ما هي الكهرباء السكونية؟
تُعرف الكهرباء السكونية بأنها نوع من الكهرباء ينشأ نتيجة تراكم الشحنات الكهربائية على سطح مادة معينة، يحدث ذلك بسبب احتكاك مادتين معًا مما يؤدي إلى اختلال توازن الذرات في كلا المادتين.
تحتوي هاتان المادتان على عدد متساوٍ من البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة. وعندما يحدث الاحتكاك، تنتقل الإلكترونات من مادة إلى أخرى، مما يؤدي إلى تحويل شحنة المادة التي فقدت الإلكترونات إلى شحنة موجبة، بينما تكتسب المادة الأخرى شحنة سالبة.
تاريخ اكتشاف الكهرباء السكونية
تشير بعض النصوص التاريخية إلى أن اكتشاف الكهرباء يعود إلى القرن السادس قبل الميلاد، حيث لاحظ البشر أن العنبر يصبح مشحونًا عند فركه. وفي عام 1660، قام العالم أوتو فون غيريك بإنشاء جهاز بدائي لإنتاج الكهرباء السكونية باستخدام كرة من الكبريت، ليُطور العالم فرانسيس هاكسبي هذا الجهاز لاحقًا.
في القرن الثامن عشر، تم إجراء تجربتين لتخزين الكهرباء السكونية: واحدة في هولندا قام بها العالم بيتر فان موشنبروك في جامعة لايدن، والأخرى في ألمانيا أنجزها المخترع جورج فون كلاسيت. عُرفت تجربة الكهرباء السكونية هذه بـ “زجاجة لايدن” تيمناً بالجامعة التي أجريت فيها.
تتألف تجربة زجاجة لايدن من جرة زجاجية ممتلئة جزئيًا بالماء، تُغلق بقطعة فلين، ويربط بمسمار أو سلك يصل إلى الماء، يتم تحريك الجزء الخارجي من السلك لتوليد شحنة كهربائية، مما يؤدي إلى شحن الجرة. وعند لمس السلك من الخارج، يمكن أن يتلقى الشخص صدمة كهربائية نتيجة الكهرباء المخزنة في الماء.
تطبيقات عملية للكهرباء السكونية
تُعتبر تجربة شحن البالون المطاطي عن طريق فركه بقطعة صوفية واحدة من التطبيقات الأكثر شيوعًا للكهرباء السكونية، حيث يُفرك البالون بالصوف، مما يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من الصوف إلى البالون بسبب تفاوت الجاذبية بين المادتين.
هذا يجعله مشحونًا بشحنة سالبة بسبب الزيادة في عدد الإلكترونات، بينما تصبح قطعة الصوف مشحونة بشحنة موجبة نتيجة فقدان إلكترونات. يمكن بعد ذلك تثبيت البالون على الحائط بفضل جذبها للجسيمات الموجبة الموجودة فيه.
توجد العديد من التطبيقات العملية للكهرباء السكونية، منها:
- آلات الطباعة الليزرية وآلات النسخ، حيث تجذب الشحنات الكهربائية الحبر إلى الورق.
- رش المحاصيل بالمبيدات الحشرية، حيث تساعد الكهرباء السكونية في تثبيت الرذاذ على أوراق النباتات بشكل متساوٍ.
- طلاء السيارات، حيث تُستخدم الكهرباء السكونية لضمان وصول الطلاء بفعالية إلى الهيكل المعدني، وتجنب الرش على الأسطح الأخرى.
- تنقية الهواء، حيث يمكن استخدام الكهرباء السكونية لالتقاط الأتربة والملوثات من مداخن المصانع، مما يسهم في تقليل تلوث الهواء.
تحمل الكهرباء السكونية الكثير من الظواهر الطبيعية في حياتنا، مثل:
- تعرض الشخص لشحنة كهربائية بسيطة بعد مشيه على سجادة وعند لمس مقبض الباب.
- تلقي الفرد لصدمات كهربائية عند إغلاق باب السيارة في فصل الشتاء.
- انتصاب فرو القط عند الاحتكاك به.
- ظاهرة البرق خلال العواصف الرعدية، حيث تُسهم الكهرباء السكونية في تحقيق التوازن المثالي للجسيمات عبر قوى التجاذب والتنافر، كما أن الاستجابات العصبية في جسم الإنسان مثل التذوق والشم واللمس ناتجة أيضًا عن الكهرباء السكونية.
مخاطر الكهرباء السكونية
على الرغم من الفوائد والتطبيقات المفيدة للكهرباء السكونية، إلا أن لها جوانب سلبية قد تؤدي إلى وقوع حوادث وأضرار. وفيما يلي بعض المخاطر المرتبطة بها:
- من المحتمل أن تؤدي الشرارة الكهربائية الناتجة عن الكهرباء السكونية في بيئات تحتوي على مواد قابلة للاشتعال إلى حدوث حرائق أو انفجارات.
- قد يتعرض الشخص لصدمة كهربائية قوية عند لمس جسم مُخزن لشحنة كبيرة من الكهرباء السكونية، مما يؤدي إلى إصابات جسيمة مثل الحروق أو حتى الوفاة إذا تم تفريغ هذه الشحنة في جسمه.
- يمكن أن يؤدي تراكم شحنة كهربائية في وقود الطائرات الناتجة عن احتكاك الخراطيم إلى نشوء شرارة واحتراق الوقود، مما يشدد على ضرورة تأريض الخراطيم في الطائرات.
- قد تتعرض الأجهزة الإلكترونية الحساسة للتلف عند لمسها، إذا كان الجسم يحمل شحنة كهربائية.
دراسات حول الكهرباء السكونية
وجد الباحثون في عام 2011 أن ظاهرة الكهرباء السكونية ليست مجرد ظاهرة فيزيائية بسيطة تعتمد على حركة الإلكترونات، بل قد تكون نتيجة لحركة الأيونات خلال العمليات الكيميائية المختلفة، وبالتالي فإن الكهرباء السكونية قد تظهر أيضًا بين المواد ذات القطبية المختلفة.
لا يقتصر الانتقال هنا على الإلكترونات بل يمتد أيضًا إلى الانتقال الجزئي لمكونات المادة، مما يوسع من فهمنا التقليدي للكهرباء السكونية. وبالتالي، فإن المفاهيم السابقة كانت عبارة عن فهم ابتدائي لهذه الظاهرة.
بصفة عامة، electricity السكونية هي نوع من الكهرباء التي تنتج عن تراكم الشحنات الكهربائية على سطح مادة، ويمكن توليدها من خلال فرك مادتين معًا. تشمل التطبيقات العملية البارزة كل من آلات الطباعة والنسخ، وتنقية الهواء، وطلاء السيارات.