تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هو مفهوم الكهرباء الساكنة؟

الكهرباء ظاهرةٌ فيزيائيةٌ ناتجةٌ عن تدفُّق الإلكترونات (شحنات كهربائية سالبة)، ومنها نحصل على الطاقة الكهربائية. للكهرباء نوعان: الكهرباء الساكنة، والكهرباء المتحركة، وسنتناول في مقالتنا هذه الكهرباء الساكنة.

ما هي الكهرباء الساكنة؟

تمّ اكتشاف وجود الكهرباء الساكنة للمرة الأولى من قبل الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي. الكهرباء الساكنة (Electrostatic) أو الكهروستاتيكية هي أحد فروع علوم الفيزياء المتخصّص بدراسة الظواهر الناتجة عن الشحنات الكهربائية الثابتة والمتحركة. كما نعلم تتكون الذرة من النواة التي تحتوي البروتونات موجبة الشحنة، والنيوترونات عديمة الشحنة، وهناك الإلكترونات سالبة الشحنة التي تدور حول النواة.

تتطلب ظواهر الكهرباء الساكنة فصل الشحنات الموجبة والسالبة عند انتقال الإلكترونات من مادةٍ لأخرى، وينشأ عدم توازنٍ بين الشحنات الموجبة والسالبة داخل الذرة، وينتج عن ذلك نوعٌ من الكهرباء تدعى بالكهرباء الساكنة، وسُمّيت هكذا كونها تركز على دراسة الشحنات الكهربائية في حالة سكون. ^[1]

ما هي الأجسام التي تظهر عليها الكهرباء الساكنة؟

تظهر الكهرباء الساكنة على الأجسام العازلة (أي التي لا تمتلك خاصة الناقلية الكهربائية)، كالزجاج، والمطاط، والبلاستيك.

كيف تنتج الكهرباء الساكنة في الأجسام؟

عندما يتلامس جسمان مع بعضهما البعض يمكن أن يحدث بينهما انتقال للإلكترونات، فأحد الجسمان يفقد إلكترونات، فيصبح موجب الشحنة، والجسم الآخر يكتسب إلكترونات، فيصبح سالب الشحنة، أي يصبح الجسمان مشحونان بشحناتٍ مختلفة.

ما هي الأدلة على وجود الكهرباء الساكنة؟

1- عند فرك بالونٍ بمادةٍ بلاستيكية، فإن البالون يلتصق بالحائط بينما تلتصق المادة البلاستيكية بقصاصات الورق، وهذا يفسر أن الإلكترونات تنتقل بين البلاستيك والبالون، مما يخلق شحنات.

2- بعد حكّ قطعةٍ من الحرير بالزجاج، ولمس قطعة الحرير نشعر بصدمةٍ كهربائية خفيفة، ونسمع صوت طقطقة، وهناك الكثير من الطرق التي تدلنا على وجود الكهرباء الساكنة.

أمثلة على إنتاج الكهرباء الساكنة

1- يمكن أن تنتج في الطبيعة (ظاهرة البرق)

عند اصطدام أو احتكاك جسيماتٍ (تسمّى الهيدروميتورات) موجودة في السحب تتسبّب هذه الجسيمات في شحن الجزء العلوي من السحابة بشحنةٍ موجبة، وشحن الجزء السفلي من السحابة بشحنةٍ سالبة، ونتيجةً للكهرباء الناتجة تصبح التربة الموجودة تحت السحب مشحونةً بشحنةٍ موجبة، أي بشحنةٍ معاكسةٍ لشحن الجزء السفلي من السحب.

وهكذا يستمر انفصال الشحنات السالبة في السحب والشحنات الموجبة على الأرض لفترةٍ زمنيةٍ معينة، وهكذا يبدأ الهواء العازل بين السحابة والأرض بأن يصبح ناقلاً للكهرباء، ويتمُّ تفريغ الجهد العالي الموجود في السحابة إلى الأرض.

2- إنتاج الكهرباء الساكنة في الطائرات

يمكن أن تنتج في الطائرات عن الاحتكاك أثناء مرور الطائرة عبر الجليد، أو الثلوج، أو سحب الغبار، كما يمكن أن تنتج عن الأجهزة الإلكترونية، ويتمُّ تبديد هذه الكهرباء عن طريق النتوءات المعدنية الحادة الموجودة على أطراف أجنحة الطائرة.

