الكهرباء السكونية

الكهرباء السكونية
مقدمة الدرس
انظر إلى هذه الطفلة في الشكل (http://www.schoolarabia.net/fezia/fig/fig0.htm
) [ الطفلة تمشط شعرها ] ماذا تلاحظ ؟ وماذا تسمع ؟

[عندما مشطت الطفلة شعرها نلاحظ توتر نهايات شعر الطفلة مع سماع صوت ( طقطقة)]. ماذا تستنتج؟

مشاهدات
*عندما تمشي فوق سجادة في يوم جاف فإنك تحس بشرارة كهربائية عندما يقترب إصبعك من يد الباب المعدنية.
*عند خلع الملابس المصنوعة من النايلون في الظلام تلاحظ شرارة كهربائية .
المحتوى
1- التكهرب هو شحن الجسم بشحنة كهربائية عن طريق فقد أو اكتساب الجسم للإلكترونات. وتعتبر الشحنة الكهربائية خاصية من خواص المادة كالكتلة والحجم . وللتعرف على مصدر هذه الشحنات الكهربائية دعنا نلقي نظرة فاحصة على التركيب الذري للمادة ، حيث نجد أن جميع المواد تبنى من وحدات صغيرة تسمى ذرات كما في الشكل(1)

وتتكون كل ذرة من نواة مركزية تحتوي على دقائق موجبة الشحنة ( بروتونات ) ، ودقائق أخرى غير مشحونة ( نيوترونات ) ، ويدور حول النواة في مدارات مختلفة دقائق سالبة الشحنة تسمى إلكترونات ، والشحنة الموجبة للبروتونات تساوي مقدار الشحنة السالبة للإلكترونات في الذرة المستقرة التي تكون متعادلة كهربائيا ، فإذا فقدت بعض ذرات الجسم عددا من الكتروناتها يصبح الجسم موجب الشحنة في حين يصبح الجسم سالب الشحنة إذا اكتسب عددا من الإلكترونات .


كيف نستطيع تحريك الإلكترونات من مكان إلى آخر؟؟؟؟؟ إحدى الطرق الشائعة هي بدلك جسمين ببعضهما .إذا كانا من مواد مختلفة عازلة, الإلكترونات ممكن أن تنتقل من أحدهما إلى الآخر . كلما دلكت أكثر كلما انتقل عدد أكبر من الإلكترونات وكلما كان نم الشحنه على الجسمين أكبر
يعتقد العلماء أن الدلك والاحتكاك ليسا سبب انتقال الالكترونات وإنما ببساطة الاتصال بين الأجسام المختلفة. الدلك فقط يزيد من مساحة الاتصال بينهما .

الكهروستاتيكية هي عدم التوازن بين كمية الشحنة الموجبة وكمية الشحنة السالبة على جسم.


الشحنات المتعاكسة تتجاذب والمتشابهة تتنافر:

الأجسام المشحونة بشحنات مختلفة تنشد نحو بعضها بينما ذات الشحنات المتشابهة تدفع بعضها البعض بعيداً.

الجسم المشحون أيضا يجذب أي شيء متعادل. فكر كيف تلصق بالوناً بالحائط. إذا دلكت البالون بشعرك فإنك تشحنه فهو سينتزع الكترونات أكثر ويصيح سالباً . قربه من جسم متعادل فتتحرك الشحنات في ذلك الجسم , فإذا كان هذا الجسم موصلاً فإن الإلكترونات ستتحرك بسهولة للجهة البعيدة منه أي أبعد ما يكون عن البالون.. أما إذا كان الجسم عازلاً فإن عدداً قليلا من الالكترونات يبتعد إلى الجهة البعيدة للجسم . في كلتا الحالتين الجهة القريبة من الجسم تصبح موجبة وهذا ما يجعل البالون بلتصق بالحائط

ولكن ما علاقة ذلك بالصدمة؟ ( الرعشة ) أو الشعر المكهرب ؟ عندما تخلع قبعتك فإنها تدلك بشعرك فتنتقل الإلكترونات من شعرك للقبعة وهو ما يشحن شعرك موجباً. ووتتنافر الشعرات مع بعضها لأن لها نفس الشحنة

وعندما تسير على السجادة فإن الإلكترونات تنتقل من صوفها إلى جسمك مما يجعلك تملك كمية من الالكترونات الزائدة . يد الباب المعدنية موصل جيد للكهرباء مما يسهل انتقال الإلكترونات من جسمك اإليها فتشعر برعشة.



تكون الكهروستاتيكية ملحوظة أكثر في الشتاء حينما يكون الهواء جافاً , وفي الصيف الهواء عالي الرطوبة لا تلحظ ظواهر الكهرباء السكونية. لأن الماء يساعد في انتقال الإلكترونات بعيداً عن جسمك وبذلك لا تتكون شحنة عالية عليه قد تشكل خطراً عليك .
متسلسلة التريبو الكتريك:

عندما تدلك مادتين مختلفتين ببعضهما من ستصبح موجبة ومن ستصبح سالبة؟؟

العلماء رتبوا المواد حسب قدرتها على الاحتفاظ بالكتروناتها أو لخسارتها. هذا الترتيب اطلق عليه (متسلسلة التريبو الكتريك) . سنعرض هنا بعضاً من عناصر هذه السلسلة . في ظروف مثالية , إذا دلكت مادتين معاً , فإن المادة في أعلى السلسلة تفقد الكترونات وتصبح موجبة والمادة في أسفله تكتسب الإلكترونات وتصبح سالبة.



متسلسلة التريبو الكتريك

يدك

الزجاج

شعرك

النايلون

الصوف

الفرو

الحرير

الورق

القطن

المطاط

البوليستر

البلاستيك
2- 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 . لاحظ الشكل(2)
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 .لاحظ الشكل (3)

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 "
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 .