فهرس المحتوى
- مفهوم الكهرباء الساكنة
- تاريخ الكهرباء الساكنة
- طرق توليد الكهرباء الساكنة
- تطبيقات الكهرباء الساكنة
- مخاطر الكهرباء الساكنة
- المراجع
مفهوم الكهرباء الساكنة
تُعرف الكهرباء الساكنة (بالإنجليزية: Static electricity) بأنها ظاهرة طبيعية تنشأ من تراكم الشحنات الكهربائية على سطح الأجسام دون تدفقها أو حركتها. تُسمى “ساكنة” لعدم وجود تيار كهربائي مستمر. تتشكل الكهرباء الساكنة عندما تنتقل الإلكترونات من جسم إلى آخر بسبب الاحتكاك أو التلامس، مما يؤدي إلى تراكم الشحنات الكهربائية على السطح الخارجي للأجسام.
ببساطة، تتكون الكهرباء الساكنة من خلال اختلال توازن الإلكترونات حول نواة الذرات في المواد. عندما تفقد ذرة إلكترونًا أو أكثر، تصبح مشحونة إيجابياً، بينما عند اكتسابها لإلكترونات إضافية، تصبح مشحونة سلبياً. ونتيجة لذلك، ستتجاذب الأجسام ذات الشحنات المعاكسة وتتنافر الأجسام ذات الشحنات المتشابهة.
تاريخ الكهرباء الساكنة
يعود تاريخ اكتشاف الكهرباء الساكنة إلى اليونانيين القدماء في القرن السادس قبل الميلاد. لاحظ طاليس من ميلتوس قدرة الكهرمان على جذب الأجسام الخفيفة بعد فركها بقطعة صوف. لاحقًا، لاحظ ثاوفرسطس ظواهر مماثلة في القرن الرابع قبل الميلاد، لكن لم يتم تقديم تفسير علمي لهذه الظواهر في ذلك الوقت.
لم يتوصل أحد إلى فهم أفضل للكهرباء الساكنة حتى القرن السابع عشر. قام ويليام جيلبرت، الطبيب الإنجليزي، بدراسة الكهرباء الساكنة بشكل مكثف، وكان أول من استخدم مصطلح “الكهرباء” لوصف هذه الظاهرة. كما أثبت جيلبرت بشكل قاطع أن الكهرباء والمغناطيسية ظاهرتان مختلفتان.
في القرن الثامن عشر، قام بنجامين فرانكلين بتجارب مهمة حول الكهرباء الساكنة، وأثبت أن البرق هو شكل من أشكال التفريغ الكهربائي الساكن. كما صاغ فرانكلين مفاهيم الشحنة الموجبة والشحنة السالبة، وقام بتطوير نظرية السائل الكهربائي المفرد، والتي لا تزال تُستخدم في الفيزياء اليوم.
طرق توليد الكهرباء الساكنة
يمكن توليد الكهرباء الساكنة من خلال ثلاث طرق رئيسية، كلها تعتمد على فكرة تبادل الشحنات الكهربائية بين جسمين، مما يؤدي إلى شحن أحدهما بشحنة سالبة والآخر بشحنة موجبة.
طريقة الدلك
تُعرف هذه الطريقة أيضًا باسم “طريقة الاحتكاك”. تتضمن هذه الطريقة فرك جسمين عازلين معًا ذهابًا وإيابًا، مما يؤدي إلى نقل الإلكترونات من أحد الجسمين إلى الآخر. ينتج عن ذلك تراكم الشحنات الساكنة على الأسطح الخارجية للمواد.
من الأمثلة الشائعة على هذه الطريقة فرك البالون بالشعر، ثم ملاحظة قدرته على الالتصاق بالحائط. يرجع ذلك إلى أن فرك البالون بالشعر يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من الشعر إلى البالون، مما يجعله مشحونًا سلبياً بينما يصبح الشعر مشحونًا إيجابياً.
طريقة التماس
تُعدّ طريقة توليد الكهرباء الساكنة بالتماس من الطرق الشائعة في الفيزياء. تتضمن هذه الطريقة انتقال الشحنات الكهربائية السالبة بين الجسمين عندما يتلامسان. عندما يُلامس جسم مشحون جسمًا غير مشحون، فإنّ بعض الإلكترونات تنتقل من الجسم المشحون إلى الجسم غير المشحون، مما يؤدي إلى شحن كلاهما.
طريقة الحث
تُعرف هذه الطريقة أيضًا باسم “طريقة الاستقطاب”. تتضمن هذه الطريقة تحريك الإلكترونات في جسم عازل تحت تأثير مجال كهربائي ناتج عن جسم مشحون موضوع بالقرب منه. تحدث هذه العملية دون ملامسة الجسمين أو اتصال مباشر.
مثال على ذلك هو وضع قضيب مشحون بالقرب من جسم عازل. سيؤدي المجال الكهربائي للقضيب إلى تحريك الإلكترونات في الجسم العازل بعيدًا عن القضيب المشحون، مما يخلق شحنة سلبية على جانب الجسم العازل الأقرب للقضيب، وشحنة موجبة على الجانب الآخر.
تطبيقات الكهرباء الساكنة
تُستخدم الكهرباء الساكنة في العديد من التطبيقات العملية في حياتنا اليومية، مثل:
المكثفات
تُستخدم المكثفات لتخزين الكهرباء الساكنة الناتجة عن مرور التيار الكهربائي المتردد. يتم ذلك من خلال وجود فرق جهد بين لوحي المكثف، مما يؤدي إلى قدرته على حفظ الشحنات الموجودة لفترة زمنية محددة. من الأمثلة الشائعة على ذلك المكثفات الفائقة التي يمكن أن تحل محل البطاريات القابلة للشحن.
