لماذا لا نستخدم المجال المغناطيسي للأرض لتوليد الكهرباء

المجال المغناطيسي الأرضي، والمعروف أيضاً بالحقل المغناطيسي للأرض، هو الحقل المغناطيسي الذي يمتد من الداخل إلى الخارج، ويتفاعل مع تيارات الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس التي تعرف بالرياح الشمسية .

يتم إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق التيارات الكهربائية الناتجة عن حركة التيارات الحرارية في الحديد المنصهر في القلب الخارجي للأرض، وتعتبر هذه العملية طبيعية .

كيفية إنشاء التيار الكهربائي

هناك ثلاث طرق رئيسية لإنتاج التيار الكهربائي ، الطريقة الأولى هي البطاريات ، يحدث في البطاريات تفاعل كهروكيميائي يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من نوع من الذرات إلى نوع آخر من الذرات مع جاذبية أقوى للإلكترونات ، ولقد تم تصميم البطارية لإجبار هذه الإلكترونات على المرور عبر سلك إلى أجهزتك الإلكترونية .

الطريقة الثانية لتوليد التيار الكهربائي هي استخدام الخلايا الشمسية، حيث تمتص أشباه الموصلات الطاقة الضوئية وتحرك الإلكترونات فيها، وغالبًا ما يتم استخدام السيليكون لتوليد التيار الكهربائي. أما الطريقة الثالثة فتتمثل في تحريك سلك كهربائي في مجال مغناطيسي .

توليد الكهرباء عبر المجال المغناطيسي

تعد هذه الطريقة هي الطريقة الثالثة لتوليد تيار كهربائي، ويتم ذلك عن طريق تحريك سلك كهربائي بسرعة عبر المجال المغناطيسي، ويتم ذلك لأن الإلكترونات الموجودة في السلك لا يمكنها أن تشعر بالقوة المغناطيسية إلا إذا كانت تتحرك .

للحصول على ما يكفي من التيار للجميع ، يجب نقل الكثير من الأسلاك من خلال المجال المغناطيسي ، ويتم القيام بذلك عن طريق لف لفائف تحتوي على العديد من حلقات الأسلاك بسرعة في مجال مغناطيسي قوي ، وخلال كل منعطف من الملف تحصل الإلكترونات على ركلة من المجال المغناطيسي ويتم تحريكها على طول وهذا يخلق التيار الكهربائي .

الآلات التي تولد الكهرباء تسمى المولدات، ويمكن تدوير الملف لإنتاج الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتنوعة، مثل الطاقة الكهرومائية المتولدة من المياه المتساقطة، أو البخار الذي يتم إنتاجه من الفحم أو النفط أو الغاز، أو الطاقة النووية، أو الحرارة المنبعثة من الشمس، بالإضافة إلى توربينات الرياح التي تستخدم طاقة الرياح .

في معظم المولدات، يحصل الإلكترون على ركلة مغناطيسية في كل نصف دورة للملف، وفي الشوط الثاني يحصل على ركلة مغناطيسية في الاتجاه المعاكس، وهذا يعني أن اتجاه التيار يتبدل بسرعة عبر العديد من الدورات .

هذا التيار الكهربائي يسمى تيار المتردد أو التيار المتردد لفترة قصيرة. أما البطاريات فتنتج تيارا يتدفق في اتجاه واحد فقط ويسمى التيار المستمر أو التيار المباشر لفترة قصيرة. في المولدات، لا يتم استخراج الطاقة من الحقل المغناطيسي، بل يتم الحصول على الطاقة الكهربائية من الطاقة المستخدمة لتدوير الملف. يطلق العلماء على هذه الظاهرة اسم الطاقة الحركية .

المجال المغناطيسي للأرض

للإجابة على السؤال حول عدم استخدام المجال المغناطيسي للأرض لتوليد الكهرباء، فإن كمية التيار التي ينتجها المولد تعتمد على ثلاثة عوامل على الأقل، وهي عدد حلقات السلك في الملف، وسرعةلف الملف، وقوة المجال المغناطيسي .

هنا نجد أن الحقل المغناطيسي للأرض ضعيف جدا، لذا ستحصل على تيار قليل جدا من المولد، وذلك في حين أن الحقول المغناطيسية الأخرى أقوى بحوالي 6000 مرة من المجال المغناطيسي للأرض، ونجد أيضا أن الحقول المغناطيسية داخل المولدات الكهربائية تشبه هذا، حتى مغناطيس الثلاجة يحتوي على حقول مغناطيسية أقوى بحوالي 200 مرة من الأرض .