الفيزياء

أمثلة حياتية توّضح كيفية توّلد الكهرباء الساكنة

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية توّلد الكهرباء الساكنة الكهرباء الساكنة الفيزياء

إذا جربت أن تمشي على سجادة ثم تمسك مقبض الباب ستشعر بصعقة كهربائية.

وإذا كنت تسير في جو بارد وترتدي قبعة صوفية، فما إن تخلع القبعة حتى ترى أن شعر رأسك قد انتصب واقفاً. هذان مثالان على أثر الكهرباء الساكنة غير المألوف.

 

تقوم الخلايا والبطاريات (كما رأينا في النشاطين 1 و 2) بتخزين التيار الكهربائي وتنقله حول الدارة. تسمى الكهرباء التي تنتقل حول الدارة " التيار الكهربائي ".

وقد استُعمل التيار الكهربائي على النحو الذي نفهمه الآن منذ نهاية القرن الثامن عشر، واقتصرت معرفة الناس بالكهرباء قبل تلك الفترة على النوع الذي لا ينتقل ضمن الدارة الكهربائية التي نعرفها اليوم، أو ما يسمى بالكهرباء الساكنة.

 

الكهرباء اللاصقة

تحتوي كل ذرّة عادة على عدد الجسيمات ذاته التي يطلق عليها اسم البروتونات والإلكترونات. البروتونات هي جسيمات لها شحنة موجبة، بينما الإلكترونات هي جسيمات لها شحنة سالبة.

وتقوم البروتونات والإلكترونات بموازنة بعضها بعضاً، غير أنه يمكن إزالة الإلكترونات أحياناً عن الذرّات. فعلى سبيل المثال، عندما تقوم بفرك بالون على شعرك.

تقفز الإلكترونات من شعر رأسك إلى البالون، ويصبح البالون في هذه الحالة محتوياً على عدد زائد من الإلكترونات ونقول عندئذٍ أنه يملك شحنة من الكهرباء الساكنة.

 

ولأن البالون الآن أصبح يملك عدداً من الإلكترونات، يفوق عدد البروتونات، فهو ذو شحنة سالبة، أما شعرك فقد أصبح عدد البروتونات فيه أكثر من الإلكترونات، وبهذا فهو ذو شحنة موجبة.

وينجذب البالون ذو الشحنة السالبة إلى أي جسم ذي شحنة موجبة، مثل الثياب أو الجدار، ويلتصق بها.

 

سريان الالكترون

ما علاقة هذا كله بالصعقة الكهربائية أو انتصاب الشعر؟

عندما تخلع قبعتك الصوفية، فإنها تحتك بشعرك وتنتقل بعض الإلكرتونات من شعرك إلى القبعة ، فيصبح شعرك كله مشحوناً بشحنة موجبة (لأن كل شعرة فقدت إلكتروناتها).

وبما أن الأجسام التي تمتلك الشحنة نفسها تتنافر عن بعضها، فإن الشعر أيضاً يحاول الابتعاد قدر الإمكان عن بعضه بعضاً .

 

وأبعد مسافة تستطيع الشعرات أن تبلغها هي أن تنتصب على رأسك مبتعدة عن بعضها بعضاً.

أما بالنسبة للصعقة التي تعرضت لها بعد مشيك على السجادة وإمساكك قبضة الباب .

 

فإن الإلكترونات انتقلت من السجادة إلى جسمك، فأصبحت تملك شحنة سالبة (كمية زائدة من الإلكترونات).

وعندما لامست يدك قبضة الباب، قفزت الإلكترونات منك إلى قبضة الباب فشعرت بالصعقة.

 

الكهرباء في الغيوم

تحتك جسيمات الماء أو الجليد في الغيوم العالية مع بعضها بعضاً فتصبح مشحونة بالكهرباء الساكنة. ومع مرور الوقت يصبح الجزء الأعلى من الغيوم مشحوناً بشحنة موجبة (أي أنه يفقد إلكترونات)، بينما يصبح الجزء السفلي منها ذا شحنة سالبة (أي أنه يكسب إلكترونات).

وعندما يصبح الفرق بين الشحنة العلوية والشحنة السفلية كبيراً يجري تفريغ الشحنة الكهربائية، فيحدث البرق.

وفي الوقت نفسه تجذب الجسيمات ذات الشحنة السالبة في أسفل الغيوم الجسيمات الموجبة الموجودة على الأرض فينطلق وميض برق أصفر باتجاه الغيوم تسري الإلكترونات بسهولة عبر المعادن ذات البنية (البلورية) العادية.

 

لذلك نجد أن الأسلاك المعدنية تنقل التيار الكهربائي بكفاءة عالية جداً، ويطلق على هذه المواد اسم موصلات أو ناقلة لأنها تُوصل تنقل الكهرباء .

أما المواد الأخرى، مثل البلاستيك والمطاط والملابس والشعر فتكون ذرّاتها متراصة بحيث لا تستطيع إلكتروناتها الانتقال بحرية وحمل التيار، ما يجعلها موصلات رديئة للكهرباء.

وتسمى الموصلات الرديئة " العوازل " لأنها تعزل (أو تحمي) الأشخاص من أخطار التأثيرات الكهربائيـة. وتغطي الأسلاك الكهربائية المستخدمة من أجل نقل التيار الكهربائي بغلاف بلاستيكي لكي تحول دون تعرضنا لخطر الصعقة الكهربائية.

 

يعتمد التيار الكهربائي على قدرة الشحنة (الإلكترونات الزائدة) للانتقال من مكان إلى آخر عبر الأسلاك الموصلة.

وتتولد الكهرباء الساكنة عادة عندما تتجمع الشحنة في مكان واحد بسبب عدم قدرتها على السريان إلى مكان آخر.

فعندما تقوم بدلك البالون المطاطي المكون من مادة عازلة تبقى الإلكترونات الزائدة( ذات الشحنة السالبة ) على البالون لأن البلاستيك والهواء المحيط به ناقلان رديئان للكهرباء .

 

ونلاحظ أن الكهرباء الساكنة تكون أكثر حدوثاً خلال فصلي الخريف والشتاء عندما يكون الهواء جافاً على نحو كبير، أما خلال أشهر الصيف فيكون الهواء أكثر رطوبة.

ويساعد الماء الزائد في الهواء على انتقال الإلكترونات على نحو أسرع، لذلك لا تستطيع الأجسام حشد الكثير من الشحنات الساكنة.

نستطيع من خلال المكشـــاف الكهربائي معرفة فيما لو أن جسماً ما يحتوي على شحنة كهربائية أم لا، وفي هذا النشاط يُمكنك صنع مكشاف واستخدامه لاختبار مدى احتفاظ الأجسام المختلفة بالشحنات الكهربائية .

 

رش الكهرباء الساكنة

تقوم الطائرات الزراعية برش الأسمدة أو المبيدات الحشرية فوق المزارع.

وللتأكد من عدم تطاير تلك الأسمدة أو المبيدات، تُزوّد المبيدات أو الأسمدة بشحنة كهربائية سالبة، حيث تنجذب الأسمدة أو المبيدات المزودة بشحنات سالبة نحو النباتات أو التربة التي تكون محايدة أو ذات شحنة موجبة، وبهذا تسقط المواد الكيماوية على الأرض بدلاً من تطايرها في الهواء.