دروس في الكهرباء 4

شرح للطاقة الكهربائية والقدرة الكهربائية ।

على الرابط

http://www.youtube.com/watch?v=a99OeRP9U4E&feature=related

دروس الكهرباء (३)

الدرس الثالث من دروس الكهرباء يعرض فيه شرحا لمفهوم المقاومة أو المعاوقة الكهربية

تابعونا

أو على الرابط

http://www.youtube.com/watch?v=dD_Bw3BM7eQ

دمتم بود

دروس في الكهرباء (२)

متابعة لدروس في الكهرباء الجزء (२) نقدم شرحا لظاهرة التوتر والتيار الكهربائي في دائرة كهربائية ,

لا تبخلوا علينا بتعليقاتكم

التيار المتردد

التيار المتردد الجيبي أو التيار المتناوب الجيبي(بالإنجليزية: sinusoidal Alternating current) هو تيار كهربائي يعكس اتجاهه بشكل دوري ويتذبذب في مكانه ذهابا وإيابا 50 أو 60 مرة في الثانية حسب النظام الكهربائي المستخدم। يمكن توليده فقط حسب قانون فرداي عن طريق مولد كهربائي متردد. ويتم الآن استخدام التيار المتناوب لنقل الطاقة الكهربائية في كل دول العالم رغم أسبقية التيار المستمر التاريخية ورغم أن أول محطة تجارية لتوليد الكهرباء في العالم وهي التي أنشأها أديسون في نيويورك سنة 1882 م كانت كذلك محطة لتوليدة التيار المستمر حتى أن أولى الأجهزة الكهربية كانت تعمل على التيار المستمر مثل مصباح أديسون إلا أن الوضع انقلب رأسا على عقب بعيد حرب التيارات فأصبح التيار المتذبذب مفضلا في عملية ايصال الطاقة لأسباب لها علاقة بتقنتي نقل الطاقة من جهة ومعالجة الإشارات من جهة أخرى.

لماذا يتم استخدام التيار المتردد؟ربما يتساءل البعض لماذا يستخدم التيار المتردد في نقل الطاقة الكهربائية على الرغم من أنه أكثر تعقيدا من التيار المستمر. ولكن يمتاز التيار المتردد بعدد من الميزات عن التيار المستمر:

1.يمكن نقل القدرة الكهربائية عبر التيار المتردد إلى مسافات بعيدة جدا وهذا ما لا يمكن للتيار المستمر أن يفعله بطريقة اقتصادية أو عملية. حيث يمكن خفض ورفع جهد المولد الكهربائي باستخدام جهاز يدعى المحول لا يمكن تطبيقه على التيار المستمر بسبب عدم وجود تغير في التدفق المغناطيسي. يقوم المحول برفع الجهد الكهربائي الآتي من المولد والذي يتراوح عادة بين 11-36 كيلو فولت ويقوم برفعه إلى مستويات تبلغ 110-765 كيلو فولت مما يجعل بالإمكان نقله إلى مسافات بعيدة جدا بين الدول أو حتى عبر القارات.
2.تمتاز التيارات المترددة على المستمرة بقدرتها على نقل المعلومات. فمكبر الصوت مثلا يقوم بتحويل المعلومات المحتواة في كلمة إلى تيار متردد
3.التيار المتناوب سهل التوليد من التوربينات حيث أن الوشائع والمغانط الدوارة تنتج تيارا متناوبا وللحصول على التيار المستمر منها يجب إجراء تقويم وترشيح وهذه العملية من الصعب تحقيقها في التوترات العالية.
4.تنتج الخلايا الكهروكيميائة التيار المستمر مباشرة ولكنها تكون غير عملية لتلبية احتياجات مناطق سكانية كبيرة، بينما يمكن استخدام الطاقة الهائلة للمياه المخزونة خلف السدود على الأنهار، واستغلال طاقة المد والجزر للمحيطات وطاقة الرياح والوقود الاحفوري والتفاعلات النووية الآمنة لتدوير عنفات والتي بدورها تدير مولدات تيار متردد.
كان توماس إديسون يفضل التيار المستمر على المتناوب في نقل الطاقة الكهربائية في الأيام الأولى لإنشاء الشبكات الكهربائية ولكن زملاؤه رؤوا أن التيار المتاوب يمكن ان يعمل بشكل أفضل وقد أخذ اديسون وقتا حتى اقتنع بخطأ موقفه لكن ربما كان يعلم شيئا لم يكن يعرفه زملاؤه. هناك ميزة زائدة للتيار المستمر في الشبكات الكهربائية عند نقل الطاقة الكهربائية لمسافات يعيدة حيث أنها تنتقل بشكل أكثر فعالية عند التوترات العالية من التيار المتناوب لأن الأسلاك لها مقاومة أصغر عند مرور التيار المستمر منها عند مرور التيار المتاوب وأيضا تقل الطاقة المغناطيسية الضائعة على شكل حقل مغناطيسي حول الاسلاك. و يعتبر نقل الطاقة باستخدام التيار المستمر ذي التوتر العالي واعدا جدا في المستقبل ولكن في الوقت الحالي تكمن المشكلة الأساسية في الكلفة لأنه يلزم تجهيزات تحويل للطاقة مدروسة بشكل كبير.

التيار المستمر

التيار المباشر أو التيار المستمر (يرمز له باللاتينية DC أي Direct Current)هو عبارة عن تدفقٍ ثابتٍ للإلكترونات من منطقة ذات جهد عالٍ إلي أخرى ذات جهد أقل. يحدث ذلك عادة في الفلزات كالأسلاك الكهربية، ولكن قد يحدث أيضًا خلال أشباه الموصلات أو العوازل أو حتى في الفراغ كما في حالة الأشعة الأيونية أو الإلكترونية. وتتدفق الشحنة الكهربية في حالة التيار المباشر في نفس الاتجاه، وبذلك فهو يختلف عن التيار المتردد (الذي يرمز له باللاتينية AC).
أنواع التيار المباشراستُخدِم التيار المباشر تجاريًا لأول نقل للطاقة الكهربية (الذي طوره توماس إديسون في أواخر القرن التاسع عشر). ولكننا اليوم نستخدم التيار المتردد لكل استخدامات نقل الطاقة الكهربية لأنه ملائم أكثر من التيار المباشر لأغراض توزيع ونقل الطاقة الكهربية.

