الكهرباء الساكنة - اختلال التوازن بين شحنات سالبة وموجبة

نصادف الكهرباء الساكنة في الكثير من تفاصيل حياتنا اليومية، عند دلك أقدامنا على السجاد مثلاً، أو بعد تجفيف شعرنا بمجفف الشعر الكهربائي أو تسريحه بمشط بلاستيكي، أو عند خلع الملابس المصنوعة من البوليستر أو النايلون في الظلمة، كما أن البرق والصاعقة يعدان شكلين قويين من الكهرباء الساكنة التي نصادفها في حياتنا.

والآن لا بد من معرفة حقيقة الكهرباء الساكنة وكيف تحدث، وما هي أسباب حدوثها، وهل تشكّل خطر على حياتنا، أم يمكننا الإستفادة منها في حياتنا اليومية بدلًا من تأثيرها المزعج أحيانًا؟

تعريف الكهرباء الساكنة (الكهرباء السكونية)

الكهرباء الساكنة أو الكهرباء السكونية (Static Electricity)، هي ظاهرة كهربائية طبيعية مألوفة، تنتج عن تراكم الشحنات الكهربائية على سطح مادة نتيجة دلكها بجسم آخر، يمكن أن يتسبب ذلك في انجذاب الجسمين إلى بعضهما البعض أو تفريغ هذه الشحنة فجأة كما في ظاهرة البرق.

تعريف أخر للكهرباء الساكنة هي تولد الشحنة الكهربائية على الأجسام وبقائها على سطحها لفترة مؤقتة من الزمن.

تاريخ اكتشاف الكهرباء الساكنة

يعد الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي هو أول من اكتشف الكهرباء الساكنة عندما قام بدلك قطعة من الكهرمان بالفراء، حيث لاحظ أن الكهرمان جذب الغبار وذلك في العام (600) ق.م.

إلا أن العالم الإنكليزي وليم جلبرت (1544م-1603 م) هو أول من تقصى الظواهر الكهربائية ولاحظ أن بعض المواد تمتلك خاصية الجذب.

في عام (1733م)، وضّح الكيميائي الفرنسي شارل أن الكهرباء هي تدفق من نوع ما للشحنات، وهي إما أن تسبب تجاذب بعض الأجسام أو تنافرها وتنتج عن احتكاك جسم بآخر.

في القرن الثامن عشر اقترح العالم بنجامين فرانكلين فكرة الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة، وكيفية حدوث التفريغ الكهربائي، عندما قام بربط مفتاح معدني بطرف طائرة ورقية وأطلقها أثناء حدوث عاصفة رعدية، مما سبب حدوث شرارة كهربائية قوية أثرت على الأجسام الموجودة على سطح الأرض، حيث تسببت كهرباء السحب في رفع الجهد الكهربائي وإطلاق هذه الشرارة.

كما وضح العالم الإنجليزي ستيفن (1666 – 1736) م أن بعض المواد تمتلك خاصية توصيل الكهرباء على عكس بعضها الآخر، حيث نجح في نقل الكهرباء الناتجة من دلك أنبوب زجاجي مسافة 100 م.

قواعد أساسية في الكهرباء الساكنة

المادة عمومًا معتدلة كهربائيًا أي إن عدد الشحنات الموجبة يساوي عدد الشحنات السالبة.
الشحنات التي تنتقل بين الأجسام هي الشحنات السالبة.
الجسم الذي يفقد شحنات سالبة تصبح شحنته موجبة، أما الجسم الذي يكتسب شحنات سالبة فتصبح شحنته سالبة.

لماذا سميت الكهرباء الساكنة بهذا الاسم؟

سميت الكهرباء السكونية بهذا الاسم لأن الشحنات تبقى ثابتة في منطقة واحدة لا تتحرك أو تتدفق إلى مكان آخر على نفس السطح، على عكس التيار الكهربائي الذي يَنتُج عن تدفق الشحنات الكهربائية.

سبب حدوث الكهرباء الساكنة

السبب الرئيس لحدوث الكهرباء السكونية هو اختلال في التوازن بين الشحنات السالبة والشحنات الموجبة نتيجة احتكاك بعض المواد العازلة مع بعضها البعض.

حيث تنتقل الإلكترونات من مادةٍ إلى أخرى، فتكتسب المادة التي فقدت الإلكترونات شحنة موجبة، في حين تصبح المادة، التي اكتسبت إلكترونات، سالبة الشحنة، مما ينتج عنه قوى تجاذب بين الشحنات متعاكسة الإشارة وفق (قانون كولوم).

