ما هو الكهرباء الساكنة؟ دليل شامل عن طبيعتها وتأثيراتها
ما هو الكهرباء الساكنة؟ دليل شامل عن طبيعتها وتأثيراتها
 |
| ما هو الكهرباء الساكنة؟ دليل شامل عن طبيعتها وتأثيراتها |
مفهوم الكهرباء الساكنة
تُسمى الكهرباء الساكنة واحدة من أنواع الكهرباء التي يمكن أن نلاحظ تراكمها على الأسطح الخارجية للأجسام بثبات، دون حركة أو تدفّق. يحدث هذا نتيجة انتقال الشحنات السالبة (الإلكترونات) من جسم إلى آخر، مما يؤدي إلى انجذاب أو انتفاخ الأجسام بناءً على شحناتها.يمكن إيجاز الفقرة السابقة بأن الكهرباء الساكنة تنشأ بشكل أساسي من تفاقم عدم التوازن في عدد الإلكترونات المتواجدة حول أنوية الذرات المكونة للأجسام. ويتميز الإلكترون بتأثيره السلبي الدائم وسهولة حركته وانتقاله. عندما يفقد الجسم الإلكترونات، يصبح لديه شحنة موجبة، بينما عندما يكتسبها يصبح لديه شحنة سالبة.
تاريخ ونظريات الكهرباء الساكنة
تعرف الكهرباء عند اليونانيين منذ حوالي 600 قبل الميلاد، وتم العثور على بعض أعمال طاليس التي تشير إلى ذلك، بما في ذلك شرحه لقدرة الكهرمان على جذب الأجسام الصغيرة عند تناوله، وبالإضافة إلى ذلك، أشار ثاوفرستس أيضًا إلى ظواهر مشابهة في العام 300 قبل الميلاد، إلا أنهما لم يقدما تفسيرًا علميًا لما يحدث.عام 1600م، بدأ ويليام جيلبرت دراسة التأثيرات الناجمة عن الكهرباء السكونية وقد كان أول من استخدم مصطلح "الكهرباء" وتمكن من تحديد الفروق الأساسية بين المغناطيسية والكهرباء. بعد ذلك، ظهر بنجامين فرانكلين وتمكن من إثبات أن البرق هو فقط عملية تفريغ للكهرباء الساكنة.
عندما استخدم فرانكلين قضيب الكهرمان وقضيب الزجاج في تجاربه على الكهرباء الساكنة، لاحظ أنهما تكونت على كل من القضيبين شحنات أنواع مختلفة بعد تماسكهما. استنتج من ذلك أن القضيب الكهرمان يحمل شحنة سالبة ، بينما يحمل الزجاج شحنة موجبة. بعدها، وضع نظرية السائل الفردي التي يعتمد عليها حاليًا في مجال الفيزياء على الرغم من عدم صحتها الكاملة.
طرق توليد الكهرباء الساكنة
يمكن إنتاج الكهرباء الساكنة من ثلاث طرق مختلفة. كل هذه الطرق تتمحور حول فكرة تبادل الشحنات الكهربائية بين جسمين ، حيث يتم شحن أحدهما بشحنة سالبة والآخر بشحنة موجبة. وفيما يلي هذه الطرق:طريقة الدلك
الطريقة الأساسية للدلك تعتمد على فرك مادتين عازلتين بشكل متكرر، ذهابًا وإيابًا، وذلك يتسبب في توليد شحنات ساكنة تتراكم على الأسطح الخارجية للمواد. ومن أمثلة واضحة على ذلك، فرك البالون بالشعر وقدرته على الالتصاق بالحائط بعد ذلك.طريقة التماس
تُعدّ تقنية توليد التيار الكهربائي الساكن عن طريق الاحتكاك من الأساليب المعروفة في مجال الفيزياء، وتتمثل في نقل الشحنات السالبة بين الأجسام عندما يتلامس بعضها البعض.طريقة الحث
تتم إنتاج الكهرباء الساكنة في الأشياء العازلة عن طريق التحفيز عندما تتحرك الإلكترونات الموجودة بالأصل فيها، وذلك نتيجة تأثير المجال الكهربائي الذي يحمله جسم مشحون ويوضع بالقرب منها، وتحدث هذه العملية دون ملامسة أو اتصال مباشر بين الأشياء.تطبيقات الكهرباء الساكنة
هناك العديد من التطبيقات التي تستخدم الكهرباء الساكنة في الحياة اليومية، ومن أهم هذه التطبيقات:المكثفات
يقوم المكثف بتخزين تيار الكهرباء الساكنة الناتجة عن مرور التيار الكهربائي المتحرك، وهذا يتحقق من خلال وجود فرق في الجهد بين ألواح المكثف. ينتج عن ذلك القدرة على الاحتفاظ بالشحنات لفترة زمنية محددة. ومن أمثلة هذه التكنولوجيا هي المكثفات الفائقة التي يمكن استخدامها كبديل للبطاريات القابلة للشحن.طابعات الليزر
تعتمد طبيعة عمل طابعات الليزر على وجود أسطوانة ممتلئة تمامًا بشحنة موجبة، لتعكس الليزر الشحنة في المناطق التي يتصادم معها، مما يجعلها سالبة، ويسمح بظهور الكلمات والنصوص في المناطق المشحونة بشحنة سالبة على الأسطوانة.عندما يتم تمرير أسطوانة الحبر فوق الأسطوانة المشحونة بالشحنة السالبة، تنجذب جزيئات الحبر نحو المناطق المشحونة. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي الطابعة على أوراق يتم تمريرها على أسطوانة مغطاة بالحبر بهدف إنشاء نسخة ورقية.