التعريفات المختلفةيستخدم المصطلح DC وهو يعني Direct Current في مجال الهندسة الكهربية كمرادف للثابت constant. فمثلا، الجهد في مصدر جهد التيار المباشر ثابتٌ، وكذلك التيار خلال مصدر تيار التيار المباشر. محلول التيار المباشر لدائرة كهربية ما هو محلول يكون فيه كل الجهود والتيارات ثابتة. من الممكن توضيح أنه يمكن تحليل أي موجة تيارية أو جهدية إلي مجموع عامل التيار المباشر وعامل الاختلاف الزمني time-varying. يعرّف عامل التيار المباشر بأنه متوسط قيمة الجهد أو التيار عبر كل الزمن. ومتوسط قيمة عامل الاختلاف الزمني هو صفر.

بالرغم من أن المصطلح DC عبارة عن اختصار لاتيني لكلمتي "التيار المباشر" إلا أنه أحيانًا قد يشير إلي "القطبية الثابتة" أو "contstant polarity". وتبعًا لهذا التعريف، فإن جهد التيار المباشر قد يختلف في الوقت، ذلك مثل الخرج الصافي للمعادل rectifier أو الإشارة الصوتية المتذبذبة في خطوط الهواتف.

و هناك بعض أشكال من التيار المباشر (كالذي ينتج من منظم الجهد voltage regulator) ليس لها أي اختلاف في الجهد تقريبًا، ولكن قد يكون لها اختلاف في خرج الطاقة والتيار.
التطبيقات

يُستخدَم في حالة التيار المباشر أنواع مختلفة من المقابس والمفاتيح الكهربية عن تلك المستخدمة في حالة التيار المتردد। ومن المهم في حالة التيار المباشر عدم عكس القطبين إلا إذا احتوت الآلة على دائرة تصحيح تسمي diode bridge لتصحيح هذا الأمر। (و لا توجد تلك الدائرة بمعظم الآلات التي تعمل بالبطاريات।)

يستخدم التيار المباشر ذو الجهد العالي لنقل الطاقة من نقطة لأخرى لمسافات طويلة وللكابلات التي تمر تحت الماء، وقد تكون قيمة الجهد بضعة كيلوفولت إلي حوالي واحد ميجافولت.

و يظهر التيار المباشر في العديد من التطبيقات المنخفضة الجهد، خصوصًا تلك التي تعمل بالبطاريات، التي تولد تيارًا مباشرًا فقط، أو أنظمة الطاقة الشمسية، حيث أن الخلايا الشمسية بإمكانها توليد تيارات مباشرة فقط. تستخدم معظم التطبيقات التي تعمل أوتوماتيكيًا التيار المباشر، بالرغم من أن مولدات التيار المتردد هي أجهزة تيار متردد تستخدم المعدِّلات rectifier لتوليد التيار المباشر. تتطلب معظم الدوائر الإلكترونية مصدرًا لطاقة التيار المتردد. التطبيقات التي تستخدم خلايا الوقود (حيث تمزج الهيدروجين مع الأكسجين بوجود مادة حفازة لتوليد الكهرباء والماء كناتج ثانوي) تولد أيضًا تيارًا مباشرًا فقط.

تتصل الهواتف بزوجين ملفوفين twisted pair من السلك وتقوم داخليًا بفصل التيار المتردد للجهد بين السلكين (الإشارة الصوتية) عن التيار المباشر للجهد بين السلكين (للطاقة اللازمة للهاتف).

خلايا الوقود

تاريخ خلايا الوقود
تم اختراع تقنية خلايا الوقود في انجلترا في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي على يد السيد وليام روبرت جروف William grove .منذ أكثر من 160 عاماً حيث لم يكن يعلم أن اختراعه الذي وضعه في العام 1839م سيحل مشكلة تواجه العالم في القرن الواحد والعشرين لاكتشاف خلايا الوقود التي يمكن عن طريقها الحصول على الكهرباء من الهيدروجين أو الكحول دون أي عملية احتراق، وبذلك يكون قد حل المعادلة الصعبة، وهي الحصول على طاقة نظيفة من غير أن نلوث البيئة وبأقل الأسعار.
والحل يكمن في هذه الخلية الصغيرة التي تدعى خلية الوقود، ولكن نظراً لعدم جدوى استخدامه في تلك الفترة، ظل هذا الاختراع حبيس الأدراج لأكثر من 130سنة، ولكن عادت خلايا الوقود مرة أخرى للحياة في عقد الستينيات، وذلك عندما طورت شركة ( جنرال إلكتريك General Electric ) خلايا تعمل على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لإطلاق سفينتي الفضاء الشهيرتين ( أبوللو) و (جيمني)، بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب، كانت الخلايا في تلك المركبتين كبيرة الحجم وباهظة التكلفة، لكنها أدت مهامها دون وقوع أي أخطاء، واستطاعت أن توفر تياراً كهربائياً وكذلك مصدراً للمياه النقية الصالحة للشرب.

ما هي خلية الوقود
خلية الوقود هي عبارة عن عنصر يحول الطاقة الكيميائية في الوقود (سواء كان هيدروجينhydrogen , غاز طبيعي natural gas, ميثانول methanol, غازولين gasoline ...) وفي المؤكسد (هواء air, اكسجين oxygen ) الى طاقة كهربائية. من حيث المبدأ تعمل خلية الوقود كالمدخرة Battery ،لكن على عكس المدخرة خلية الوقود لا تفرغ ولا تحتاج شحن ،وتولد طاقة كهربائية وحرارية طالما هي مغذاة بالوقود والمادة المؤكسدة.
كلا خلايا الوقود والمدخرات هي عناصر كهروكيميائية, وكلاهما يحتويان على مسرى (قطب) موجب ومسرى سالب ومادة موصلة متأينة (مشردة ion-conducting) تدعى الوسيط electrolyte. تصنف خلايا الوقود حسب الوسيط الذي تحتويه غالباً.حيث تولد العناصر الكهروكيميائية فيها الكهرباء بدون احتراق الوقود أو المؤكسد oxidizer كما يحدث بالطرق التقليدية لتوليد الكهرباء.
بنية خلية الوقود عادة مكونة من قطب وقود (مسرى موجب)(fuel electrode (anode وقطب التأكسد (مسرى سالب) (oxidant electrode (cathode مفصولين بغشاء تبادل بروتوني ion-conducting membrane. يمر الأكسجين على احد الأقطاب ويمر الهيدروجين على المسرى الآخر مولدين كهرباء وماء وحرارة. تدمج خلايا الوقود بين جزيئات الوقود والمؤكسد بدون حرق أو توليد تلوث كما في نظم التوليد غير الكفوءة والملوثة التي تستخدم تقنية الحرق التقليدي .

