الشحنات الكهربائية

قبل أن نعرف طرق انتقال الشحنات الكهربائية يجب أن نعرف أن الشحنة الكهربائية هي الخاصية الفيزيائية الأساسية للمادة التي تجعلها تتعرض لقوة عند الاحتفاظ بها في مجال كهربائي أو مغناطيسي.
ترتبط الشحنة الكهربائية الساكنة بمجال كهربائي والشحنة الكهربائية المتحركة تولد مجالًا مغناطيسيًا، ويُعرف الجمع بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية باسم المجال الكهرومغناطيسي.
يولد تفاعل الشحنات قوة كهرومغناطيسية والتي هي أساس الفيزياء.
يمكن تعريف الشحنات الكهربائية أيضًا على أنها “خاصية الجسيمات دون الذرية التي تجعلها تتعرض لقوة عند وضعها في مجال كهرومغناطيسي”.[1]

كيف تنتقل الشحنات الكهربائية

بغض النظر عن

كيف تتحرك الشحنات الكهربائية

أو كيفية نقل الإلكترونات، تظل الشحنة الإجمالية كما هي، حيث تتحرك الإلكترونات لكنها لا تتلف، وهذا هو قانون حفظ الشحنة، ويمكن أن تنتقل الشحنات الكهربائية من خلال الطرق التالية:

الشحن بالتوصيل

يعتبر نقل الإلكترونات من مولد فان دي غراف إلى الإنسان مثالاً على التوصيل.
يحدث التوصيل عندما يكون هناك اتصال مباشر بين المواد التي تختلف في قدرتها على التخلي عن الإلكترونات أو قبولها.
ينتج مولد فان دي جراف شحنة سالبة في أعلاه، لذلك يميل إلى التخلي عن الإلكترونات.
تعتبر يد الشخص موجبة الشحنة، لذا فهي تميل إلى قبول الإلكترونات، لذلك، تتدفق الإلكترونات من أعلى المولد إلى يد الشخص عند التوصيل.
لست بحاجة إلى مولد كهربائي فان دي غراف لإجراء التوصيل، فقد يحدث انتقال الشحنات الكهربائية عندما تمشي عبر سجادة صوفية بأحذية مطاطية.
حيث يميل الصوف إلى التخلي عن الإلكترونات ويميل المطاط إلى قبولها.
لذلك تنقل السجادة الإلكترونات إلى حذائك في كل مرة تضع فيها قدمك.
وقد ينتج عن نقل الإلكترونات أنك تصبح سالب الشحنة والسجادة تصبح موجبة الشحنة.[2]

الشحن بالاستقطاب

في

بحث عن الشحنة الكهربائية

افترض أنك تمشي على سجادة صوفية بأحذية مطاطية وأصبحت تمتلك شحنة سالبة، وقمت بعد ذلك بلمس مقبض الباب المعدني، فسيتم صد الإلكترونات الموجودة في المعدن المحايد وتلقائيًا ستجد يدك تبتعد قبل أن تلمس المقبض.
وبهذه الطريقة، يصبح أحد الطرفين وهو مقبض الباب مشحونًا بشكل إيجابي ويصبح الطرف الآخر مشحونًا سالبًا وهذا ما يسمى بالاستقطاب.
يحدث الاستقطاب عندما تتحرك الإلكترونات داخل جسم محايد بسبب المجال الكهربائي لجسم مشحون عما قريب.
ويمكن أن يحدث بدون اتصال مباشر بين الجسمين، لذلك من طرق انتقال الشحنات الكهربائية هي طريقة استقطاب الأجسام عندما تكون الأجسام المشحونة في مكان قريب.[2]

الشحن بالدلك

هل سبق لك وفركت بالونًا منفوخًا على شعرك؟ قد يتسبب الاحتكاك بين البالون والشعر في فرك الإلكترونات من الشعر على البالون، وذلك لأن البالون يجذب الإلكترونات بقوة أكبر من الشعر.
بعد انتقال الإلكترونات، يصبح البالون سالبًا ويصبح الشعر موجب الشحنة، تبتعد الشحنات المتفرقة عن بعضها البعض وتقف في النهاية لأن الشحنات المتشابهة تتنافر.
يجذب البالون والشعر بعضهما البعض لأن الشحنات المعاكسة تتجاذب.
عندما تقوم بفرك مادة بمادة أخرى، يتم شحنها بالاحتكاك.
والإلكترون الذي يخسر الشحنات إيجابي الشحنة أما المواد التي تكتسب الإلكترون سالبة الشحنة.
كمية الإلكترون المكتسبة والمفقودة تساوي بعضها البعض، بمعنى آخر يمكننا القول أن الشحنات الكهربائية محفوظة.
فعندما تقوم بفرك الزجاج على الحرير، يفقد الزجاج الإلكترون والشحنة الموجبة والحرير يكتسب الإلكترون والشحنة السالبة.[2]

أنواع الشحنات الكهربائية

هناك ثلاث أنواع من الشحنات الكهربائية وهم، موجبة وسالبة ومتعادلة:

