ما هي الكهرباء الساكنة وكيف تعمل وأبرز تطبيقاتها
الكهرباء الساكنة موجودة في حياتنا اليومية، وربما شعرت بها مرة عندما قمت بسرعة وشعرت بصدمة أو حتى خلعت قبعتك في يوم شتاء جاف فرأيت كيف يرفع شعرك. فتسألت كيف يحصل ذلك، في الواقع هذا ما يحصل نتيجة الشحنات الكهربائية الساكنة، نستعرض أدناه تعريفها وكيفية تشكلها وبعض الأمثلة عنها وأبرز أضررها وكيفية الاستفادة منها.
ما هي الكهرباء الساكنة ولماذا سميت بهذا الاسم؟
الكهرباء الساكنة هي شكل من الكهرباء ينتج عن عدم التوازن بين الشحنات الموجبة والسالبة داخل مادة ما، يحدث عندما تنتقل الإلكترونات من مادة إلى أخرى. فعندما تكون المادة المستقبلة للإلكترون معزولة فإنها تميل إلى التمسك بالإلكترونات، بالتالي تتراكم الشحنة الكهربائية.
بسبب أن هذه الشحنة لا تتحرك سُميّت بالكهرباء الساكنة، لكن عندما تسمح الظروف تدفق الشحنات المتراكمة، فيتم تفريغ فائض الكهرباء الساكنة وتصبح الكهرباء المعروفة.
بعبارة آخر: الكهرباء الساكنة هي أحد فروع الفيزياء تدرس وتحلل سلوك الشحنات الكهربائية في حالة توازن، أو هي التأثيرات المتولدة في الأجسام نتيجة شحناتها الكهربائية، سواء كانت جاذبية أو تنافر.
فإذا احتككت مادتان ببعضهما البعض مرت الإلكترونات من سطح إلى آخر، فإذا كانت المادة مشحونة كهربائيًا تجذب أو تنفر إلكترونات المادة الأخرى.
تعرف على حزام المعصم المضاد للكهرباء الساكنة
اكتشاف الكهرباء الساكنة
تعود أولى علامات دراسة الكهرباء الساكنة إلى زمن الإغريق القدماء، حيث حدد الفيلسوف تاليس من ميليتس (624 قبل الميلاد – 546 قبل الميلاد) سلوكيات غريبة قائمة على الاحتكاك بين العنبر والأقمشة كالصوف فتولدت قوة جذابة. د
ثم أٌجريَت التحليلات الأولى للعلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية في القرن السابع عشر لتحسين دقة البوصلات المغناطيسية. حيث حلّل العالم الإيطالي نيكولو كابيو الدراسات التي أجراها الفيزيائي البريطاني ويليام جيلبرت وتوصل إلى وجود قوى جذب وتنافر بين الأجسام بحسب خصائصها.
بعد ذلك، اقترح الفيزيائي والكيميائي الفرنسي Francois de Cisternay du Fay في عام 1733 وجود نوعين من الشحنات الكهربائية: سالبة وإيجابية. وفي عام 1785 قام الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولوم أيضًا بإضفاء الطابع الرسمي على المفاهيم الكمية للقوى الكهربائية في أطروحة. فصاغ قانون كولوم، الذي قدم مقترحات حول التجاذب والتنافر مع الشحنات الكهربائية الساكنة. بعد ذلك استكمَل هذا القانون بنظرية غاوس التي حددت الظواهر الكهروستاتيكية.
لكن كيف يتم توليد الكهرباء الساكنة؟ وما هي أنواعها؟
ماهي طرق توليد الكهرباء الساكنه ؟
لفهم كيفية تشكل الكهرباء الساكنة يجب تذكر أساسيات الذرات والمغناطيسية، حيث أن:
- تتكون الأجسام المادية من ذرات، في داخل الذرة بروتونات وإلكترونات ونيوترونات. إذ تكون البروتونات موجبة الشحنة، والإلكترونات سالبة الشحنة، والنيوترونات متعادلة.
- لذا، تتكون الأجسام من شحنات، حيث تجذب الشحنات المتقابلة بعضها (سلبي إلى إيجابي أو بالعكس)، في حين تتنافر الشحنات المتشابهة (موجبة إلى إيجابية أو سلبية إلى سلبية).
- غالباً، تكون الشحنات الموجبة والسالبة متوازنة في جسم ما فتجعله محايدًا.
كما أشرنا تتشكل الكهرباء الساكنة عندما يتلامس جسمان أو أكثر وينفصلان ثانية، تنتقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى بإحدى الطريقتين:
- الشحنة الكهربائية عن طريق الاحتكاك: تشحن بعض الأجسام بعد احتكاكها ببعضها، مما ينتج عنه انتقال الإلكترونات، إذ يكون أحد الأشياء مشحونًا كهربيًا والآخر كهربيًا.
- الشحنةالكهربائية عن طريق الحث: هذا لا يتطلب الاتصال بين الأشياء لتوليد شحنة كهربائية. فلو كانت المادة تحتوي شحنة سالبة واقتربت من جسم محايد كهربائيًا، يتم صد إلكترونات المحايد بواسطة الإلكترونات الزائدة عن المشحون، بالتالي يتحرك الجسم المحايد للابتعاد عن الجسم المشحون.