طرق توليد الكهرباء الساكنة

تنشأ الكهرباء الساكنة بصورة أساسية عند تلامس سطحان مع بعضهما البعض وتتحرك الإلكترونات من جسم إلى آخر، ويتم ذلك بعدّة طرق هي: الدلك، التماس والحثّ أو التأثير.

1 – طريقة الدلك أو الإحتكاك

عند دلك جسم بآخر تنطلق الإلكترونات التي تحمل شحنة سالبة من أحدهما إلى الآخر وتتراكم على سطحه منتجة شحنة ثابتة.

الأمثلة على ذلك كثيرة، فعندما تحرك قدميك على سَجّادة تنتقل الإلكترونات إلى جسمك مكوّنة شحنة سالبة على جلدك يمكن تفريغها عندما تلمس صديقك أو مِقْبَض الباب مثلاً.

عند دلك قلم بلاستيكي بقطعة صوف وتقريبها من قصاصات ورقية، نلاحظ أن القلم يجذب الأوراق، وكذلك عند دلك أنبوب زجاجي بقطعة حرير فإننا نلاحظ نفس النتيجة. والسبب في ذلك تولد الشحنات الكهربائية.

2 – طريقة التكهرب باللمس

في هذه الطريقة يتم شحن الأجسام عن طريق تلامس الجسم المشحون كهربائيًا مع الجسم المراد شحنه، حيث ينتقل جزء من الشحنات الكهربائية من الجسم الشاحن إلى الجسم الآخر وتبقى على سطحه بعد إبعاد الجسم الشاحن عنه.

من خصائص هذه الطريقة تتكون نفس الشحنات الكهربائية على كلا الجسمين الشاحن والمشحون نتيجة هذا التلامس . مثال على ذلك عندما نلمس أنبوب مشحون كهربائيًا بكرة معتدلة (غير مشحونة)، فينتقل جزء من الإلكترونات من الجسم الشاحن إلى الكرة.

3 – طريقة التكهرب بالتأثير أو الحث

التكهرب بالتأثير هي طريقة لشحن الأجسام كهربائيًا من خلال تقريب جسم مشحون من جسم آخر دون أن يتلامسا، من خصائص هذه الطريقة أنه:

يوجد لدينا طرفان، طرف قريب من الجسم الشاحن شحنته مخالفة لشحنة الجسم الشاحن، وطرف بعيد شحنته مماثلة لشحنة الجسم الشاحن.
الشحنات الكهربائية لا تنتقل بين الجسم الشاحن والمشحون.
تزول الشحنات الكهربائية عن الجسم المشحون بعد إبعاد الجسم الشاحن.

للحصول على الكهرباء الساكنة بطريقة التأثير نقرّب أنبوب مشحون بشحنة كهربائية سالبة من كرة معدنية معتدلة الشحنة، دون أن تلامسها، عند ذلك تبدأ الشحنات بإعادة التموضع على سطح الكرة حيث تقترب الشحنات الموجبة إلى الطرف القريب من الشاحن (الأنبوب) وتبتعد الشحنات السالبة إلى الطرف البعيد. ويوضح مقطع الفيديو التالي هذه الطرق بالتفصيل:

أمثلة عن وجود الكهرباء الساكنة في حياتنا

هناك الكثير من الأمثلة عن وجود الكهرباء السكونية في حياتنا، سنعرض لكم بعضًا منها:

1 – الملابس المصنوعة من البوليستر (النايلون)

حيث نسمع صوت طقطقة عند خلعها مما يدل على وجود شحنات كهربائية تم تفريغها.

2 – شاشة التلفزيون

تستقطب شاشة التلفزيون جزيئات الغبار المشحونة الطافية في الهواء، مما يسبب ترسب طبقة من الغبار على الشاشة بعد دقائق من تنظيفها، كما أن تمرير إصبعك على الشاشة قد يجعلك تشعر بوخز خفيف مع سماع صوت طقطقة دلالة على وجود الكهرباء الساكنة وتفريغها.

3 – ملابس الشتاء الصوفية

تسبب ملابس الشتاء الصوفية توليد كهرباء ساكنة بين طبقة النسيج والجلد كلما تحرك الشخص خلال فصل الشتاء، حيث يكون الهواء جافًا وتكون الرطوبة منخفضة.

4 – دلك أنبوب زجاجي أو بلاستيكي بقطعة قماش

عند دلك أنبوب زجاجي أو بلاستيكي بقطعة قماش وتقريبها من كرة بوم بوم (كرة معدنية معتدلة الشحنة) معلقة بحرية في الهواء، حيث نلاحظ وجود قوة جذب أو تنافر تساعد في استنتاج الشحنة الموجودة على الكرة.

