي عنصر الجهد الكهربائي فولت
لي الليثيوم -3.04 فولت ح هيدروجين 0.00 فولت
ك البوتاسيوم -2.93 فولت تي التيتانيوم + 0.06 فولت
كاليفورنيا الكالسيوم -2.87 فولت سب الأنتيمون + 0.10 فولت
نا صوديوم -2.71 فولت النحاس نحاس + 0.34 فولت
ملغ المغنيسيوم -2.70 فولت أنا اليود + 0.54 فولت
يكون البريليوم -1.85 فولت اي جي فضة + 0.80 فولت
ال الألومنيوم -1.66 فولت ج كربون + 0.81 فولت
مينيسوتا المنغنيز -1.19 فولت زئبق الزئبق 0.85 فولت
Zn الزنك -0.76 فولت نقطة البلاتين + 1.19 فولت
سجل تجاري الكروم -0.74 فولت Au ذهب + 1.52 فولت
الحديد حديد -0.44 فولت فلوريدا دقيق + 2.87 فولت
قرص مضغوط الكادميوم -0.40 فولت
شارك كوبالت -0.28 فولت
ني نيكل -0.25 فولت
Sn تين -0.13 فولت
الرصاص قيادة -0.13 فولت
إذا نظرت إلى قائمتنا ، فكل هذه عناصر تعني أنها لبنات بناء أساسية في عالمنا وتوجد كذرات. معظمها عبارة عن معادن وكلما كانت أعلى في القائمة كلما كانت سلبية وكلما كانت أكثر نشاطًا. المعادن الأقل في القائمة هي أكثر إيجابية ، وأقل نشاطًا ، وأكثر استقرارًا ، وهذه المعادن الأكثر استقرارًا والتي نطلق عليها المعادن "النبيلة".
إذا كان هناك معدنان مختلفان على اتصال كهربائي مع بعضهما البعض ، إما ملامسة مباشرة أو مع نوع من الوسيط الموصّل مثل الماء الذي يربط بينهما ، فإن الإلكترونات ستتدفق من المعدن الأعلى في هذا الجدول باتجاه الآخر الأقل. المعدن الذي تتدفق منه الإلكترونات نسميه "الأنود" والمعدن الذي تتدفق إليه الإلكترونات هو "الكاثود".
اسباب التآكل الكهرباء
المهم بالنسبة لنا هو أن شيئًا آخر سيحدث - عندما تتدفق الإلكترونات من المعدن يتغير ، فإنه يمتص الأكسجين ، يتأكسد ، أي أنه يتآكل ، أو في حالة الحديد والصلب ، يصدأ.
لذلك عندما تتدفق الكهرباء من معدن إلى آخر ، سيتآكل الجزء العلوي في قائمتنا بينما لا يتآكل المعدن السفلي. ستلاحظ أن الذهب موجود في أسفل الميزان - هل رأيت خاتم زواج صدئًا من قبل؟ حتى عندما نحفر الذهب من الأرض فإنه لا يتأكسد.
هذا يمكن أن يعطينا كل أنواع المشاكل. إذا قمنا ، في نظام السباكة الخاص بنا في المنزل ، بتوصيل قطعة من الأنابيب النحاسية بقطعة من الأنابيب الفولاذية ، فإن الفولاذ سوف يصدأ بسرعة أكبر بكثير مما لو تم استخدام الفولاذ فقط. أدى ظهور أنابيب PVC إلى إزالة العديد من مشاكل التآكل في أنظمة السباكة.
منع التآكل
الأنود الذبي والحماية الكاثودية
ومع ذلك يمكننا استخدامه لصالحنا. إذا قمنا بربط قطعة من الألومنيوم أو المغنيسيوم بقطعة من الصلب ووضعناها في مياه البحر ، فإن الألومنيوم (أعلى القائمة) سوف يتآكل وسيوقف الفولاذ (في أسفل القائمة) من الصدأ. قطعة الألمنيوم التي نسميها "الأنود الذبيحي" - تجعل الفولاذ في القطب السالب ، وتوقف الصدأ عن الفولاذ وتوفر ما نسميه "الحماية الكاثودية".
هذا مهم لأنه يوجد داخل سخانات المياه الكهربائية والشمسية لدينا قطعة من الألومنيوم مثبتة بداخل خزان المياه لمنع صدأ الخزان الفولاذي. تشتهر سخانات المياه بصدأها فجأة بمجرد تآكل الأنود القرباني. كشفت الدراسات التي أجريت في أستراليا منذ سنوات عديدة أنه من المتوقع أن تصدأ خزانات سخانات المياه بالطاقة الشمسية بعد حوالي 8 سنوات (بعد وقت قصير من دفعها لنفسها). من الحكمة تركيب أنود ذبيحي جديد.
لوحة
يمكننا إيقاف صدأ الفولاذ عن طريق دهانه ، حيث يعمل الطلاء كعزل لإبقاء الفولاذ وإلكتروناته بعيدًا عن الأكسجين والماء في الهواء.
عند طلاء الفولاذ ، قد نضيف الزنك (أو الرصاص سابقًا) إلى الطلاء ، يتآكل الزنك الموجود في الطلاء أولاً وبالتالي يحمي الفولاذ.
تراجع الجلفنة
إذا أردنا حماية الحديد والصلب بجدية ، فإننا نجلفنه عن طريق غمسه في خزان من الزنك المصهور. مرة أخرى ، تتآكل طبقة الزنك الموجودة على الفولاذ مفضلةً عن الفولاذ وبالتالي تحميها.
الزنك ألوم
كان الحديد المموج المستخدم في الأسطح مجلفنًا في الماضي ، وفي هذه الأيام يتم خلط بعض الألومنيوم بالزنك (وهذا يساعد على إيقاف الصدأ الصلب إذا تعرض للخدش) وهذا ما يعرف باسم "زنك ألوم".
في هذه الأيام ، يستخدم المزيد والمزيد من الناس الفولاذ الخفيف الوزن لإطارات الأسقف. قد يتعين على الأسقف أن تحمل الكثير من الوزن ، لذلك من المهم جدًا ألا تصدأ إطارات الأسقف ، وبالتالي يجب أن يكون الفولاذ بجودة جيدة ويجب أن يكون مجلفنًا جيدًا أو مطلي بألوم الزنك.
ملاحظة:
يمكن حماية بعض المعادن ، مثل الألمنيوم ، عن طريق "الأكسدة" لها. نتسبب عن قصد في تآكل سطح الألمنيوم لتكوين قشرة سميكة على السطح والتي تقوم بعد ذلك بعزل الألمنيوم تحتها لحمايته من أي تآكل إضافي.