الشحنات الكهربائية الموجبة: هي جسمان يزيدان عن نوع واحد من الشحنة يبذلان قوة تنافر على بعضهما البعض عندما يكونان قريبين نسبيًا من بعضهما البعض.
الشحنات الكهربائية السالبة: هي جسمان لهما شحنة معاكسة زائدة، أحدهما موجب الشحنة والآخر سالب الشحنة، يجذب أحدهما الآخر عندما يكون قريبًا نسبيًا.
الشحنات الكهربائية المتعادلة: إذا كانت

انواع الشحنات

الموجبة والسالبة متطابقة ومجموعها صفراً، هذا يعني أنها محايدة كهربائيًا أو متعادلة كهربائيًا، وتعتبر حركة الشحنات الكهربائية مسؤولة عن إنتاج نوع من أنواع الطاقة العديدة المعروفة بالطاقة الكهربائية.[1]

حساب الشحنة الكهربائية

وحدة الشحنة الكهربائية في نظام المتر والكيلوجرام في الثانية ونظام SI هي الكولوم ويتم تعريفها على أنها مقدار الشحنة الكهربائية التي تتدفق عبر مقطع عرضي لموصل في دائرة كهربائية خلال كل ثانية عندما يكون للتيار قيمة امبير واحد.

ويتكون الكولوم الواحد من 6.24 × 10
¹⁸
وحدة طبيعية من الشحنة الكهربائية، مثل الإلكترونات الفردية أو البروتونات، ومن تعريف الأمبير، فإن الإلكترون نفسه له شحنة سالبة تبلغ 1.602176634 × 10
⁻¹⁹
كولوم.[3]

تطبيقات الكهرباء الساكنة

بعد أن عرفنا طرق انتقال الشحنات الكهربائية يجب أن نعرف أنه على الرغم من أن الكهرباء الساكنة يمكن أن تكون مصدر إزعاج، عند التعرض لها عند لمس مقبض الباب أو أن تلتصق بملابسك، وقد يحدث لك صدمة عند اللمس، إلا أن لها عددًا من الاستخدامات المفيدة، فقد تُستخدم قوى التجاذب بين الجسيمات المشحونة الناتجة عن الكهرباء الساكنة في التحكم في تلوث الهواء وطلاء السيارات، وإليك أهم الفوائد التي نحصل عليها من الكهرباء الساكنة:

مكافحة التلوث

تُستخدم الكهرباء الساكنة في التحكم في التلوث عن طريق تطبيق شحنة ثابتة على جزيئات الأوساخ في الهواء ثم تجميع تلك الجسيمات المشحونة على لوح أو مجمع الشحنة الكهربائية المعاكسة، وغالبًا ما تسمى هذه الأجهزة بالمرسبات الكهروستاتيكية.[4]

استخدام الكهرباء الساكنة في المداخن

تستخدم المصانع الكهرباء الساكنة لتقليل التلوث الناتج عن مداخنها، حيث يزودن الدخان بشحنة كهربائية، فعندما تمر بواسطة أقطاب كهربائية من الشحنة المعاكسة، فإن معظم جسيمات الدخان تتشبث بالأقطاب، وهذا قد يمنع التلوث من الخروج إلى الغلاف الجوي.[4]

معطرات الجو

يشتري بعض الناس ما يسمى بمؤينات الهواء لتنقية الهواء في منازلهم وتنظيفه.
ومنقيات الهواء المستخدمة قد تعمل بمبدأ مماثل للتحكم في تلوث المداخن.
حيث تعمل هذه الأجهزة على تجريد الإلكترونات من جزيئات الدخان وجزيئات الغبار وحبوب اللقاح في الهواء، تمامًا كما يحدث في توليد الكهرباء الساكنة.
ثم تنجذب جزيئات الغبار والدخان المشحونة هذه إلى لوحة على الجهاز مع الشحنة المعاكسة وتلتصق بها.
بعد فترة، يتم سحب الكثير من التلوث من الهواء.
ونظرًا لأن الجسيمات المشحونة ستلتصق أيضًا بالأسطح المحايدة، يمكن أن يلتصق بعضها بالجدار بالقرب من المؤين، مما يجعله شديد الاتساخ ويصعب تنظيفه.[4]

زيروجرافي

تستخدم آلة التصوير أو آلة Xerox الكهرباء الساكنة لنسخ الطباعة المرادة على صفحات، يتم ذلك من خلال علم xerograph.
تم إصدار واحد من هذا الجهاز وهو يشحن الحبر كهربائيًا بحيث يلتصق بالورق في المناطق المحددة.
وهناك نسخة أخرى من آلة التصوير هذه تستخدم الشحنات لإلصاق الحبر بالأسطوانة، والتي تنقله بعد ذلك إلى الورق.[4]

دهان السيارات

يستخدم بعض مصنعي السيارات الكهرباء الساكنة لمساعدتهم على طلاء السيارات التي يصنعونها.
والطريقة التي يعمل بها هذا هي أن يقوموا أولاً بإعداد سطح السيارة ثم وضعها في المكان المحدد للطلاء.
بعد ذلك يعطون الطلاء شحنة كهربائية ثم يرشون رذاذًا خفيفًا من الطلاء في المقصورة.
تنجذب جزيئات الطلاء المشحونة إلى السيارة وتلتصق بالجسم، تمامًا كما يلتصق البالون المشحون بالحائط.
بمجرد أن يجف الطلاء، فإنه يلتصق بشكل أفضل بالسيارة ويكون أكثر نعومة لأنه موزع بالتساوي.[4]