5 – آلات التصوير والطابعات الليزرية

تعد آلة التصوير من أفضل الأمثلة على الكهرباء الساكنة في الحياة الواقعية، التي نحتاجها بكثرة للحصول على نسخ لمستنداتنا المهمة مثًلا، ويتم ذلك عندما تجذب الشحنات الكهربائية الساكنة الحبر إلى الورق. حيث تستخدم آلة التصوير و نظام Xerox الكهرباء الساكنة لتكرار الطباعة.

يساعد وجود الكهرباء الساكنة في نقل الحبر الذي يتم شحنه بشحنة سالبة إلى الورقة البيضاء بعد مرورها على أسطوانة مشحونة بشحنة موجبة. وبذلك يتم إنشاء صورة مصورة للمستند الأصلي بنجاح. أما في الطابعات الليزرية فيتم تتبع الصورة على الأسطوانة بواسطة شعاع مسح ليزري.

6 – خدعة حفلة البوالين

يتم دلك البوالين على الشعر الجاف حتى تكتسب شحنة سالبة تتوزع على سطحها الخارجي، مما يساعد على التصاقها بسهولة بالشعر مما يضفي جو من المرح في حفلات أعياد الميلاد للأ طفال، كما يمكن أن تلتصق بأي سطح يحتوي على شحنة معاكسة، أو دون شحنة حتى، كالجدران لذا تستخدم هذه الخدعة للتزيين في الحفلات.

7 – مشط الشعر

يسبب تسريح شعرنا باستخدام مشط بلاستيكي نقل الشحنات الكهربائية إلى أسنانه، مما يسبب تكهرب الشعر في حال قربنا المشط باتجاهه من جديد. ويمكننا التأكد من ذلك بتقريب المشط من قطع ورقية صغيرة حيث نلاحظ أن الأوراق تنجذب إلى أسنان المشط.

8 – مِقْبَض الباب

بما أن مِقْبَض الباب مصنوع غالبًا من المعدن فهو قادر على نقل الإلكترونات إلى كل جسم يتلامس معه. لذا عندما يلمسه شخص بشكل عشوائي فإنه يكون عرضة للشعور بصدمة كهربائية خفيفة نتيجة تولد الكهرباء الساكنة بينهما.

9 – شاشات الهواتف المحمولة

هل تعلم أنه في كل مرة تقوم فيها بفتح تطبيق عن طريق لمس شاشة هاتفك المحمول فإنك تستخدم قوة الكهرباء السكونية؟

حيث تحتوي معظم الهواتف المحمولة على شاشة تعمل باللمس مصنوعة من مواد مثل النحاس أو أكسيد قصدير الإنديوم، الذي يخزن الشحنات الكهربائية في شبكة كهروستاتيكية من الأسلاك الدقيقة جدًا. فعندما يلامس الإصبع الشاشة، يتم نقل شحنة كهربائية صغيرة من الإصبع إلى الشاشة لإكمال الدائرة.

حقائق عن الكهرباء السكونية والتفريغ الكهربائي

البرق هو شكل ضخم من الكهرباء السكونية التي تتشكل عندما يحتك الهواء بالسحب.
لا تسبب الكهرباء الساكنة أبدًا تيارًا عاليًا ما لم تكن على نطاق أكبر، مثل البرق.
يمكننا إنتاج كهرباء ساكنة موجبة الشحنة عن طريق فرك أنبوب من الزجاج بقطعة من الصوف أو الحرير.
يمكننا إنتاج كهرباء ساكنة سالبة الشحنة، عن طريق فرك الفراء على أنبوب بلاستيكي أو مطاطي.
يمكن للكهرباء الساكنة أيضًا السفر بـ سرعة الضوء، أي (300000) كم في الثانية.
يمكن لشرارة الكهرباء الساكنة أن تقيس آلاف الفولتات، ومع ذلك، فإن الشرارة الكهربائية تستمر لفترة قصيرة فقط.

مخاطر الكهرباء الساكنة

الكهرباء الساكنة ليست خطيرة بشكل عام، حيث أن الصدمات الكهربائية اللحظية الخفيفة التي نمر بها في مواقف معينة ترجع إلى التفريغ اللحظي، لن يؤذينا هذا التفريغ. ولكن في حال حدث هذا التفريغ بشدات كبيرة يمكن أن يسبب أضرار كالتالي:

1 – إتلاف الأجهزة الإلكترونية

تعد الحواسيب وغيرها من المعدات الإلكترونية معرضة لخطر التلف بسبب التفريغ المفاجئ للشحنات عند لمسها، فوفقًا لوكالة ناسا، يمكن أن يؤدي انتقال شرارة بسيطة من الإصبع إلى الأجهزة الإلكترونية إلى إتلاف المكونات الحساسة في هذه الأجهزة وجعلها غير صالحة للاستعمال، لذلك يجب اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء أحزمة تأريض لتبديد الشحنات الساكنة باستمرار من جسمك.

