الفيزياء

كيفية وصول العلماء لتوليد “الكهرباء” بواسطة البطارية

2015 عصرا البخار والكهرباء

براون بير

KFAS

البطارية كيفية توليد الكهرباء الفيزياء

قبل العام 1800 كان العلماء يعرفون الكهرباء الساكنة فقط ، وتتألف الكهرباء الساكنة من سحبة موجبة أو سالبة لكل جسم وعادة ما تتولد هذه الشحنة عن طريق الاحتكاك .  ثم قام أحد النبلاء الإيطاليين بتوليد تيار كهربائي ، أي كهرباء في حالة حركة.

في عام 1791 وصف الطبيب الإيطالي لوجي غالفاني (1737 – 98)ما أسماه "كهرباء الحيوانات". 

فبينما كان يشرح ضفدعاً ميتاً لاحظ أن عضلات الضفدع ترتعش حين يلمسها بواسطة معدنين مختلفين . 

 

ثم في عام 1800 قام الكونت أليساندرو فولتا (1745 – 1827) ، وهو طبيب إيطالي ، باستبدال نسيج الحيوان بقرص من الكرتون المشبع بمحلول الملح ، ووضع قطعة من النحاس أو الفضة على أحد الجانبين وقطعة من الزنك على الجانب الآخر ، فحملت الأسلاك المتصلة بالصفائح المعدنية التيار الكهربائي . 

وقد وجد فولتا أنه يمكن الحصول على فولتية (جهد كهربائي) أعلى عن طريق وضع أكداس من الأقراص ليشكل ما صار يعرف بالعمود الفولتي ، وبهذا صنع أول بطارية حقيقية .

 

تحسين النظام

اليوم يطلق العلماء على هذه البطارية اسم الخلية الأولية ، وتسمى قطع المعادن الأقطاب والمحلول يسمى المنحل الكهربائي.

في عام 1836 صنع الكيميائي الإنجليزي جوان دانيال (1790 – 1845) خلية أولية أكثر فاعلية ، وكان لها قطب عبارة عن قضيب من الزنك مغطس في حمض الكبريت المنحل موضوع في إناء الخزف .

وقام بتغطيس الإناء في وعاء من النحاس (الذي بدوره قام بوظيفة القطب الآخر) يحتوي على محلول كبريتات النحاس . 

 

وفي خلية دانيال يتدفق التيار الكهربائي من النحاس (القطب الموجب أو الأثود) إلى الزنك (القطب السالب أو الكاثود) . 

وتعطي تياراً أكثر ثباتاً من خلية فولتا ، كما أنها تتخلص من مشكلة التقطيب (أي تراكم فقاعات الهيدروجين على قطب النحاس الذي يعمل في نهاية المطاف على إيقاف تدفق الإلكترونات ويؤدي إلى إيقاف عمل العمود الفولتي .

أما خلية ليكلانتشي ، وهي عبارة عن بطارية اخترعها المهندس الفرنسي جورج ليكلانتشي (1839 – 82) عام 1866 ، فهي أيضاً تتفادى مشكلة التقطي ، إذ تتكون أيضاً من كاثود من الزنك يتم تغطيسه في منحل كلوريد الأمونيوم . 

 

أما الأنود فهو عبارة عن قضيب من الكربون يحيط به مسحوق ثاني أكسيد المغنيسيوم ، وفي هذه الأيام يمتلك النوع الشائع من البطاريات الجافة مثل هذا النظام.

حيث يستخدم غلاف من الزنك يحتوي على معجون من كلوريد الأمونيوم مع قضيب من الكربون يحيط به مسحوق من ثاني أكسيد المغنيسيوم عند مركزه .

 

استخدام معادن أخرى

كما استخدم الكيميائي الألماني روبرت بونسون (1811 – 99) خلية أولية تتألف من الزنك والكربون ، وباستخدام منحلات من الأحماض استطاع أن ينتج 1,9 فولتاً من الكهرباء . 

أما خلية الكادميوم ، التي اخترعها عام 1839 المهندس الكهربائي الأمريكي والإنجليزي المولد إدوارد ويستون (1850 – 1936) فتنتج 1,0186 فولتاً من الكهرباء.

 

وفي عام 1908 قبل بها المجتمع العلمي كفولتية معيارية تعرف باسم خلية وستون المعيارية ، وتتألف من قطب سالب من الزئبق (كاثود) وقطب موجب يتكون من خليط من الكادميوم والزئبق (الأنود) ويتكون المنحل من محلول كبريتات الكادميوم . 

أما خلية كلارك المعيارية التي اخترعها المهندس الكهربائي الإنجليزي جوسيا كلارك (1822 – 98 ) قبل ذلك ب 21 عاماً (أي عام 1872) فهي تستخدم الزنك بدلاً من الكادميوم .