فعندما تتلامس الذرات مع بعضها، تنتقل الإلكترونات فيما بينها، حيث تفقد المواد التي تخسر الإلكترونات شحنة سالبة، فتصبح مشحونة إيجابًا حيث يصبح عدد البروتونات أكثر من الإلكترونات. على الجانب الآخر، تصبح المادة التي تكتسب إلكترونات سالبة الشحنة.
مع انتقال المزيد من الإلكترونات من مادة إلى أخرى نتيجة الاتصال المتكرر بينهما تتراكم شحنة سالبة إضافية فيحدث تأثير الاحتكاك الكهربائي. لكن أين توجد الكهرباء الساكنة في الحياة اليومية؟
ما هي الطاقة الكهربائية وأهم مصادرها؟
أمثله على الكهرباء الساكنة في يومنا
من الأمثلة على الكهرباء الساكنة في حياتنا اليومية:
فرك جسمين معًا
خاصةً إذا كانت الأجسام عازلة والهواء المحيط جافًا كما يحدث عندما سحب قدميك بالجوارب عبر السجادة: تتراكم الكهرباء الساكنة في الجسم، فإذا لمس شخص ما نفس المكان قد يشعر بصدمة كهربائية.
إذ تكتسب كل من قدمك والسجادة شحنة متساوية ومعاكسة، وتتطور بينهما قوة جذابة، حيث تجرد الذرات الموجودة في جسمك الإلكترونات بعيدًا عن السجادة وتترك وراءها شحنة موجبة على ألياف السجادة.
فرك قطعة من الزجاج بقطعة قماش: عندما تكون قطعة القماش سميكة بدرجة كافية يصبح الزجاج العازل مشحون كهربائيًا ويجذب أي جزيئات صغيرة قريبة.
التمشيط: يتكون المشط من مادة بلاستيكية عازلة، فعند تمريره عبر الشعر بشكل متكرر يشحن بالإلكترونات فيرتفع الشعر.
ضربة البرق
تحدث عندما تتراكم منطقة من السحابة فائضًا من الشحنة الكهربائية. حيث تتشكل جزيئات البَرَد الصغيرة في السحابة عندما تتجمد الرطوبة في الهواء، وتنقل هذه الجسيمات الشحنة أثناء نموها، وتتحرك داخل السحابة، وتتصادم مع بعضها. عندما تتشكل جزيئات البَرَد المشحونة الإضافية، يحدث فصل الشحنة، حيث يعمل الهواء كعازل بين الجسيمات المشحونة في السحابة وكذلك بين السحابة والأرض. عندما يكون فائض الشحنة كبيرًا يتغلب على القدرة العازلة للهواء، فيتم تفريغ الكهرباء الساكنة بين السحب أو بين الأرض والسحابة.
دليل شامل عن مزودات الطاقة ( Power Supply )
تطبيقات الكهرباء الساكنة
أبرز استخدامات الكهرباء الساكنة:
فلاتر الهواء وأجهزة إزالة الغبار
إذ يستفاد من اختلافات الشحن بين المواد لإزالة الجسيمات المحمولة بالهواء. عندما تمر جزيئات الهواء المشحونة إلكتروستاتيكيًا عبر نظام الفلتر، تلتقطها طبقات المرشح، التي لها شحنة معاكسة وتحبسها.
الطباعة على آلات التصوير أو الليزر
شعاع الضوء الذي ينير الصورة أو النص في عملية المسح ينقل الشحنة الكهربائية إلى أسطوانة حساسة للضوء. يلتصق مسحوق الحبر ذو الخصائص المغناطيسية بالأجزاء التي تتحسس بواسطة شعاع الضوء عند المرور عبر الأسطوانة. فعندما تمر الورقة عبر الأسطوانة تتقشر مادة الحبر وتلتصق بالسطح، مما يؤدي إلى نقل محتويات الأسطوانة.
أضرار الكهرباء الساكنة
إن تراكم الشحنة الساكنة ليس مفيدًا دائمًا وأبرز أضرار الكهرباء الساكنة:
قد تسبب تلف المكونات الكهربائية المهمة في رقائق الكمبيوتر وغيرها من المكونات.
الاحتكاك الذي يحدث أثناء ضخ السوائل عبر الخراطيم أو خطوط الأنابيب قد يسبب في تراكم شحنة ثابتة. ففي حال كانت هذه السوائل أو الغازات التي تنتجها قابلة للاشتعال عندما تتلامس هذه الشحنة الساكنة مع جسم مؤرض قد تخلق شرارة فتشتعل هذه المواد.
باختصار، يُفهم أن الكهرباء الساكنة هي الظاهرة التي تحدث بين جسمين يتراكمان الشحنات الكهربائية، إما عن طريق عمليات الحث أو الاحتكاك.
تابعونا على الفيسبوك ∇ وإنستقرام.
تابعونا على التليجرام.
