تطبيقات القوى الكهروسكونية بالامثلة

تعريف الكهرباء الساكنة

لفهم الكهرباء الساكنة، يجب معرفة أنها يمكن أن تكون مصدر إزعاج، أو حتى خطر، حيث يمكن للطاقة التي تجعل شعرك يقف في نهايته أن تلحق الضرر بالإلكترونيات وتسبب انفجارات. ومع ذلك، يمكن التحكم في الكهرباء الساكنة والتلاعب بها بشكل صحيح، ويمكن أن تكون أيضا نعمة هائلة للحياة الحديثة، حيث تعتبر الشحنة الكهربائية خاصية أساسية للمادة، وفقا لمايكل ريتشموند، أستاذ الفيزياء في معهد روتشستر للتكنولوجيا، حيث تحمل البروتونات والإلكترونات جميع الشحنات الكهربائية في الكون تقريبا، حيث يقال إن البروتونات تحمل شحنة +1 وحدة إلكترونية .

رغم أن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة تبلغ -1، إلا أن هذه الشحنات عشوائية تماما، وذلك لأن البروتونات موجودة عموما داخل نوى الذرات، وهي محصورة وغير حرة في الحركة مثل الإلكترونات. ولذلك، عندما نتحدث عن التيار الكهربائي، فإننا نعني دائما تدفق الإلكترونات، وعندما نتحدث عن الكهرباء الساكنة، فإننا نعني عموما عدم التوازن بين الشحنات السالبة والموجبة في الأشياء. وبعد تعريف الكهرباء الساكنة، يمكن البحث عن الكهرباء بكل سهولة .

 تطبيقات القوى الكهروسكونية

الكهرباء الساكنة تعتبر واحدة من الأنواع الرئيسية للكهرباء، ويوجد لها العديد من التطبيقات

مولد فان دي غراف

مولدات فان دي جراف (أو فان دي جرافس) ليست مجرد أجهزة مدهشة تستخدم لإثبات الجهد العالي، بسبب تواجد الكهرباء الساكنة، بل تستخدم أيضا في أبحاث متعمقة. تم بناء أول مولد فان دي جراف عام 1931 من قبل روبرت فان دي جراف (باستناد إلى اقتراحات الورد كلفن الأصلية)، وذلك لاستخدامه في أبحاث الفيزياء النووية. تستخدم مولدات فان دي جرافس أسطحا سلسة ومدببة وموصلات وعوازل لتوليد شحنات ثابتة كبيرة وبالتالي جهد عال .

يمكن أن تترسب شحنة زائدة كبيرة جدًا على الكرة ، لأنها تتحرك بسرعة إلى السطح الخارجي ، تنشأ حدود عملية لأن المجالات الكهربائية الكبيرة تستقطب المواد المحيطة ، وتؤينها في النهاية ، مما يخلق شحنات مجانية تعمل على تحييد الشحنات الزائدة ، أو السماح لها بالهروب ، ومع ذلك فإن الفولتية البالغة 15 مليون فولت هي ضمن الحدود العملية .

زيروجرافي

يتم رش أسطوانة الألمنيوم المطلية بالسيلينيوم بشحنة موجبة من نقاط على جهاز يسمى كوروترون، حيث يتم استخدام السيلينيوم بسبب خاصيته الفريدة كمادة موصلة ضوئيًا، حيث يكون السيلينيوم عازلاً في الظلام وموصلاً عند تعرضه للضوء .

في المرحلة الأولى من عملية التصوير الجاف، يتم تأريض أسطوانة الألمنيوم الموصلة بحيث يتم إحداث شحنة سالبة تحت الطبقة الرقيقة من السيلينيوم ذي الشحنة الموجبة المنتظمة .

 في المرحلة الثانية، يتم عرض صورة لكل ما سيتم نسخه على سطح الأسطوانة. عندما تكون الصورة خفيفة، يصبح السيلينيوم موصلا، ويتم تحييد الشحنة الموجبة. في المناطق المظلمة، تظل الشحنة الموجبة موجودة، وبالتالي يتم نقل الصورة إلى الأسطوانة .

في المرحلة الثالثة، يتم استخدام مسحوق الحبر الأسود الجاف ويتم رشه بشحنة سالبة حتى يتم جذبه إلى المناطق الموجبة في الأسطوانة. ثم يتم تعريض الورقة الفارغة لشحنة موجبة أكبر من شحنة الأسطوانة لجذب الحبر من الأسطوانة، وأخيرا يتم تمرير الورقة والحبر الكهروستاتيكي من خلال بكرات ضغط ساخنة، حيث يتم ذوبان الحبر والالتصاق به دائما داخل ألياف الورق .