 

المركمات

تتوقف الخلية الأولية عن العمل حين تفرغ شحنتها بالكامل .  وهناك نوع آخر من الخلايا يسمى الخلية المختزنة أو المركم الكهربائي يمكن أن إعادة شحنها . 

ويعتبر هذا المركم الذي يتألف من الرصاص والحمض ، اخترع عام 1859 على يد الكيميائي الفرنسي غاستون بلانيت (1834 – 89) من النوع الأقدم والأكثر استخداماً حتى الآن . 

يتألف هذا المركم من قطب واحد (أو صفيحة واحدة) من الرصاص وواحد من الرصاص المغلف بأكسيد الرصاص المغطس في منحل من الحمض الكبريتي . 

 

يستخدم هذا النوع من البطاريات في معظم المركبات .  أما المركم القلوي الذي يتكون من النيكل والحديد أو خلي ني – في ، فهو نوع آخر اخترعه عام 1900 المخترع الأمريكي توماس إديسون (1847 – 1931) . 

حين تفرغ شحنة المركم يمكن ربطه بتيار مباشر وإعادة شحنه .  على سبيل المثال حين يدور محرك مركبة فإنه البطارية تشحن بشكل متواصل.

التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪إنشاء مستشفيات جديدة في ووهان
ع إبلاغ المستشفيات القائمة عن نقص في الأسرّة بسبب زيادة الطلب الناجم عن انتشار فيروس كورونا السريع، قررت الصين في 24 يناير البدء ببناء مستشفيات جديدة. بعد أقل من أسبوعين، فتحت أبواب المرافق الطبية الجديدة لاستقبال أول المرضى.
أنشئ مستشفيان جديدان في ووهان، عاصمة مقاطعة هوبي، في الأسبوع الأول من شهر فبراير. واستغرق الأمر أقل من أسبوعين للانتقال من وضع حجر الأساس في الموقع إلى البدء باستقبال أول المرضى. والمستشفيان الجديدان - مستشفى ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
‫‪حياة في الزُّهرة
ي الأسبوع الماضي فريق فلكي عالمي اعلن عن اكتشاف اثار و علامات حيوية ممكن ان تكون صادرة من حياة على كوكب الزهرة و هذه العلامة هي عبارة عن اكتشاف مركب يسمى الفوسفين متواجد في طبقات الغلاف الجوي .. و قد و نضع تحت قد خطوط حمراء .. قد تكون هذه المادة صادرة من حياة هناك و بالاخص من الميكروبات .. هكذا أعلنت الجمعية الملكية الفلكية في مؤتمرها الأسبوع الماضي .. للامانة هذا الخبر يجب الا يمر مرور الكرام و هو خبر ضخم جدا جدا .. صاعق و مفرح و غريب و مشاعر ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪بطاريات نووية آمنة وطويلة الأمد قد تكون حقيقة واقعة قريبًا
قلم:    ديفيد هامبلينغ
ترجمة: مي بورسلي
في عام 1977 انطلق المسباران فوياجر Voyager لبدء ما سيثبت أنه أطول الرحلات التي قطعتها أجسام من الأرض على الإطلاق. حاليا، غادرت المركبتان المجموعة الشمسية والمسبار فوياجر 2 يرسل إلينا قياسات الفضاء بين النجوم. ومع تقدم الإنجازات، فإنها تُصنف من بين أعمق الإنجازات البشرية. ولكن نادرًا ما يُحتفى بأحد الجوانب الحاسمة لهذا النجاح: فمن المؤكد أن لدى هذين المسبارين بطاريات جيدة.
في ظروف الحياة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪السبات البشري..
الوكالة ناسا تبحث منذ عام 2014 فكرة السبات الطويل كوسيلة محتملة لتسهيل السفر إلى الفضاء السبات البشري يحمي رواد الفضاء من خطر الإشعاعات الكونية وتداعيات انعدام الجاذبية ومرض حمى المقصورة حسن الخاطر باحث وكاتب علمي السعودية
تستغرق رحلة السفر إلى المريخ نحو سبعة أشهر بالتقنيات الحالية، في حين نحتاج إلى نحو تسع سنوات للوصول إلى الكوكب القزم بلوتو. وعندما نريد الذهاب إلى النجم ألفا سنتوري الذي يبعد عن الأرض أكثر من أربع سنوات ضوئية ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪مؤشر الابتكار العالمي 2020.. كوفيد-19 وتمويل الإبداع
أزمة كوفيد-19 ستؤثر في مجال الابتكار، وعلى قادته التصرف خلال الانتقال من مرحلة الاحتواء إلى مرحلة التعافي البحث العالمي المشترك عن حلول صحية للحد من تداعيات جائحة كورونا أظهر مدى قوة التعاون العالمي وأهميته  محمد الحسن كاتب علمي ومحرر، الكويت
