الكهرباء الساكنة والمتحركة

الكهرباء الساكنة 

هي فرع العلم الذي يتعامل مع ظاهرة الانجذاب الكهربي. منذ التاريخ القديم ومعروف أن بعض المواد تجذب الحبيبات الصغيرة بعد دعكها. كلمة إلكترون أطلقت على أجزاء كثيرة من العلم الطبيعي. ظاهرة الكهرباء الاستاتيكية جاءت من القوى الكهربية التي تحدث بين الشحنات المختلفة. هذه القوى وصفها قانون كولوم. ولكن هذه القوى تعتبر قوى ضعيفة, فالقوى الكهربية بين الالكترون والبروتون, التي تجعلهم منجذبين لبعض في ذرة الهيدروجين, حوالي 40 ماجنينيوت من قوة التجاذب بينهم.

تنشأ الكهرباء الساكنة بسبب تجمع الكترونات أو غيابها في منطقة ما.

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 لخطي 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 الآخر.

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.

الموقع التالي يوضح ظاهرة الكهربائية الأستاتيكية بالصور اضغط هنا لتذهب للموقع

 

ومن الجدير بالذكر ان الكهربائية الساكنة (الاستاتيكية)تستقر على سطوح الأجسام دائما وذلك لان الشحنات المتولدة على الجسم تكون من نوع واحد ونتيجه لذلك تنشأ قوى تنافر فيما بينها فتحاول أن تأخذ أقصى مسافة فيما بينها فتتجه إلى الخارج. وعلى هذا الأساس لا يصاب ركاب الطائرة بالصاعقة عند مرورهم من خلال غيمه مكهربة فتستقر الشحنات على سطح الطائرة ولا تتدخل إلى الداخل ولكن قد رجح العلماء بأن للكهرباء الساكنة وتواجدها على البشرة بشكل مباشر قد يساهم في الإصابة بسرطان الجلد، وقد بادرن كثير من الشركات بصناعة مضادات لهذه الظاهرة وقد تفرد المصنع العربي الوحيد لمنافسة المنتج المستورد لغلاء سعره وهو منتج سيف أون السعودي الصناعة.

سؤال : كيف يتم شحن الأجسام ؟
أ- الشحن بالدلك 
 إذا دلك جسمان متعادلان من مادتين مختلفين أو تلامسا جيدا فإن بعض الإلكترونات تنتقل من أحد الجسمين للآخر ، وعدد الإلكترونات التي يفقدها أحد الجسمين يساوي تماما عدد الإلكترونات التي يكتسبها الجسم الآخر ، لذلك تكون شحنتاها متساويتين في المقدار، مختلفتين في النوع . 

 

ب- الشحن باللمس
إذا اتصل (أو تلامس) جسم موصل مشحون مع موصل متعادل فإن الموصل المشحون يفقد جزءا من شحنته إلى الموصل المتعادل أي تكون شحنتاهما من نفس النوع ، ويتم توزيع الشحنة الكلية بحيث يبقى المجموع الكلي للشحنات ثابتا .

جـ- الشحن بالتأثير (الحث)
عند تقريب جسم مشحون شحنة موجبة مثلا من موصل معزول فإن الشحنة الموجبة للجسم الأول (الشحنة المؤثرة) تؤثر

 على الموصل الثاني حيث تتجاذب مع بعض الإلكترونات الحرة فيه فتتجمع هذه الإلكترونات عند الطرف القريب من الجسم المشحون وتتكون هناك شحنة سالبة في حين تتكون شحنة موجبة على الطرف البعيد والشحنة المتكونة بالتأثير تكون دائما اقل مقدارا من الشحنة المؤثرة وتختلف عنها في النوع .

وللكشف عن شحنة الأجسام ، نستخدم "الكشاف الكهربائي" ذا الورقتين المعدنيتين.

3- يتضح لك مما سبق أن الشحنات التي تفقدها مادة تكتسبها مادة أخرى ولذلك يمكننا القول أن الشحنات الكهربائية على الأجسام لا تفنى ولا تستحدث ولكن تنتقل من جسم لآخر وهذا هو " مبدأ حفظ الشحنة الكهربائية " .

- ويمكننا القول أيضا أن الشحنة مكماة أي أن مقدار الشحنة السالبة أو الموجبة التي يمكن أن يشحن بها جسم ما يساوي مقدار شحنة الإلكترون أو مضاعفاتها ولا يمكن أن يكون مقدار الشحنة اقل من شحنة الإلكترون أو عددا كسريا من شحنة الإلكترون . شحنة الجسم = عدد الإلكترونات × شحنة الإلكترون حيث شحنة الإلكترون = 1.6 × 10-9 كولوم. وتستقر الشحنات الكهربائية على السطوح الخارجية فقط للموصلات ، سواء شحن السطح الداخلي أو الخارجي (علل) . ويبقى السطح الداخلي خالياَ من الشحنات سواء أكان الموصل اجوفا أو مصمتا ، وفي الموصلات الكروية تتوزع الشحنات بشكل منتظم في حين تتوزع على سطوح الموصلات غير الكروية بحيث يزداد تركيزها على السطوح المحدبة ويبلغ تركيزها أقصى قيمة له عند الأجزاء المدببة . مثال (1) : فقدت ذرة من الألومونيوم عددا من الإلكترونات فأصبحت شحنتها مساوية لـ  4.8 ×10-19 كولوم . ما هو عدد الإلكترونات التي فقدتها ؟ علما بأن شحنة الإلكترون = 1.6 × 10-19 كولوم