الوقود المستخدم لخلية الوقود
الهيدروجين هو الوقود المستخدم حاليا في خلايا الوقود. بعض الغازات مثل النيتروجين Nitrogen من الهواء له تأثير طفيف على أداء خلية الوقود .الغازات الأخرى مثل أول أكسيد الكربون CO والميتان CH4 لها تأثير مختلف على خلايا الوقود حسب نوع الخلية. مثلاً أول أكسيد الكربون CO يعتبر ضار وملوث لخلايا الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة نسبياً مثل خلية الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني the Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) من جهة أخرى أول أكسيد الكربون يمكن أن يستخدم كوقود مباشر لخلايا الوقود ذات درجة الحرارة العالية مثل خلية الوقود ذات الوسيط الصلب the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) كل خلية وقود بوسيطها الخاص ومحفزها تستقبل غازات معينة لتكون كوقود لها أو ملوثات تؤثر سلبا على أداء الخلية. لذا نظام تغذية الغاز لابد أن يكون مناسب وخاص لنوع خلية الوقود.

تشكيل الوقود
تعمل خلايا الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة (200ºC, 390 ºF>h) على غاز الهيدروجين كوقود. في الوقت الحاضر لايوجد مصدر متوفر وسهل للحصول على الهيدروجين بكميات كبيرة وبوقت قصير وأمان عالي. هناك طريقتين لحل هذه المشكلة، على المدى القصير يمكن استخدام الوقود التقليدي لتوليد الهيدروجين المطلوب. تحويل الوقود التقليدي لهيدروجين يدعى بإعادة تشكيل الوقود (fuel reforming) ،إعادة تشكيل البخار هو مثال حيث يخلط البخار مع الوقود التقليدي fossil fuel بدرجة حرارة تقريبية 760ºC. الصيغة الكيميائية لعملية إعادة التشكيل للهيدروجين من الغاز الطبيعي المكون غالبا من الميثان (CH4) معطاه بالمعادلة التالية :
CH4 + 2 H2O -----> CO2 + 4 H2
يكون أول أكسيد الكربون في خلايا الوقود ذات درجة الحرارة العالية (MCFC and SOFC ) هو الوقود المستخدم، من جهة أخرى يمكن حسب التفاعل التالي ان يتفاعل غاز أول أكسيد الكربون مع الماء مكونا الهيدروجين ليكون هو الوقود الحقيقي لخلية الوقود .
CO + H2O -----> CO2 + H2
يمكن أن يحدث تشكيل الوقود بكميات وموازين مختلفة أي من الممكن أن يتم تشكيل الوقود بكميات هائلة في المصانع الكيميائية الكبيرة ،نتيجة هذا التفاعل يمكن أن يتشكل الهيدروجين إما بحالته الغازية النقية أو كمائع ثم يوزع على المستهلكين .
يمكن ايضا ان يتم انتاج وتشكيل الوقود بكميات متوسطة كما في محطات الغازولين (gasoline station)في هذه الحالة يتم تنقية الديزل والغازولين وتسلم للبنى التحتية للمحطة ,ثم تتم معالجة الوقود الأحفوري للحصول على خليط أساسه غاز الهيدروجين لكنه قد يحوي بعض الجزيئات الأخرى مثل تاني اكسيد الكربون CO2 والنيتروجين N2. تعتمد درجة نقاء غاز الهيدروجين على التطوير المستمر لتقنيات فصل الهيدروجين عن الغازات الأخرى بطريقة اقتصادية. يتم تسليم غاز الهيدروجين للمستهلك في هذه الحالة غالبا كغاز مضغوط .
من مميزات عملية إعادة تشكيل الوقود انه يمكن أن تتم بكميات صغيرة حيث يتم تغذية خلية وقود بشكل مباشر من الوقود المتولد حسب حاجتها بدون الحاجة إلى نظام تخزين كما هي الحال في المركبات التي تمل على خلايا الوقود , حيث أنه يمكن ن يحمل السائق معه خزان غازولين (بنزين) وجهاز تحليل صغير على متن مركبته بحيث يمكنه أن يحصل على الهيدروجين الكافي لتشغيل خلية الوقود عن طريق معالجة الغازولين وتغذية الخلية مباشرة .لكن لابد من الأخذ بعين الاعتبار انه من غير العملي أو الاقتصادي العمل على تنقية غاز الهيدروجين الناتج من الغازات الأخرى التي قد تكون مخلوطة معه .
مستقبلاً, يمكن التحول لتوليد غاز الهيدروجين من مصادر متجددة حصراً, كطاقة الشمس أو طاقة الرياح. حيث تستخدم الطاقة الناتجة من مزرعة ريحية مثلاً لتحليل الماء إلى هيدروجين وأكسجين نقي ويمكن نقل الغاز الناتج إلى المستهلك (End-users) عبر أنابيب وبنى تحتية خاصة.لازالت طريقة إنتاج غاز الهيدروجين عن طريق المصادر المتجددة قيد البحث والدراسة ويتم تطويرها يوميا في العديد من مراكز البحث العلمي لأن كفاءة هذه الطريقة الاقتصادية عالية وإمكانية الإنتاج واعدة.

وظيفة خلية الوقود
تولّد خلايا الوقود الكهرباء عن طريق تفاعل كهروكيميائي بسيط بين مؤكسد (الاكسجين من الهواء مثلاً) و وقود ( الهيدروجين) يتفاعلان ليكونا الماء في خلية الوقود المثالية. لتوليد الكهرباء يمر الاكسجين دائماً على القطب(المسرى) السالب (cathode) لخلية الوقود, ويمر الهيدروجين على القطب الموجب (anode). نواتج التفاعل الثانوية هي الماء والحرارة. خلية الوقود لا تحتوي على اجزاء متحركة مما يجعلها مصدر هادئ وموثوق للطاقة.
الوسيط (The electrolyte) الذي يفصل بين القطب الموجب والقطب السالب هو مادة ناقلة للأيونات. عند القطب الموجب يتم فصل الهيدروجين عن الكتروناته حيث تعبر أيونات الهيدروجين (البروتونات) من خلال الوسيط , أما الالكترونات فتسري عبر دارة كهربائية خارجية كتيار مستمر (Direct Current (DC يمكن أن يغذي أجهزة كهربائية. في القطب السالب تندمج أيونات الهيدروجين مع الأكسجين وأيضاً يعاد اندماجها مع الالكترونات لتكون الماء . التفاعلات الجارية موضحة بالمعادلات الكيميائية التالية .
التفاعلات عند المسرى الموجب 2H2 -----> 4H+ + 4e-
التفاعلات عند المسرى السالب CathodO2 + 4H+ + 4e- -----> 2H2O
التفاعل الكلي 2H2 + O2 -----> 2H2O
خلايا الوقود الفردية يمكن ان تجمع لتكون مكدس "stack" .عدد خلايا الوقود في هذا المكدس هو الذي يحدد التوتر الناتج , ومساحة كل خلية هي التي تحدد التيار الكلي الناتج . جداء التيار بالتوتر الناتج يعطي كمية الطاقة الكهربائية الكلية المولدة حسب العلاقة.
Power (Watts) = Voltage (Volts) ×Current (Amps)

