الكهرباء الساكنة هي نوع من الطاقة الكهربائية تُنتَج نتيجة تراكم الشحنات الكهربائية على أسطح المواد، وذلك بسبب فرك مادة بأخرى وحدوث احتكاك بينهما، مما يؤدي إلى اختلال الشحنات في ذرات تلك المواد. في هذا المقال، سنتناول مفهوم الكهرباء الساكنة، تاريخها، نظرياتها، وطرق توليدها، بالإضافة إلى أهم المعلومات المرتبطة بها.
تعريف الكهرباء الساكنة
- الكهرباء الساكنة، أو كما تُعرف باللغة الإنجليزية بـ Static Electricity، هي الطاقة الكهربائية التي تتجمع على السطح الخارجي لجسم ما، مما يجعلها ثابتة وغير متحركة، ومن هنا جاءت تسميتها (الكهرباء الساكنة).
- يمكن ملاحظة هذه الطاقة عندما ينتقل الإلكترون السالب بين الأجسام، مما يؤدي إلى تنافرها أو تجاذبها بناءً على شحناتها.
- تحدث الكهرباء الساكنة بشكل أساسي جراء عدم توازن الشحنات في الإلكترونات المحيطة بأنوية الذرات المكونة للأجسام، حيث أن تأثيرات الإلكترونات تكون سلبية دائمًا، مما يسمح لها بالتنقل بسهولة.
- عندما يفقد الجسم إلكترونًا أو أكثر، فإن شحنته تتغير لتصبح موجبة، في حين أن اكتساب إلكترون يجعل شحنته سالبة.
نظريات وتاريخ الكهرباء الساكنة
- تعود المعرفة بالطاقة الكهربائية إلى اليونانيين في حوالي عام 600 قبل الميلاد، حيث وصف طاليس في أعماله كيفية قدرة الكهرمان على جذب الأجسام الدقيقة عبر الفرك.
- كما أوضح العالم ثاوفرسطس بأنه توصل إلى اكتشافات مشابهة لما قام به طاليس في عام 300 قبل الميلاد، إلا أنه لم يتمكن أي من العالمين من تقديم تفسيرات علمية لتلك الظواهر في وقتهما.
- في عام 1600، أجرى وليام جيلبرت أبحاثًا تتعلق بالكهرباء الساكنة، وهو أول من استخدم مصطلح (الكهرباء). كما قدّم فروقًا جوهرية بين القوى المغناطيسية والكهربائية. وفيما بعد، اكتشف بنجامين فرانكلين أن البرق يمثل تفريغًا للكهرباء الساكنة.
- استخدم بنجامين فرانكلين في تجاربه القضبان المصنوعة من الكهرمان والزجاج، ولاحظ تأسيس شحنات متضادة لدى فرك القضيبين، مما أدى به إلى استنتاج أن الكهرمان يحمل شحنات سالبة بينما يحمل الزجاج شحنات موجبة.
طرق توليد الكهرباء الساكنة
تتعدد طرق إنتاج الكهرباء الساكنة، لكن جميعها تقوم على نقل الشحنات الكهربائية بين جسمين، مما يؤدي إلى اكتساب أحدهما شحنة سالبة والآخر شحنة موجبة. فيما يلي بعض الطرق الأساسية لتوليد الكهرباء الساكنة:
الدلك
- تعتمد هذه الطريقة على فرك مادة عازلة بأخرى عازلة أيضًا مما يُنتج شحنة كهربائية ساكنة تتجمع على السطح الخارجي للجسم. على سبيل المثال، عند فرك بالون بالشعر، يمكن أن يلتصق بالجدار لاحقًا.
التماس
تعد هذه الطريقة من الطرق الشائعة لإنتاج الشحنات الساكنة، حيث تحدث عندما تنتقل الشحنات الكهربائية السالبة من جسم إلى آخر عند تلامسهما.
طريقة الحث
- تتم عملية إنتاج الشحنات الساكنة في أي جسم عازل عبر الحث، نتيجة لتحرك الإلكترونات الموجودة فيه بفعل الحقل الكهربائي لجسم مشحون قريب.
- تتكون الكهرباء الساكنة عبر الحث دون الحاجة إلى تلامس مباشر بين الأجسام.
تطبيقات الكهرباء الساكنة
توجد العديد من التطبيقات التي تعتمد على الكهرباء الساكنة، ومنها:
المكثفات
- تتمثل وظيفة المكثف في تجميع الكهرباء الساكنة الناشئة عن تدفق الطاقة الكهربائية وتخزينها، ويحدث ذلك بفعل فروق الجهد بين الألواح الموجودة داخل المكثف، حيث يحتفظ بها لفترة معينة.
- من الأمثلة على ذلك المكثف الفائق الذي يستخدم لتشغيل الأجهزة بدلاً من البطاريات القابلة لإعادة الشحن.
طباعة الليزر
- تعتمد عملية طباعة الليزر على أسطوانات ذات شحنات موجبة، حيث يقوم الليزر بعكس الشحنات عند ملامستها، مما يؤدي إلى تحولها إلى شحنات سالبة، وبالتالي تظهر الكتابات في المناطق ذات الشحنات السالبة على الأسطوانة.
- عندما تسير أسطوانة الحبر فوق الأسطوانة المشحونة، تنجذب جزيئات الحبر نحو المناطق ذات الشحنات السالبة. كما يُستخدم الورق لطباعة النصوص عبر مروره على الأسطوانة المحملة بالحبر.
مخاطر الكهرباء الساكنة
قد تتسبب الكهرباء الساكنة في بعض المخاطر، ومنها:
- يمكن أن تؤدي الكهرباء الساكنة إلى نشوب حريق، خاصة عند تفريغها بفعل جهد عالٍ.
- قد تتعرض الأجهزة الإلكترونية للضرر نتيجة الصدمات الكهربائية الساكنة.
- قد يحدث انفجار مفاجئ عند مرور المواد سريعة الاشتعال مثل البنزين في أنابيب مع وجود احتكاكات.
- يمكن أن تتسبب ظاهرة البرق في الوفاة أو الاحتراق نتيجة للصعقة الكهربائية القوية.
- قد تؤدي شرارات الكهرباء الساكنة إلى تلف الأجهزة الميكانيكية أو أحد مكوناتها.
- يترتب على الصدمات الكهربائية ألم شديد، وقد تصاحبها حروق أو حالات طبية خطيرة مثل السكتة القلبية.
