تعريف الكهرباء الساكنة

دراسة الكهرباء الساكنة

عند القيام بالبحث عن الكهرباء، نجد أن كل مادة تتألف من ذرات، وجميع الذرات تتألف من جسيمات ذرية بما في ذلك الإلكترونات والبروتونات المشحونة، 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 ذلك كيفية ارتباط الذرة بالذرات الأخرى لتشكيل الجزيئات.

يتم إضافة النيوترونات، وهي جسيمات متعادلة كهربائياً، إلى النواة الذرية مما يزيد من كتلتها، لكنها لا تؤثر تقريبًا على عدد الإلكترونات وبالتالي لا تؤثر على ارتباطات الذرة بالذرات الأخرى.

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.

الكهرباء الساكنة هي اختلال الشحنة الكهربائية على سطح مادة ما، وتستخدم على عكس الكهرباء الديناميكية التي تتمثل في تيارات كهربائية، وتعتبر هذه الكهرباء واحدة من أنواع الكهرباء.

تكون الذرات في الكهرباء الساكنة عادة محايدة، وذلك لأنها تحتوي على عدد متساوٍ من الإلكترونات والبروتونات، ولكن يمكن للذرات أن تصبح مشحونة عندما يحدث خلل في عدد هذه الجسيمات، ويمكن حدوث ذلك بسهولة بالنسبة لبعض المواد.

في دراسة الكهرباء الساكنة، نجد أن هناك مادة تحدد قدرتها على الاحتفاظ بالإلكترونات في مواضعها في سلسلة التحام الكهربائي. وكلما تم ترتيب موادين بعيدتين في هذه السلسلة، زاد تمييز الشحنة عند اتصالهما. على سبيل المثال، الزجاج والحرير يتراجعان نسبيا في هذه السلسلة. لذا عند فرك الزجاج بالحرير، يفقد الزجاج العديد من الإلكترونات للحرير. وبهذا يمكننا ملاحظة التأثير الكهربائي الساكن.

– الكهرباء الساكنة موجودة حولنا، ونستخدمها يوميا، ولذلك توجد العديد من الاستخدامات للكهرباء الساكنة، ومن الأمثلة على وجود الكهرباء الساكنة:

• البرق.
• أخذ الملابس المتماسكة ببعضها من مجفف الملابس.
• تمشيط الشعر في فصل الشتاء.

ما الذي يسبب الكهرباء

عند خلط مادتين مختلفتين، يحدث احتكاك بينهما، ويؤدي فرك الجسمين معًا بقوة إلى اتصالهما، وهذا ما يسبب حدوث الكهرباء الساكنة، من خلال ظاهرة تأثير كهربائية الاحتكاك.

تتكون جميع المواد على سطح الأرض من ذرات تحتوي على نواة مركزية موجبة، وهي البروتونات والنيوترونات، وتحيط بها مساحة من الإلكترونات السالبة، والتي تجذبها بعض الذرات بشدة أكثر من غيرها.

في حال توافر اتصال بين مادتين مختلفتين، وقامت إحداهما بجذب إلكترونات أكثر من الأخرى، فمن الممكن سحب الإلكترونات من إحدى المواد إلى الأخرى، وعند فصل المواد، تقوم الإلكترونات بالانتقال إلى المادة التي تجذبها بشدة.

نتيجة لذلك، تم اكتساب بعض الإلكترونات الإضافية للمادة، وأصبحت المادة مشحونة بشحنات سالبة، بينما حدث العكس مع المادة الأخرى حيث فقدت بعض الإلكترونات وأصبحت مشحونة بشحنة موجبة.

ومن هذا، يمكن استنتاج أنه إذا قمنا بفرك المواد مع بعضها البعض أكثر من مرة، فإننا نزيد من فرص مشاركة الذرات في تبادل الإلكترونات، مما يؤدي إلى تراكم الشحنة السالبة

مجال الكهرباء الساكنة

الحقول الكهربائية الساكنة هي حقول ثابتة لا تتغير شدتها أو اتجاهها مع مرور الوقت، بعكس الحقول الكهربائية المتناوبة التي تتغير شدتها وترددها. وبما أن تردد الحقول الكهربائية الساكنة يساوي صفر هرتز، فإنها تؤثر على الشحنات أو الجسيمات المشحونة بالقوة.

تُعبر قوة المجال الكهربائي الساكن بوحدة الفولت لكل متر (V/m)، وتتراوح قوة المجال الكهربائي الطبيعي في الغلاف الجوي من حوالي 100 فولت/متر في الطقس المعتدل إلى عدة آلاف من الفولت/متر تحت السحب الرعدية.

عمومًا، لم تقدم الدراسات المحدودة التي أجريت في المختبرات على الحيوانات والبشر والتي بحثت في آثار التعرض للمجالات الكهربائية الساكنة، دليلاً على وجود آثار صحية ضارة .

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 :

• إذا كان هناك غازات قابلة للاشتعال أو تركيز عالٍ من الأكسجين، فيمكن لشرارة أن تشعل تلك الغازات وتؤدي إلى حدوث انفجار.
• عند لمس جسمك شحنة كهربائية عالية، يمكن أن تنتقل الشحنة عبر جسمك مما يؤدي إلى حدوث صدمة كهربائية، وهذا قد يتسبب في حدوث حروق أو توقف عضلات القلب، وقد يؤدي ذلك في بعض الأحيان إلى الوفاة نتيجة للصدمة الكهربائية.
• تشكُّل طائراتُ التزويدِ بالوقودِ والناقلاتُ خطرًا خاصًّا، فإذا سُمِحَ للوقودِ الذي يمرُّ عبرَ الخرطومِ إلى السيارةِ بتكوينِ شحنةٍ ثابتةٍ، فقد تؤدي شرارةٌ ناتجةٌ إلى اشتعالِ الوقودِ، ولذلك يتمُّ تأريضُ الخراطيمِ لمنعِ حدوثِ مثل هذهِ الحوادثِ.

لا يخترق المجال الكهربائي الساكن جسم الإنسان بسبب الموصلية العالية، حيث ينتج المجال الكهربائي شحنة كهربائية سطحية، وإذا كانت هذه الشحنة كبيرة بما يكفي، فيمكن إدراكها من خلال تفاعلها مع شعر الجسم، ومن خلال ظواهر أخرى مثل تفريغ الشرارة.

تختلف عتبة الإدراك لدى الأفراد وتتراوح بين 10 إلى 45 كيلو فولت/متر، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للمجالات الكهربائية العالية جداً، مثل خطوط HVDC، شحن الجسيمات في الهواء، بما في ذلك الجسيمات الملوثة.

كانت هناك فرضية تشير إلى أن الرئة يمكن أن تمتص الجسيمات المشحونة بشكل أفضل من الجسيمات غير المشحونة، وبالتالي زيادة تعرض الناس لتلوث الهواء، ومع ذلك، فإن المعرفة الحالية تشير إلى أن زيادة المخاطر الصحية المترتبة على مثل هذا الشحن للجسيمات أمر مستبعد للغاية.