تلوث خلية الوقود
خلايا الوقود عرضة لما يسمى بتلوث خلية الوقود ,أي ان خلية الوقود قد تتأثر سلباً بالعديد من المواد والجزيئات المختلفة بصورة متفاوته حسب نوع الخلية ونوع المادة الدخيلة عليها . قد تتلوث خلايا الوقود بسبب عملها لفترات طويلة وتردي أداءها مما يؤدي إلى تغير كيميائية الوسيط فيها ,أو بسبب درجة حرارة العمل الغير نظامية ,أو بسبب المحفز أو أي من العوامل الأخرى .
الملوث الرئيسي لخلايا الوقود هو مركبات الكبريت مثل كبريتات الهيدروجين (hydrogen sulfide (H2S وكربونات الكبريت ( carbonyl sulfide (COS . مركبات الكبريت موجودة في الوقود التقليدي بشكل طبيعي ويبقى كميات منها بعد معالجة الوقود المستخرج ويجب أن تزال بالكامل قبل دخول خلية الوقود.

مقارنة خلايا الوقود و المصادر التقليدية للطاقة
في الطرق التقليدية لتوليد الكهرباء يتم حرق الوقود والهواء ليولّدا غازات ذات درجة حرارة عالية ،ففي حال محطة طاقة تستخدم الفحم كوقود ,الحرارة المحتواة في غاز الاحتراق تنقل لمائع (ماء) ذو ضغط عالي ليقوم بغليه. في حال كانت المحطة تستخدم غازولين أو وديزل أو عنفة غازية فالغاز الساخن نفسه يكون ذو ضغط عالي. البخار المضغوط أو الغاز الساخن يدخل في آلة ميكانيكية مثلاً عنفة (turbine) وتدير بذلك مولد كهربائي.
في خلية الوقود تحدث نفس التفاعلات الكيميائية الأساسية لكنها تولد الكهرباء مباشر كعنصر كهروكيميائي وبالتالي لا تدخل مرحلة وجود غاز بدرجة حرارة عالية كما هو الحال في الحرق الطبيعي، هذا التحويل المباشر للطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية أكثر كفاءة ولا يسبب تلوث ملحوظ مقارنة مع طرق التوليد التي تعتمد على الحرق التقليدية.

أروع وسيط يشرح الكهرباء

وثائقي كامل مدته ما يقارب الساعةعن الكهرباء بعنوان "مفهوم الكهرباء"
لتحميل الوثائقي بروابط مباشرةعلى الميديافاير وعدة سيرفرات أخرى زر: موسوعة الكنوز الوثائقية
http://aflam।sf7h.info

دروس في الكهرباء (1)

دروس في الفيزياء الكهربائية , عبارة عن شروحات بالفيديو ।يتحدث الدرس الأول عن

طبيعة الشحن الكهربائية، الأجسام الموصلة والعازلة، التوتر الكهربائي
دروس الفيزياء مستوى البكالوريا السنة الثانية، المغرب
مقدم من طرف المدرسة العليا للتكنولوجيات الجديدة بطنجة www.esnt.ma

ننتظر تعليقكم

خلايا الوقود ومستقبل الطاقة

تستثمر شركات السيارات الكبيرة أموالا طائلة لتطوير سيارة كهربائية تستخدم خلايا الوقود بدلا من البطاريات التقليدية وذلك للحفظ على البيئة من التلوث حيث إن خلايا الوقود التي تنتجها لا ينبعث منها غازات كيميائية ضارة ويقوم عمل خلايا الوقود غلى مبدأ توليد الطاقة الكهربائية من تفاعل الأكسجين مع الهيدروجين دون احتراق وهذا النوع من التفاعل ينتج فقط الكهرباء وكذلك الحرارة والماء النقي كنواتج ثانوية وعلى عكس الخلايا الكهرو كيميائية فإن خلايا الوقود ليست مرهونة بتوفير المواد الكيمياوية داخلها تنتج الكهرباء في اللحظة التي يجهز لها الوقود الملائم.

 

خلايا وقود الهيدروجين هي التي تنتج الكهرباء من خلال تفاعل كهربائي كيميائي باستخدام الهيدروجين والأوكسجين.

فهذه الخلية الكهروكيميائية تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق تزويد الخلية بغازي الأكسجين والهيدروحين باستمرار. عند المصعد يتأكسد الهيدروجين إلى بروتونات(التي تتتجه داخل وسط الإلكترولايت إلى الأنود) وإلكترونات (التي تتجه من خارج الخلية إلى الأنود) حيث يلتقي الجميع مع الأكسجين الذي يختزل لتكوين الماء. يوجد أنواع متعددة من الخلايا الوقودية والتي يمكن تصنيفها حسب نوع الكهارل الذي يحدد استخدامها النهائي. فعلى سبيل المثال تعتبر تلك التي تستخدم مكوثرا موصلا للبروتونات من الأكثر حظاً للإسخدام في السيارة الكهربائية بينما تلك التي تستخدم الخزف الموصل لايون الأكسجين أفضل للاستخدام المنزلي للتزود بالكهرباء والحرارة. أخيرا تعتبر الخلايا الوقودية من أكثر وسائل توليد الطاقة حفاظا على البيئة، ولهذا تحظي باهتمام كبير نحو تطويرها وتسخيرها مستقبلا في تسيير السيارات وإمداد المنازل بالتيار الكهربائي. وهذه الأخيرة قد يصل وزنها إلى عدة أطنان.

تاريخ ابتكارها وفكرتها

• شهد منتصف القرن التاسع عشر الميلادي اختراع تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية في إنجلترا على يد السير وليام روبرت جروف . ولكن نظرا لعدم جدوى استخدامه في تلك الفترة، ظل هذا الاختراع حبيس الأدراج لأكثر من 130 سنة تقريبا، وعادت خلايا الوقود مرة أخرى للحياة في عقد الستينيات، وذلك عندما طورت شركة «جنرال إليكتريك» خلايا تعمل على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة للاستخدام في سفينتي الفضاء الشهيرتين «جيمني» و أبولو ، بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب لرواد الفضاء. كانت الخلايا الأولى في تلك المركبتين كبيرة الحجم وباهظة التكلفة، لكنها أدت مهامها دون وقوع أي أخطاء، واستطاعت أن توفر تيارا كهربائيا وكذلك مصدرا للمياه النقية الصالحة للشرب في مركبات الفضاء.