طابعات الليزر
تعتمد طابعات الليزر على الكهرباء الساكنة في عملها. تُشحن أسطوانة داخل الطابعة بالشحنة الموجبة، ثم يُستخدم الليزر لعكس الشحنة في المناطق التي يصطدم بها، مما يجعلها سالبة. ثمّ تُمرر أسطوانة الحبر فوق الأسطوانة المشحونة، وتُصبح جزيئات الحبر مشحونة سلبياً، فتنجذب نحو المناطق المشحونة سالبًا على الأسطوانة.
يتم نقل جزيئات الحبر إلى الورق عند مروره على الأسطوانة المشحونة، مما يُنتج النسخة المطبوعة.
آلات التصوير
تعتمد آلات التصوير أيضًا على الكهرباء الساكنة في عملها. تُشحن أسطوانة خاصة داخل آلة التصوير بالشحنات الساكنة، ثمّ يُسلط ضوء على الورقة الأصلية، فتُصبح المناطق المعتمة على الورقة مشحونة سلبياً، بينما تُصبح المناطق الفارغة مشحونة إيجابياً.
تُمرر أسطوانة الحبر فوق الأسطوانة المشحونة، فينجذب الحبر نحو المناطق المعتمة المشحونة سلبياً، بينما لا يُنجذب الحبر نحو المناطق الفارغة المشحونة إيجابياً. ثمّ يُمرر الورق على الأسطوانة المطلية بالحبر، مما ينتج صورة مطبوعة.
الميكروفونات البلورية
تُستخدم الكهرباء الساكنة في الميكروفونات البلورية لإنشاء إشارة صوتية. تُطبق شحنة كهربائية على غشاء رقيق داخل الميكروفون، وعندما يصطدم الصوت بالغشاء، يتذبذب الغشاء، مما يُنتج تيارًا كهربائياً يُمكن تحويله إلى إشارة صوتية.
معطرات الجو
تُستخدم الكهرباء الساكنة في معطرات الجو لتنقية الهواء من خلال جذب جزيئات الغبار والدخان وغيرها من الملوثات إلى الجهاز. يُشحن الجهاز بشحنة كهربائية، فتُصبح جزيئات الملوثات مشحونة بشحنة معاكسة، مما يؤدي إلى جذبها إلى الجهاز وتصفية الهواء.
دهان السيارات
تُساهم الكهرباء الساكنة في الحصول على أسطح ملساء عند طلاء السيارات. تُستخدم تقنية الرش الكهربائي باستخدام مسدس مشحون بالشحنة الموجبة، مما يُؤدي إلى انتقال هذه الشحنة إلى جزيئات الطلاء داخل المسدس.
تُصبح جزيئات الطلاء مشحونة إيجابياً، فتتنافر بعضها مع بعض، مما ينتج عنه رذاذ خفيف يُمكن رشه على السيارة. وتُساهم هذه التقنية في توزيع الطلاء بشكل متساوٍ على سطح السيارة والحصول على طلاء سلس.
مخاطر الكهرباء الساكنة
رغم فوائد الكهرباء الساكنة، إلا أنّ لها أيضًا مخاطر يجب مراعاتها، مثل:
- اشتعال الحرائق، خاصةً عند التفريغ الكهربائي عالي الجهد.
- إتلاف الأجهزة الإلكترونية بسبب الصدمات الكهربائية الساكنة.
- اشتعال الحرائق أو الانفجارات المفاجئة الناتجة عن مرور سوائل قابلة للاحتراق، كالبنزين، في الأنابيب واحتكاكها في الداخل.
- ظاهرة البرق، التي تُنتج من حركة الأبخرة والغازات. يمكن أن ينتج عن البرق وفيات أو حروق أحيانًا بسبب الصواعق القوية، كما يُمكن أن تتسبب في فقدان الرؤية بصورة دائمة أو مؤقتة.
- الإضرار بالأجهزة الميكانيكية أو أجزاء منها، بسبب ظهور الشرارات على بعض الأسطح.
- حدوث بعض الأخطاء أثناء أداء بعض عمليات معالجة الورق، والبلاستيك، أو غيرها من المواد.
- الصدمات الكهربائية المؤلمة التي قد تتسبّب بالحروق أو توقّف القلب أحيانًا.
المراجع
- “Static Electricity.”,Ducksters, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- “Static Electricity”,All about circuits, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- “Static history”, Page 1-2. Edited.
- “Static Buildup Mechanism”,Keyence, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- “3 Ways Static Electricity is Generated”,Blog exair, 13/02/2018, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- “20.3 Transfer of Electric Charge”,ck12, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- Jim Lucas (24/07/2015),”What Is Static Electricity?”,Live science, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- “How Does A Laser Printer Work?”,Printer land, 18/02/2019, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- Ann Meeker O’Connell,How Photocopiers Work, Page 1-2. Edited.
- “Crystal Microphone”,GSU, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- Ron Kurtus,”Uses for Static Electricity”,school for champions, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- “Static Electricity – the positives”,Stencil rolls, Retrieved 14/12/2021. Edited.
- Lorenzo Mari (22/01/2021),”The Hazards and Applications of Static Electricity”,EEpower, Retrieved 14/12/2021. Edited.
