دراسة الكهرباء الساكنة
بداية عند القيام بعمل
بحث عن الكهرباء
نجد أن ، كل مادة تتكون من ذرات ، وجميع الذرات تتكون من جسيمات دون ذرية من بينها الجسيمات المشحونة المعروفة باسم الإلكترونات والبروتونات ، حيث تحمل البروتونات شحنة موجبة (+) ، بينما تحمل الإلكترونات شحنة سالبة (-).
يتطابق عدد الإلكترونات في الذرة ، من واحد إلى حوالي 100 إلكترون ، مع عدد الجسيمات المشحونة ، أو البروتونات في النواة ، ويحدد كيفية ارتباط الذرة بالذرات الأخرى لتشكيل الجزيئات.
تضيف الجسيمات المتعادلة كهربائيًا – النيوترونات – في النواة إلى كتلتها ، ولكنها لا تؤثر على عدد الإلكترونات وبالتالي لا تؤثر تقريبًا على ارتباطات الذرة بالذرات الأخرى. [3]
مفهوم الكهرباء الساكنة
الكهرباء الساكنة ، هي الشحنة الكهربائية التي تراكمت على جسم ما ، وغالبًا ما يتم إنشاء الكهرباء الساكنة عندما يتم فرك جسمين غير موصلين كهربائيين جيدًا معًا ، وتحتك الإلكترونات من أحد الأجسام بالجسم الآخر ، ويمكن أن تأخذ الإصدارات المفاجئة للكهرباء الساكنة المتراكمة شكل قوس كهربائي. [1]
الكهرباء الساكنة ، هي اختلال الشحنة الكهربائية على سطح مادة ما ، ويتم استخدامها على عكس الكهرباء الديناميكية التي تكون في شكل تيارات كهربائية ، وهي من
أنواع الكهرباء
.
عادةً ما تكون الذرات في الكهرباء الساكنة محايدة ، مما يعني أن لديها نفس عدد الإلكترونات ، ونفس عدد البروتونات ، ولكن الذرات تصبح مشحونة عندما يكون هناك خلل في كميات هذه الجسيمات ، والذي يمكن أن يحدث بسهولة إلى حد ما بالنسبة لبعض المواد.
في
بحث عن الكهرباء الساكنة
، نجد أن مادة ما تقوم بتحديد قدرتها على التمسك بإلكتروناتها مكانها في سلسلة الاحتكاك الكهربائي ، فكلما تم ترتيب مادتين أبعد في هذه السلسلة ، كلما كان فصل الشحنة أكثر وضوحًا عندما يتلامسان ، وعلى سبيل المثال ، الزجاج والحرير متباعدان نسبيًا في هذه السلسلة ، لذلك عندما يتم فرك الزجاج بالحرير ، فإنه يفقد العديد من الإلكترونات في الحرير ، ويمكننا هنا ملاحظة الكهرباء الساكنة. [2]
الكهرباء الساكنة ، حولنا ، كما أننا نستخدمها يوميا ، لذلك تجد الكثير من
استخدامات الكهرباء الساكنة
، ومن أمثلة تواجد الكهرباء الساكنة ، ما يلي :
- البرق.
- أخذ الملابس المتماسكة ببعضها من مجفف الملابس.
- تمشيط الشعر في فصل الشتاء.
ما الذي يسبب الكهرباء
عندما نجمع بين مادتين مختلفتين ، يحدث احتكاك ، بسبب أن فرك جسمين معا بقوة يؤدي إلى اتصالها معا ، وهذا هو الذي يسبب حدوث الكهرباء الساكنة ، من خلال ظاهرة تأثير كهرباء الاحتكاك.
فنجد أن كل مادة على وجه الارض تتكون من ذرات ذات قلب مركزي موجب ، وهو النواة ، محاط بمساحة من الالكترونات السالبة ، تلك التي تمتلك بعض الذرات تجاهها قوة سحب أكثر من غيرها.
فإذا تم اتصال مادتين مادتين مختلفتين ، وقامت إحداهما بجذب إلكترونات أكثر من غيرها ، فمن الممكن أن يتم سحب الالكترونات من إحدى المادتين إلى الأخرى ، وعند الفصل بين المادتين ، تقوم الالكترونات بالقفز إلى المادة الجاذبة لها بشدة.