• ومن الممكن أن نجري مقارنة بين تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية وبطارية السيارة، بينما تخزن البطارية الرصاصية الطاقة بواسطة العامل المؤكسد بداخلها مما يستوجب إعادة شحنها من حين لآخر، فإن خلايا الوقود تعمل على اتحاد عنصري الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الكهرباء، وهي تعمل بصفة مستمرة بواسطة مخزون من غاز الهيدروجين مخزون تحت ضغط عالي لتقليل حجمه وتأخذ الأكسجين من الجو . تشحن السيارة التي تعمل بخلايا الوقود بنحو 4 كيلوجرام من الهيدروجين تكفي لسير السيارة الصغيرة مسافة نحو 350 كيلومتر .

• وتتكون خلايا الوقود من رقائق مسطحة معدنية تتحد على سطحها جزيئات الهيدروجين والأكسجين بنسبة 1:2 لتكوين الماء H2O وتنتج كل شريحة منها 1 فولت من الكهرباء. وهذا يعني أنه كلما زاد عدد الشرائح المستخدمة كلما زاد الجهد الكهربائي للخلايا.

خلية الوقود في السيارة

لنأخذ مثالا عمليا يوضح لنا أهمية خلية الوقود التي تعمل بالهيدروجين. فعندما يصبح لديك سيارة تعمل بخلايا الوقود فأنت بالتأكيد تمتلك محطة توليد كهرباء متنقلة تستطيع توليد 25 كيلو واط من الكهرباء، ودعنا نتخيل ما سيحدث في المستقبل القريب عندما تذهب إلى العمل بواسطة سيارتك المجهزة بالخلايا الهيدروجينية، فبدلا من تركها بساحة الانتظار مهدرا للوقت والمكان بدون فائدة، ما عليك إلا توصيلها بمخرج الغاز الطبيعي الموجودة بالمبنى، وعند انتهاء الدوام تستقل سيارتك بعد شحنها وهي محملة بحوالي 25 كيلو واط من الكهرباء التي تصلح لتشغيل السيارة أو لإضاءة أو تدفئة أي مكان آخر، وتشير الإحصائيات الحديثة أن السيارات تقف بأماكن الانتظار بدون حركة لأكثر من 96% من إجمالي الوقت، وبالتالي يمكن الاستفادة القصوى من هذا الوقت الضائع في شحن السيارات بالهيدروجين وتحقيق الأرباح أيضا.

تطبيقات

هناك استخدامات عديدة لخلايا الوقود ، خلايا الوقود تستخدم في تشغيل المركبات كالحافلات و السيارات و الطائرات و القطارات ، تستخدم أيضاُ في بعض الأجهزة الإلكترونية كأجهزة الهاتف المحمول و أجهزة الحاسب المحمولة . تستخدم البنوك و المستشفيات في توليد الطاقة لمرفقاتها و بعض الملحقات الخاصة .

الخلية الكهروكيميائية

شرح لطريقة عمل الخلية الكهروكيميائية , بفيديو تعليمي عالي الجودة

مقارنة بين الخلية الكهروكيميائية وخلية التحليل الكهربائي

قانونا كيرشوف

قانونا كيرشوف هما قانونان وضعهما العالم كيرشوف لحل الدوائر الكهربائية غير القابلة للتبسيط ويمكن تعميمهما من قانون أوم أو اشتقاقهما من معادلات ماكسويل

قانون التيار
قاعدة كيرشوف الأولى في الدوائر التيارات الداخلة = الخارجة i1 + i4 = i2 + i3ينص قانون كيرشوف للتيارات على أن مجموع التيارات الداخلة إلى أي نقطة تفرع يساوي مجموع التيارات الخارجة من نفس النقطة أي أن المجموع الجبري للتيارات التي تسري في فروع تلتقي في نقطة مشتركة يساوي صفر

القانون يسري على التيار المستمر والتيار المتردد

قانون الجهد
في المسار المغلق v1 + v2 + v3 + v4 = 0يسمى قاعدة كيرشوف الثانية وكذلك معادلة ماكسويل الثالثة وينص عى أن مجموع قوى الدفع الكهربائية تساوي مجموع الجهود المفقودة في هذا المسار أي أن المجموع الجبري للجهود في أي مسار مغلق يساوي صفر

عناصر الدائرة الكهربية

موقع يشرح عناصر الدائرة الكهربائية وتسمياتها وكيف نختصرها في الرسوم التوضيحية ,,,أتمنى الاستفادة

http://www.qariya.com/electronics/symbols.htm

الدارة الكهربية البسيطة وقانون أوم

شرح لمكونات الدارة الكهربية البسيطة وقانون أوم بطريقة مسلية وجدا جميلة

الآن اصبحت تعرف فلا تسرف ...بيدك القرار

الآن اصبحت تعرف فلا تسرف ...بيدك القرار

http://www.youtube.com/watch?v=WMZlRakVqc0&feature=related

ترشيد استهلاك الكهرباء

برنامج خليجي مشترك وقديم لترشيد استهلاك الكهرباء على الرابط التالي:

ترشيد استهلاك الكهرباء

ما هي الكهرباء (فيديو في جزئين)

ماهي الكهرباء (1)


ما هي الكهرباء (2)

اضحك مع الكهرباء

مجموعة من الرسوم الساخرة , لتفريغ  الشحنات المضطربة في داخلنا

تاريخ الكهرباء

يخطئ الكثيرون عند نسب اكتشاف الكهرباء للعالم بنيامين فرانكلين (ذاك الذي قام بتجربة طائرة الورق المشهوورة)

الحقيقة أن اكتشاف الكهرباء يعود لعهد اليونانيون القدماء .. حينما عرف فلاسفتهم أنه حين دلك الكهرمان بالقماش فإن الأشياء الخفيفة تتعلق بها .. (الكهرباء الستاتيكية أو الساكنة) ..
البرق كان مثال آخر لمعرفة الكهرباء من قبل العالم المذكور ...و لكن بلا شك فرانكلين هو الذي بالفعل أثبت أن الكهرباء و البرق شيء واحد من خلال التجربة المميتة ..
و قد كان ذلك في عام 1752 ..
أليساندرو فولتا ..
عالم إيطالي قام بالبحث في علم الكهرباء و الشحنات ..
اطلع فولتا على دراسة تقول (( الضفدع الميت يولد الكهرباء ؟)) أساسها أن أحد المدعوين بجالفاني (إيطالي) قام بتجربة أن وخز الضفدع الميت بنصل معدني .. فإذا بساق الضفدع تتحرك بقوة .. و بس قال هذي من الكهرباء؟؟؟