طابعات ليزر

تعتمد طابعات الليزر على عملية التصوير الجاف لعمل صور عالية الجودة على الورق، وذلك باستخدام الليزر لإنتاج صورة على الأسطوانة الناقلة للضوء. وفي التطبيقات الشائعة لهذه الطابعات، تتلقى الطابعة إخراجا من جهاز الكمبيوتر، ويمكنها تحقيق مخرجات عالية الجودة نظرا للدقة التي يمكن التحكم بها في ضوء الليزر. وتقوم العديد من طابعات الليزر بمعالجة معلومات مهمة، مثل إنشاء الأحرف والخطوط المعقدة، وقد تحتوي على جهاز كمبيوتر أقوى من الذي يمنحهم البيانات الأولية المطلوبة للطباعة .

الطابعات النافثة للحبر والطلاء الالكتروستاتيكي

تستخدم الطابعة ذات الحبر النافث بشكل شائع لطباعة النصوص والرسومات التي يتم إنشاؤها عن طريق الكمبيوتر. تتمثل عملية الطباعة في رذاذ دقيق لقطرات صغيرة من الحبر بواسطة فوهة، وتتم شحن هذه القطرات بشحنة كهروستاتيكية. بمجرد أن يتم شحنها، يمكن توجيه القطرات بدقة كبيرة باستخدام أزواج من الألواح المشحونة لتشكيل الحروف والصور على الورق. يمكن للطابعات ذات الحبر النافث إنتاج صور ملونة باستخدام فوهة سوداء وثلاث فوهات أخرى بألوان أساسية، عادة سماوي وأرجواني وأصفر، تشبه تكنولوجيا التلفزيون الملون. هذه العملية أصعب مع التصوير الجاف، حيث يتطلب استخدام براميل وأحبار متعددة .

يتم استخدام طلاء كهروستاتيكي بشحنة كهروستاتيكية لرش الطلاء على أسطح غير منتظمة، حيث يؤدي التنافر بين الشحنات المتشابهة إلى ابتعاد الدهان عن مصدر الشحنة، مما يؤدي إلى تشكيل أشكال توتر سطحي، والتي تجذب بعد ذلك الدهان بواسطة الشحنات الموجودة على السطح المراد طلاؤه. يمكن تطبيق الطلاء الكهروستاتيكي بطريقة محكومة للحصول على طبقة متساوية، ويمكن أن يصل الطلاء إلى المناطق التي يصعب الوصول إليها. إذا كان الجسم موصلا، فإن المجال الكهربائي يكون عموديا على السطح، مما يجذب القطرات بشكل عمودي، وستحصل الزوايا والنقاط الموجودة على الموصلات على طلاء إضافي. يمكن استخدام اللباد بالمث .

مرسبات الدخان وتنظيف الهواء الالكتروستاتيكي

توجد تطبيق مهم آخر للاستخدامات الكهربائية الساكنة في منظفات الهواء الكبيرة والصغيرة، حيث يضع الجزء الكهروستاتيكي من العملية شحنة زائدة (موجبة عادة) على الدخان والغبار وحبوب اللقاح والجزيئات الأخرى في الهواء، ثم يمر الهواء عبر شبكة مشحونة بشكل معاكس تجذب وتحتفظ بالجسيمات المشحونة .

تستخدم الصناعات المرسبات الكهروستاتيكية الكبيرة لإزالة أكثر من 99٪ من الجسيمات من انبعاثات غاز المداخن المرتبطة بحرق الفحم والنفط. وتكون المرسبات المنزلية ، التي غالبا ما تكون مرتبطة بنظام التدفئة وتكييف الهواء في المنزل ، فعالة جدا في إزالة الجسيمات الملوثة والمهيجات والمواد المسببة للحساسية .

محاكاة متسقة للجسيمات المشحونة لمسدس بيرس

يوضح مثال المسدس النوع المثقوب تحليل تكوين مدفع كبير كهربائي، حيث يحدث تسارع الإلكترونات في جزء صغير فقط من المجال الحسابي، حيث تتكون معظم البندقية من أنبوب الانجراف، ويتم إنشاء المجال الكهربائي بواسطة الكاثود، والذي يعمل في نفس الوقت كمصدر للجسيمات، والقطب الكهربي الموجه والأنود، والذي يشتمل على أنبوب الانجراف، ويتم إنتاج المجال المغناطيسي بواسطة ملف كبير يحركه التيار، ويتم توجيهه بواسطة أسطوانة عالية النفاذية تحيط بالتكوين. يمكن استخدام المعلومات المذكورة في المقال لعمل بحث حول الكهرباء الساكنة .