    فيما كان العالم يسير بوتيرة متميزة في مجال الابتكار في السنوات القليلة الماضية، ويحقق إنجازات مهمة في هذا الشأن على صعيد معظم دول العالم، تغير المشهد كثيرا في الربع الثاني من العام ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪أشباح داخل الجهاز
ظرة داخل مقياس الطيف الكهروستاتيكي الكبير، قلب تجربة كارلسروي تريتيوم نيوترينو، اختصاراً: التجربة كاترين
يصب الفيزيائيون تركيزهم على كتلة النيوترينو، أكثر الجسيمات تحت دون الذرية في الطبيعة مراوغةً. إذْ يُظهر أحدث قياس فائق الدقة أجرته تجربة في ألمانيا أن كتلة النيوترينو أقل بمقدار نصف مليون مرة من كتلة الإلكترون، أخف جسيمات المادة الذرية العادية. ووفقاً للنموذج القياسي Standard Model -أهم ما توصل إليه علم الفيزياء خلال 300 عام ويصف ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪لماذا يتملكنا الغضب ؟
ي كل مرة نلقي فيها نظرة على هواتفنا أو نتحقق من مواقع وسائل التواصل الاجتماعي تقابلنا تغريدات غاضبة وعناوين تثير الغضب. لماذا يتملكنا الغضب جميعاً، وهل ثقافة الاتصال المستمر بالشبكة هي التي تستثير غضبنا؟
إيمي فليمنغ Amy Fleming
لقد صار الغضب العاطفة التي تميز القرن الحادي والعشرين، مثل شارة رُسم عليها إصبع يوجه الاتهام ونتباهى بحملها. من ردة الفعل المتهجم على شاي يوركشير تي Yorkshire Tea، عندما نُشرت صورة للسياسي المحافظ ريشي سوناك ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل يوشك نجم منكب الجوزاء على الانفجار؟
يمس لويد James Lloyd كاتب في بي بي سي ساينس فوكس BBC Science Focus.
ثمة شيء غريب يدور في كوكبة الجبار Orion constellation. ففي أكتوبر 2019 بدأ سطوع نجم منكب الجوزاء Betelgeuse الأحمر الذي يُعد كتف الجبار الأيمن أو الأيسر عندما ننظر إليه يخفت بشكل غير اعتيادي. وخلال يناير وفبراير 2020، وصل إلى مستوى قياسي منخفض؛ نحو %40 من سطوعه المعتاد. نحن نعلم أن منكب الجوزاء نجم ناضج، وأنه سينفجر ذات يوم ليشكل سوبرنوفا مستعر أعظم Supernova. لكن خفوته ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪"فَمُ الحُوتِ" ...كوكب ما زال يفاجئ العلماء
في عام 2008 أعلن فلكيون اكتشاف كوكب خارجي سمّي فم الحوت ب بعد أن توقّع بعضهم وجوده قبل ذلك بثلاث سنوات البحوث العلمية المستمرة حول ذلك الكوكب أظهرت في أواخر أبريل من عام 2020 أنه لا وجود لهذا الكوكب! الاكتشاف الفعلي لكواكب خارجية جرى في تسعينات القرن العشرين حين استخدم الفلكيون أجهزة رصد متطورة وأقمارا اصطناعية وتقنيات حديثة د. أبو بكر خالد سعد الله أكاديمي وباحث، المدرسة العليا للأساتذة، القبة، الجزائر
في عام 2008 أعلن بعض ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الإغلاق الوبائي يُنشط البحث البيئي
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
بقلم:    إريك ستوكستاد
ترجمة: مي بورسلي
   بعد الإغلاق نتيجة تفشي مرض كوفيد-19 COVID-19 في وقت سابق من هذا العام، مُنع عالم الأحياء إدواردو سيلفا رودريغيز Eduardo Silva-Rodriguez من زيارة مواقعه الميدانية في ريف تشيلي، ونقل بحثه إلى مكان قريب من منزله. وقد أعدّ هو، والباحثون التشيليون الآخرون،  كاميرات ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪بكتيريا الأمعاء مكنتنا من السفر بعيداً
ساعدنا أقدامنا على المشي، لكن بكتيريا الأمعاء هي التي مكنتنا من الانتشار في مختلف بقاع الأرض، وفقاً لدراسة جديدة أجراها فريق من العلماء من جامعة ولاية كارولاينا الشمالية بالولايات المتحدة. ويقترح الباحثون أن الميكروبيوم Microbiome في أمعائنا كان العامل الحاسم الذي سمح لنا بالتكيف والعيش في أماكن جديدة. ولا تزال الفرضيات التي اقترحتها هذه الدراسة بحاجة إلى اختبارها من قبل علماء الأحياء القديمة Palaeoanthropologists والإيكولوجيين والباحثين ... (قراءة المقال)