المهم أن فولتا لم تعجبه التجربة .. قام بالتحقيق و لقي أن السبب هو أن أي معدنين يتمسان من خلال وسط موصل يولد تياراً ( طلع أن الضفدع المصعوق كان على قطعة قصدير و لما النصل المعدني دخل في السالفة صار الضفدع هو الوسط الموصل ... صعبه؟)
من خلال النظرية تمكن فولتا من إرساء أول مبدأ للبطاريات في أوائل التسعينات ( من القرن الثامن عشر طبعا)

بعض ظواهر الكهرباء السكونية

تتمثل الكهرباء السكونية بتجمع الشحنات الكهربائية على أجسام المعدات المختلفة, وهي ظاهرة طبيعية. تكمن المشكلة في تجمع الشحنات على جسم ما للحد الذي يشكل انتقالها إلى جسم آخر حدوث شرارة كهربائية, في الطبيعة يتم تحرك وانتقال الشحنات من جسم إلى آخر بحرية لا يضبطها إلا قانون أو خاصية بسيطة وهي انتقالها من جسم إلى آخر بهدف التعادل والتوازن بين كمية الشحنات المتجمعة . عند تحرك هذه الشحنات يحصل سريان لحظي للتيار الكهربائي, كما تحصل شرارة كهربائية عند تحرك الشحنات من موقع إلى آخر عبر الجو, أي عندما تقفز تلك الشحنات من جسم ذو كمية عالية من الشحنات إلى الجسم الآخر ذو شحنات اقل. يمكن ملاحظة هذه الظاهرة يوميا عند خلع الملابس المصنعة من النايلون أو البوليستر في غرفة مظلمة ليلا فسنلاحظ ظهور شرر وصوت لفرقعات بسيطة وهذا نتيجة لانتقال الشحنات الكهربائية. كذلك يمكن ملاحظة هذه الظاهرة عند تقريب ساعدنا المشعر من شاشة التلفاز فسنلاحظ وقوف الشعر وانجذابه إلى شاشة التلفاز. تشكل هذه الظاهرة مشكلة كبيرة في الصناعة والمعامل وخصوصا في الصناعة النفطية والغازية مثلا, فأن انتقال الشحنات قد يسبب شارة قد تكون كافية لإيقاد الغازات والأبخرة المتواجدة بالموقع. لتجاوز مشاكل هذه الظاهرة بسيط في ظاهره وهو جعل كافة الأجسام متعادلة من حيث تجمع الشحنات عليها, فلن يكون هناك تجمع للشحنات على جسم ما يفوق ما هو متجمع على الجسم الأخر. لذا من العادة ربط جميع الأجسام المعدنية في المعمل مع بعضها وربطها مع الأرض من خلال نظام للتأريض بهدف تفريغ كل الشحنات الكهربائية المتجمعة إلى الأرض. تبقى مشكلة الشحنات المتكونة في الغيوم وتفريعها في ما بينها وبين الأرض والتي كثيرا ما سببت في حرائق الغابات, أما لحماية المسقفات والأبنية المرتفعة فيكون بواسطة نظم لمانعات الصواعق والتي تقوم بتسريب الشحنات والجهد الكهربائي العالي المصاحب لها للأرض.

الشحن باللمس يتم من خلال انتقال الشحنة الكهروستاتيكية من جسم مشحون إلى يدك وهذا بسبب ان اجسامنا موصلة للكهرباء لذلك نشعر بلسعة كهربائية احيانا عندما نكون في سيارة مقاعدها جلدية ونحن مرتدين الصوف وبمجرد ما قدمك تلمس الارض تتسرب الشحنة إلى الارض وتسبب لنا تلك السعة الكهربية.
كما انه يمكن شحن جسم غير مشحون عن طريق تلامسه مع جسم مشحون حيث تتوزع الشحنة بين الاثنين

فيديو الشحن بالتأثير
اما الشحن بواسطة الدلك فهذه هي الطريقة التي تسبب تراكم الشحنات على جسم ما مثل دلك ساق من الزجاج بالحرير فتنتقل الشحنة من الزجاج الى الحرير ويكون الزجاج مشحون بشحنة سالبة او دلك ساق من البلاستيك بقطعة من الصوف وهذه اول مراحل اكتشاف الكهرباء وكانت معروفة من 600 سنة قبل الميلاد على ما اذكر

فيديو الشحن بالتدليك
اما الشحن بواسطة الحث فهي مثل الشحنة التي تتراكم على المكثفات المتصلة على التوالي فاذا شحن احد اللوحين بشحنة موجبة فإن هذه الشحنة تستقر على السطح الخارجي وبين اللوحين فتجذب شحنة مساوية في المقدار ومعاكسة في الاشارة من السطح الخارجي للوح الثاني ونسمى هذا الشحن شحن بالتأثير أو بالحث

 

فيديو مثير جدا

طريقة علمية لتفريغ الجسم من الكهرباء الزائدة

من أقوال أديسون ( أبو الكهرباء )

o     أنا لم افعل أي شيء صدفة ولم أخترع أي من اختراعاتى بالصدفة بل بالعمل الشاق

1أن أمي هي التي علمتنى، لأنها كانت تحترمني وتثق في، أشعرتني أنى أهم شخص في الوجود، فأصبح وجودي ضروريا من أجلها وعاهدت نفسي أن لا أخذلها كما لم تخذلني قط.

  

o        أنا ابدا من حيث انتهى آخر رجل

o        إذا فعلنا كل الاشياء التي نحن قادرون عليها لأذهلنا انفسنا

o        كثير من اخفاقات الحياة هي لأناس لم يدركوا كم كانوا قريبين من بلوغ النجاح

o        ليس معنى ان شيئا ما لم يعمل كما تريد منه أنه بلا فائدة

o        النجاح 1% موهبة و 99% جهد

o        أنا فخور أنى لم أخترع أسلحة

o        أنا لم اعمل يوما فـي حياتى بل كان الأمر كله مرحا

o        كل شخص يفكر في تغيير العالم.. لكن لا أحد يفكر في تغيير نفسه

o        أنا لم افشل بل وجدت 10 آلاف طريقة للنجاح

o        تحلى بالإيمان وانطلق

o        دائماً هناك طريقة أفضل

o        ليس هناك بديل للعمل الجاد

o        نحن لا نعرف واحد بالمليون من أي شيء

o        الآمال العظيمة تصنع الأشخاص العظماء

o        لكي تخترع انت بحاجة إلى مخيلة جيدة وكومة خردة

o        لا تكن ارضا يداس عليها..بل كن سماءً يتمنى الجميع الوصول إليها.

o        اكتشفت 1000000 طريقة لا تؤدي لاختراع البطارية وحاولت 99 مرة لصناعة المصباح الكهربائي