3- إنتاج الكهرباء الساكنة عن طريق مولد فان دي غراف (Van de Graff)

هو أحد أنواع المُسرّعات الكهروستاتيكي، ويتمُّ فيه توليد الشحنات الكهربائية بواسطة سير (قشاط)، ويتكون مولد فان دوغراف من كرةٍ معدنيةٍ وحزام متحرك. تتراكم الشحنات الكهربائية الآتية من مولد الجهد المستمر على الكرة المعدنية، وتنتقل هذه الشحنات الكهربائية بواسطة ناقلٍ له شكل المشط إلى السير العازل، ويتحرك السير صعوداً وهبوطاً داخل العمود العازل بواسطة محرك كهربائي. عندما يلمس شخص الكرة المعدنية، فإن شعره يقف نتيجة الكهرباء الساكنة المتولدة نتيجة انتقال الشحنات الكهربائية المتواجدة على سطح الكرة المعدنية. ^[2]

ما هي أهمُّ تطبيقات الكهرباء الساكنة في حياتنا؟

هناك العديد من تطبيقات الكهرباء الساكنة في حياتنا اليومية نذكر منها: ^{[3] [4]}

1- استخدام الكهرباء الساكنة في جهاز مكافحة التلوث

هذا الجهاز يحتوي على ألواح معدنية تعمل على شحن جزيئات الغبار بشحناتٍ كهربائية، فتنجذب هذه الجزيئات إلى الألواح المعاكسة لها في الشحنة، وتترسّب على هذه الألواح.

2- آلات التصوير الجاف (Xerograhy)

هي آلاتٌ تستخدم الكهرباء الساكنة وكلمة (Xerograhy) هي كلمة يونانية تتكون من شقين Xero تعني جاف grahy تعني التصوير، وتتكون هذه الآلات من أسطوانةٍ من الألمنيوم المطلية بالسيلينيوم (من مواصفات مادة السيلينيوم أنها مادةٌ عازلةٌ في الظلام، وتصبح ناقلةً عند تعرّضها للضوء)، يتمّ رشّ أسطوانة الألمنيوم بشحنةٍ موجبة من نقاط على آلةٍ تدعى (corotron). 

كيف تعمل آلة التصوير الجاف

1- يتمّ تأريض أسطوانة الألمنيوم الناقلة بحيث يتمُّ تحفيز شحنةٍ سالبة تحت الطبقة الرقيقة من السيلينيوم ذي الشحنة الموجبة بشكلٍ موحّد.

2- يوضع على سطح الأسطوانة الصورة المرغوب نسخها، عندما تكون الصورة خفيفة، يصبح السيلينيوم ناقلاً، ويتمّ تحييد الشحنة الموجبة، وفي المناطق المظلمة، تبقى الشحنة الموجبة، وبالتالي يتمّ نقل الصورة إلى الأسطوانة.

3- يتمُّ رشّ مسحوقٍ أسود جاف (يسمّى التونر) بشحنةٍ سالبة بحيث ينجذب إلى المناطق المشحونة إيجاباً في الأسطوانة. بعد ذلك، يتمّ إعطاء قطعة ورق فارغة شحنة موجبة أكبر من تلك الموجودة في الأسطوانة بحيث تسحب مسحوق الحبر من الأسطوانة.

4- يتمُّ تمرير الورق والحبر المثبت بالكهرباء الساكنة عبر بكرات ضغطٍ ساخنة، والتي تعمل على إذابة الحبر، والتصاقه بشكلٍ دائمٍ داخل ألياف الورق.

3- الطابعة النافثة للحبر (Inkjet printer)

يستخدم هذا النوع من الطابعات الكهرباء الساكنة، وهي تستخدم لطباعة النصوص والرسومات التي يتمّ إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر. يعمل هذا النوع من الطابعات كما يلي:

يتمُّ رشُّ رذاذٍ ناعمٍ من قطرات الحبر الصغيرة من خلال فوهةٍ صغيرة، ويتمُّ بعد ذلك شحنها بشحنةٍ كهربائيةٍ ساكنة. باستخدام أزواج من الألواح المشحونة يتمُّ توجيه قطرات الحبر المشحونة لتشكيل الحروف والصور على الورق. كما يمكن لهذا النوع من الطابعات طباعة صور ملونة باستخدام نفاثة سوداء، وثلاث نفاثاتٍ أخرى بألوان أساسية.

4- مرسبات الدخان ومنظفات الهواء

يتكون المرسب الكهروستاتيكي من شبكتين تعمل الشبكة الأولى على شحن الجزئيات المحمولة بالهواء (الدخان، والغبار، وحبوب اللقاح) بشحنةٍ موجبة، بينما تكون الشبكة الثانية مشحونةً بشحنةٍ معاكسة (أي شحنة سالبة)، فتعمل بذلك على جذب الجزئيات المحمولة بالهواء وتجمعها.

تُستخدم المرسبات الكهروستاتيكية الكبيرة صناعيًا لإزالة أكثر من 99 بالمئة من الجزيئات الناتجة عن انبعاثات غازات المداخن المرتبطة بحرق الفحم والنفط. إن المرسبات المنزلية تعمل بنفس المبدأ السابق، وغالباً ما تكون مرتبطةً مع نظام التدفئة والتبريد، فتعمل على تنقية الهواء، وإزالة الجزيئات الملوثة، والمهيّجات، والمواد المُسبّبة للحساسية.