آلات التصوير
تستند أجهزة التصوير على الكهرباء الساكنة في عملها، وذلك عن طريق شحن أسطوانة خاصة بالشحنات الساكنة بداخلها أولا، لتجذب الأسطوانة جزيئات الحبر نحوها بشكل انتقائي عند تسليط الضوء على الورقة الأصلية، حيث تجذب الحبر فقط إلى المناطق المظلمة دون الأجزاء الفارغة من الورقة.الميكروفونات البلورية
تتم إنتاج الكهرباء الساكنة في الميكروفونات البلورية من خلال تطبيق جهد على الغشاء الرقيق الموجود فيها. في السابق، كانت هذه الأنواع من الميكروفونات تعتمد على ملح روشيل، ومع ذلك كانت تتأثر بالرطوبة. لذلك تم استبدالها بالمواد الخزفية. تنتج الميكروفونات البلورية بشكل عام ترددات صوتية عالية ولكنها لا تقارن بالميكروفونات الديناميكية بأي حال من الأحوال.معطرات الجو
يتم عمل معطرات الجو على تنقية الهواء من خلال أنها تجذب الجزيئات المزعجة كالدخان والغبار نحو الجهاز الذي لديه شحنة معاكسة لشحنتها، وعندما تلتصق هذه الجزيئات بالجهاز، يمكننا أن نرى أن الهواء المحيط خالٍ من الملوثات، ويمكن أن نلاحظ وجود الأوساخ المتصاقة على السطح الخارجي للجهاز وقد يكون من الصعب تنظيفه في بعض الأحيان.دهان السيارات
تشارك الكهرباء الساكنة في إنتاج أسطح ملساء عندما يتم طلاء السيارات باستخدام تقنية الرش الكهربائي، حيث يتم استخدام مسدس مشحون بشحنة موجبة. هذه الشحنة تنتقل إلى الطلاء الذي يتم وضعه، مما يجعل جزيئات الطلاء مشحونة بشكل كامل داخل المسدس. ينتج عن ذلك ظهور رذاذ خفيف يتجه نحو السيارة بسبب التنافر بين الشحنات الموجبة.مخاطر الكهرباء الساكنة
الكهرباء الساكنة قد تتسبب في العديد من المخاطر، وتشمل بعض هذه المخاطر:- يحدث اشتعال الحرائق بشكل خاص عندما يتم التفريغ الكهربائي عند مستوى جهد عالي.
- الأجهزة الإلكترونية تتعرض للتلف من جراء التعرض للصدمات الكهربائية الساكنة.
- عندما تمر السوائل القابلة للاحتراق، مثل البنزين، في الأنابيب وتتعرض للاحتكاك، يحدث اشتعال النيران أو حدوث انفجارات مفاجئة.
- ظاهرة البرق تحدث نتيجة لحركة الأبخرة والغازات، ويمكن أن يؤدي إلى حوادث وفيات أو حروق نتيجة لصواعق قوية، وكذلك يمكن أن تسبب فقدان الرؤية بشكل مؤقت أو دائم.
- الأضرار التي تحدث للأجهزة الميكانيكية أو أجزاء منها نتيجة ظهور الشرارات على بعض الأسطح.
- يحدث بعض الأخطاء أثناء تنفيذ بعض عمليات معالجة المواد مثل الورق والبلاستيك وغيرها.
- في بعض الأحيان، يمكن أن تتسبب الصدمات الكهربائية المؤلمة في حدوث حروق أو توقف لعمل القلب.
الكهرباء الساكنة هي نوع من الكهرباء التي لا تتحرك، وتنتج عن تراكم الشحنات الكهربائية على سطح جسم ما. يمكن أن تنتج الكهرباء الساكنة عن العديد من الأشياء، مثل الاحتكاك، والفصل، والحث.
يمكن أن يكون للكهرباء الساكنة تأثيرات عديدة، منها:
- الشعور بالكهرباء عند لمس جسم مشحون.
- انجذاب المواد الصغيرة إلى الجسم المشحون.
- حدوث شرارة كهربائية عند فصل جسمين مشحونين.
- تلف الأجهزة الإلكترونية.
هناك العديد من الطرق لتقليل مخاطر الكهرباء الساكنة، منها:
- ارتداء الملابس القطنية بدلاً من الملابس الاصطناعية.
- تجنب المشي على الأرض المكشوفة في فصل الشتاء.
- استخدام أرضية عازلة عند العمل مع الأجهزة الإلكترونية.
ختاماً، الكهرباء الساكنة هي ظاهرة طبيعية يمكن أن تكون مفيدة أو ضارة، حسب كيفية استخدامها. من المهم أن تكون على دراية بمخاطر الكهرباء الساكنة واتخاذ الخطوات اللازمة لتقليل هذه المخاطر.