قيل أن أديسون قبل اختراعة للمصباح الكهربائي قد حاول أكثر من 99 محاولة لهذا الاختراع العظيم ولم يسمها محاولات فاشلة بل أسماها تجارب لم تنجح.. ولنا هنا أن نتعلم من هذا المخترع الصبر والثقة بالنفس والتفاؤل. ويقول أيضا: تعلمت 99 طريقة لا يعمل بها المصباح الكهربائي

للفيزيائيين ... موقع جدا جمميل

موقع لغة الروح..موقع مفيد للفيزيائيين
http://logatelro7.com/
في الموقع..مواضيع فريده وحصريه..
مواقع علمية
ملخصات سنوات الجامعة
مقالات شخصية
كتب علمية
فيزياء متقدمة
فيزياء مبتدئين
افلام علمية

فلاش رائع لطريقة توليد الكهرباء

أجمل الفلاشات التعليمية لوحدة الكهرباء
توليد الكهرباء
المولد الكهربائي
الدوائر البسيطة
شحن الاجسام بطريقة الحث

الفيلم القصير (أبو الكهرباء)

فيلم قصير عن  (أبو الكهرباء)
توماس أديسون

أساسيات الكهرباء

الكهرباء اسم يشمل مجموعة متنوعة من الظواهر الناتجة عن وجود شحنة كهربائية وتدفقها. وتضم هذه الظواهر البرق والكهرباء الساكنة. ولكنها تحتوي على مفاهيم أقل شيوعًا مثل المجال الكهرومغناطيسي والحث الكهرومغناطيسي.

أما في الاستخدام العام، فمن المناسب استخدام كلمة "كهرباء" للإشارة إلى عدد من التأثيرات الفيزيائية. ولكن في الاستخدام العلمي، يعد المصطلح غامضًا. كما أن هذه المفاهيم المتعلقة به يُفضل تعريفها وفقًا لمصطلحات أكثر دقة كما يلي:

• الشحنة الكهربائية: عبارة عن خاصية لبعض الجسيمات دون الذرية تحدد التفاعلات الكهرومغناطيسية الخاصة بها. فالمادة المشحونة كهربيًا تتأثر بالمجالات الكهرومغناطيسية وتنتجها.
• التيار الكهربائي: عبارة عن تحرك أو تدفق الجسيمات المشحونة كهربائيًا، ويُقاس عادةً بالأمبير.
• المجال الكهربائي: عبارة عن تأثير تنتجه شحنة كهربائية في غيرها من الشحنات الموجودة بالقرب منها.
• الجهد الكهربائي: قدرة المجال الكهربائي على الشغل، ويُقاس عادةً بوحدة الفولت.
• الكهرومغناطيسية: عبارة عن التفاعل الأساسي الذي يحدث بين المجال المغناطيسي ووجود الشحنة الكهربائية وحركتها.

خضعت الظواهر الكهربائية للدراسة منذ القِدم، إلا أن علم الكهرباء لم يشهد أي تقدم حتى القرنين السابع عشر والثامن عشر. وعلى الرغم من ذلك، فقد ظلت التطبيقات العملية المتعلقة بالكهرباء قليلة العدد، ولم يتمكن المهندسون من تطبيق علم الكهرباء في الحقل الصناعي والاستخدامات السكنية إلا في أواخر القرن التاسع عشر. وقد أدى التقدم السريع في تكنولوجيا الكهرباء في ذلك الوقت إلى إحداث تغييرات في المجال الصناعي وفي المجتمع أيضًا. كما أن الاستعمالات المتعددة والمذهلة للكهرباء كمصدر من مصادر الطاقة أظهر إمكانية استخدامها في عدد لانهائي من التطبيقات مثل المواصلات والتدفئة والإضاءة والاتصالات والحساب. فأساس المجتمع الصناعي الحديث يعتمد على استخدام الطاقة الكهربائية، ويمكن التكهن بأن الاعتماد على الطاقة الكهربائية سيستمر في المستقبل.

البرق

البرق هو الضوء المبهر الذي يظهر فجأة في قلب السماء في الأيام التي تسوء فيها أحوال الجو, وهو عبارة عن الضوء الناشئ نتيجة تصادم سحابتين أحدهما تحمل الشحنة الكهربائية السالبة والأخرى تحمل الشحنة الكهربائية الموجبة وبذلك ينتج عن التصادم شرارة قوية تصدر علي هيئة الضوء الذي نراه فجأة ثم يختفي في الأيام ذات الطقس السيء، كما أن هذا الضوء يعقبه صوت عالٍ قادم من السماء وهو ما يسمى بالرعد، والإثنان معاً يطلق عليهم اسم الصاعقة.

البحوث العلمية التاريخية

بنيامين فرانكلين (1706-1790) سعى لاختبار نظرية أن الشرار يتشارك في بعض التشابه مع البرق باستخدام البرج الذي كان يتم بناؤه في فيلادلفيا. في انتظار الانتهاء من البرج، حصل على فكرة استخدام جسم طائر مثل طائرة ورقية. خلال العواصف الرعدية التالية، والتي كانت في يونيو 1752، ذكر أنه رفع الطائرة الورقية في السماء، بمرافقة ابنه الذي يرافقه كمساعد له. على نهاية السلك قام بإرفاق مفتاح، وربطه مع صندوق بريد عن طريق خيط حريري. ومع مرور الوقت، لاحظ فرانكلين الألياف التي تم خسارتها تتمدد لخارج الخيط؛ ثم جلب يده بقرب المفتاح وقفزت شرارة. الأمطار التي سقطت خلال العاصفة قد أرهقت الخيط وجعلته موصل للكهرباء.

لم يكن بنجامين فرانكلين أول من يقوم بتجربة الطائرة الورقية. توماس فرانسوا ديلابارد وديلورس قاما بها في مارلي-لا-فيل في فرنسا قبل بضعة أسابيع من تجربة فرانكلين.^[1][2] في سيرة فرانكلين الذاتية المكتوبة بين عامي (1771-1788) والمنشورة لأول مرة في 1790، صرح فرانكلين أنه قام بالتجربة بعد تجربة الفرنسيين التي وقعت قبل اسابيع من تجربته، دون علم مسبق له في 1752.^[3]

بعد انتشار أخبار التجربة وتفاصيلها، قام البعض بمحاولة تكرار لها. مهما يكن، التجارب التي تتضمن استخداما لبرق تكون خطرة دائماً وتكون مميتة بشكل متكرر. إحدى أشهر حالات الوفاة المعروفة التي كانت في فترة مقلدين فرانكلين هو البروفيسور جورج ريتشمان من سانت بترسبرغ في روسيا. قام بتجهيز عدّة مشابهة لعدّة فرانكلين كان ينوي القيام بها في كلية العلوم عندما سمع صوت برق. ذهب وقتها إلى البيت مسرعاً ومعه حافر قوالب معدني لكي ينتهز الفرصة. وفقاً للشهود، عندما كانت التجربة قيد التجهيز، ظهرت كرت برق واصطدمت في رأس ريتشمان، مما أدى إلى وفاته.