ونتيجة لذلك ، فقد تم اكتساب بعض الالكترونات الإضافية لمادة ، واصبحت مشحونة بشحنات سالبة ، بينما يحدث العكس مع المادة الأخرى ، وتفقد بعض الالكترونات ، وتصبح مشحونة بشحنة موجبة.
ومن هذا ، يمكننا أن نستنتج أنه ، اذا فركنا المواد مع بعضها البعض أكثر من مرة ، فإننا نزيدمن فرصة مشاركة الذرات في تبادل الالكترونات ، مما يؤدي إلى تراكم الشحنة السالبة. [2] ، [3]
مجال الكهرباء الساكنة
إن الحقول الكهربائية الساكنة ، هي حقول ثابتة لا تتغير في شدتها ، أو اتجاهها بمرور الوقت ، على عكس الحقول المتناوبة ذات التردد المنخفض ، والعالي ، ومن ثم ، فإن تردد الحقول الكهربائية الساكنة يستوي 0 هرتز ، لذلك فهي تمارس قوة على الشحنات ، أو الجسيمات المشحونة.
يتم التعبير عن قوة المجال الكهربائي الساكن بالفولت لكل متر (V / m) ، حيث تتراوح قوة المجال الكهربائي الطبيعي في الغلاف الجوي من حوالي 100 فولت / متر في الطقس المعتدل إلى عدة آلاف من فولت / متر تحت السحب الرعدية.
بشكل عام ، فإن العدد المحدود من الدراسات المختبرية على الحيوانات والبشر التي بحثت في آثار التعرض للمجالات الكهربائية الساكنة ، لم تقدم دليلاً على الآثار الصحية الضارة . [5]
خطر الكهرباء الساكنة
لا يعني السكون في الكهرباء عدم خطورتها ، ففي النهاية هي كهرباء ، حيث يمكن أن تسبب المخاطر ، فيمكن أن تتراكم الكهرباء الساكنة في السحب ، مما يؤدي إلى حدوث شرارة ضخمة بين الأرض ، والسحاب ، والذي يعرف بالبرق ، وقد يكون مؤذي في الكثير من الأحيان ، وفيما يلي بعض الأمثلة على الأخطار المرتبطة بالكهرباء الساكنة : [4]
- عند وجود غازات قابلة للاشتعال ، أو تركيز عالٍ من الأكسجين ، فممكن لشرارة أن تشعل الغازات ، وتتسبب في الانفجار.
- عندما تلمس شيئًا به شحنة كهربائية كبيرة ، سوف تتدفق الشحنة عبر جسمك مسببة صدمة كهربائية لك ، وهذا من شأنه أن يسبب حروق ، أو يؤدي إلى توقف عضلة القلب ، مما قد يؤدي إلى وفاة الشخص نتيجة لصدمة كهربائية.
- تشكل طائرات التزود بالوقود والناقلات خطرًا خاصًا ، فإذا سمح للوقود الذي يمر عبر الخرطوم إلى السيارة بتكوين شحنة ثابتة ، فقد تؤدي شرارة ناتجة إلى اشتعال الوقود ، ولذلك يتم تأريض الخراطيم لمنع حدوث مثل هذه الحوادث.
لا تخترق المجالات الكهربائية الساكنة جسم الإنسان بسبب الموصلية العالية ، حيث يستحث المجال الكهربائي شحنة كهربائية سطحية ، والتي ، إذا كانت كبيرة بما يكفي ، يمكن إدراكها من خلال تفاعلها مع شعر الجسم ، ومن خلال ظواهر أخرى مثل تفريغ الشرارة.
تعتمد عتبة الإدراك لدى الأشخاص على عوامل مختلفة ويمكن أن تتراوح بين 10الى 45 كيلو فولت / متر ، وعلاوة على ذلك ، يمكن للمجالات الكهربائية العالية جدًا ، مثل خطوط HVDC ، شحن الجزيئات في الهواء ، بما في ذلك الجسيمات الملوثة.
وقد كانت هناك فرضية مفادها ، أن الجسيمات المشحونة قد تمتصها الرئة بشكل أفضل من الجسيمات غير المشحونة ، وبالتالي تزيد من تعرض الناس لتلوث الهواء ، ومع ذلك ، فإن المعرفة الحالية تشير إلى أن زيادة المخاطر الصحية من مثل هذا الشحن للجسيمات أمر مستبعد للغاية.