على الرغم من أن التجارب في وقت فرانكلين أظهرت أن البرق يقوم بتفريغ الكهرباء الساكنة، كان هناك تغيير طفيف حيال فهم نظرية البرق (خصوصاً عن كيفية نشوءها) لمدة 150 عاماً.

الدفعات الجديدة من الباحثين الجدد يأتون من مجالات هندسة الطاقة: كما في خطوط نقل الطاقة الكهربائية دخلت حيّز الخدمة، يحتاج المهندسين معرفة الكثير عن البرقلتوفر حماية كافية للخطوط والمعدات. في 1900 قام نيكولا تيسلا بتوليد برق اصطناعي عن طريق استخدام ملف تيسلا كبير، مما يتيح من توليد تردد جهد عالي ضخم بما يكفي لإنشاء برق.

خصائص

 يضرب البرق بشكل متردد غالباً في جمهورية الكونغو الديموقراطية. جمعت البيانات بين 1995–2003 من محقق البصريات المتنقل ومن حساسات تصوير الصواعق.

متوسط الصاعقة التي تضرب محملتاً بالشحنات السالبة هو 30 كيلو أمبير، وتنقل ماقيمته خمسة كولومات و 500 جول من الطاقة. الصواقع الشديدة للبرق من الممكن أن تحمل ما قيمته 120 أمبير و 350 كولوم^[6]. الجهد الكهربائي متناسب مع طول الصاعقة.

أما متوسط الصاعقة التي تضرب محملتاً بالشحنات الموجبة، تحمل 300 أمبير من الطاقة الكهربائة، مايساوي عشرة أضعاف متوسط الصاعقة المحملة بالشحنات السالبة.

ليس فقط في حالة الانكسار الكهربائي في الهواء، يكون البرق في أوج تطوره، مع أنها توفر ماقيمته ثلاثة مليون فولت لكل متر. الحقول الكهربائية المحطية مطلوبة من أجل توالد وتنامي عملية البرق، والتي تكون أحد أو اثنين من القيمة الأساسية، أقل من مقاومة الانكسار الكهربائي. الجهد الكامل ينحدر داخل قناة لصاعقة معاكسة تطورت إلى حدٍ جيد، على حسب ترتيب المئات من الفولتات لكل متر بسبب شدة التأين للقناة، مما ينتج خروج قوة حقيقة تقدر بالميغا واط لكل متر لقوة صاعقة عكسية قيمتها 100 أمبير^[7]. متوسط العلو لمخرجات طاقة كهربائية لصاعقة واحدة، هو حوالي تيراواط (10¹² W) وتدوم مدة الضربة لثلاثين مايكروثانية^[8].

ترفع ضربة البرق درجة حرارة الهواء بشكل متزايد للأماكن الملاصقة للضربة إلى حدود 20,000 °م (36,000 °ف) - حوالي ثلاثة مرات درجة حرارة سطح الشمس. ويقوم حينها بضغط الأجواء الصافية المحيطة بالضربة وينتج مويجة صدمة أسرع من الصوت، والتي تضمحل إلى موجة صوتية والتي تسمع وتسمى بالرعد.

الضربة المعاكسة لصاعقة البرق تتبع شحن للقناة لما عرضة سنتيمتر (0.4 إنش).

الأماكن المختلفة لها جهود كهربائية مختلفة وتيارات مختلفة لمتوسط ضربات البرق. على سبيل المثال, في ولاية فلوريدا، والتي بها أكبر عدد مسجل لضربات البرق في الولايات المتحدة في فترة معينة خلال فصل الصيف، بها الكثير من الأراضي الرملية في بعض المناطق، وأخرى مليئة بالسماد الموصل. على قدر ما هي (ولاية فلوريدا) ممتدة على شبه جزيرة، فهي محاطة بمياه المحيط من ثلاث جهات. والنتيجة هي التطورات اليومية لهيجان الحدود للبحر والبحيرات والتي تتعارض وتنتج الكثير من العواصف الرعدية. الاختلاف في أية حالة للطقس ربما يؤدي إلى تجانس مستويات مختلفة للفولتات بين الغيوم والأرض. وجد علماء الناسا أن موجات الراديو التي تنتج بواسطة البرق هي منطقة صافية وآمنة في الحزام الإشعاعي المحيط بالأرض. هذه المنطقة تعرف بـ شِق (حزام فان ألن الإشعاعي)، والتي هي مرفأ آمن للأقمار الصناعية، وكأنها تعرض الحماية من إشعاعات الشمس الخطرة^[9][10][11].

سرعة البرق

تبلغ سرعة البرق بضعة عشرات إلى مئات من الكيلومترات في الثانية الواحدة (قد تصل إلى 250 كيلومتر في الثانية للقائد و100 ألف كيلومتر في الثانية للدارة المقصورة الراجعة من الأرض). يلبس البعض بين سرعة البرق وبين سرعة الضوء حيث يعتقدون بأنها نفس السرعة نظراً لما يرونه من إشعاع عبر مسار الصاعقة حيث يكون انتشار الأخير بسرعة الضوء.

تكون سرعة الذيل الأسفل التي تغادر سحابة إلى الأرض أكثر من غيرها عادة، مع ذلك لا زالت أقل بكثير من سرعة الضوء. لما كانت عملية التفريغ محتوية على إلكترونات تم فصلها عن ذراتها فإنها تتسارع تحت تأثير المجال الكهربائي الناجم عن فرق الجهد الكهربائي بين السحابة وبين الأرض. تصطدم هذه الإلكترونات بجزيئات وذرات أخرى في طريقها محررة إلكترونات أخرى، مخلفة بالتالي قناة من الهواء المتأين.

من ناحية أخرى فإن هذه العملية لا تتم دفعة واحدة وإنما على دفعات متتالية. يأخذ "القائد" -leader (أول ضربة للتفريغ البرقي) مجراه على مراحل، محدثاً برقاً على طول 30 متر تقريبا في كل مرحلة وبزمن مقداره حوالى ميكروثانية (جزء من مليون من الثانية). كما أن هناك فترة توقف تبلغ حوالى 50 ميكروثانية بين كل مرحلة والتي تليها.

عند اقتراب الشحنات من الأرض يحدث التحام بينها وبين الشحنات الصاعدة من الأرض مكونة قصر في الدائرة. تبلغ سرعة عودة البرق من الأرض نحو المنطقة المتأينة سرعات عالية قد تصل إلى ثلث سرعة الضوء، مخلفاً الجزء الأعظم من الضوء الوهاج.