2 – اشعال الحرائق

يمكن أن تسبب الشرارة الكهربائية الناتجة عن التفريغ، بالقرب من غاز أو سائل قابل للاشتعال، اشتعال الحرائق أو حتى حدوث انفجار، ويحدث ذلك غالبًا عند تزويد المركبات بالوقود مثلًا كالسيارات في محطات الوقود.

حيث تسبب حركة السوائل القابلة للاشتعال عبر أنبوب أو خرطوم مصدراً آخر للشحنة الساكنة، وقد توفر الشرارة الناتجة عن التفريغ المفاجئ عالي الجهد مصدرًا لاشتعالها، مما يسبب نشوب حريق أو انفجار. لذا ينصح الأشخاص الذين يتعاملون مع الوقود السائل توخي الحذر الشديد لتجنب تراكم الشحنات والتفريغ المفاجئ.

3 – الصدمات الكهربائية

تعد الصدمات الكهربائية الناتجة عن تفريغ الكهرباء السكونية من المخاطر الأكثر شيوعًا لها، والتي قد تسبب الألم الشديد والحروق، أو حتى التوقف المفاجئ في عضلة القلب، إذا كانت شدتها عالية. وترتبط شدة الصدمة بالنسبة للإنسان بمدة التعرض ومستوى الجهد الكهربائي الناتج عن التفريغ.

4 – خسائر في إنتاج المعامل والمصانع

قد تسبب الكهرباء الساكنة خسائر مادية في المعامل والمصانع، وذلك بسبب التأثير السلبي للكهرباء الساكنة على الآلات والمعدات الإنتاجية، حيث يمكن أن يسبب توقفها بشكل لحظي اضطرابات الإنتاج في معالجة الورق والبلاستيك والمواد المركبة والمسحوق والحبيبات والسوائل.

5 – ظاهرة البرق

تسبب السحب ظهور مناطق من الشحنات الساكنة تنتج عن حركة الغازات والأبخرة، يمكن أن يسبب التفريغ المفاجئ الناتج عنها البرق والصواعق القوية التي قد تؤدي إلى الموت أو إلى حرائق الغابات، حيث يمكن أن تتجاوز شدتها وفقًا لوكالة ناسا (300000) فولت، كما يمكن أن يسبب الوميض الناتج عنها فقدان الرؤية بشكل دائم أو مؤقت.

طرق التخلص من الكهرباء الساكنة في أجسامنا ومنازلنا

هناك العديد من الإجراءات والتعديلات التي يمكن أن نجريها على بيئتنا المحيطة تساعدنا في التخلص من الكهرباء الساكنة في أجسامنا وملابسنا ومنازلنا ومن تأثيراتها المزعجة مثل:

إضافة منعمات الأقمشة عالية الجودة للتخلص من الكهرباء الساكنة في الملابس.
يمكن أن يساعد وضع كرة التنس في الغسالة في تقليل تولد الشحنات عن طريق منع احتكاك الملابس ببعضها البعض أثناء تجفيفها.
يمكن دلك القليل من غسول اليد على المنطقة المشحونة من ملابسك كالأكمام مثلً، أو يمكنك أيضًا ترطيب يديك برفق بالماء ثم امسحهما على سطح ملابسك لتقليل التصاقها بالكهرباء الساكنة.
لمس قطعة معدنية مؤرضة مثل مواسير المياه أو عمود الإنارة يساعد ذلك في تفريغ الشحنة.
إضافة ورق تجفيف مضاد للكهرباء الساكنة الغسالة أثناء غسيل الملابس، سيمنع ذلك الملابس من الاحتكاك مع بعضها البعض وتراكم الإلكترونات.
يعد استخدام البخاخات المضادة للكهرباء الساكنة على الملابس أو الجسم حل فعال للتخلص من الكهرباء الساكنة.
استخدام ملطف الجو أو بخاخ ماء داخل المنزل لزيادة الرطوبة في الهواء، فلهواء الجاف يوفر بيئة مثالية للكهرباء الساكنة.
ترطيب الجسم باستخدام المرطبات، حيث يساعد تطبيق مرطب الجسم في منع الملابس من الاحتكاك بالجلد الجاف وخلق شرر غير مرغوب فيه.
يساعد المشي على الأرض بأقدام حافية في تفريغ الشحنات الكهربائية ونقلها إلى الأرض، وهي حيلة قديمة استخدمها أجدادنا.
ملامسة الأثاث الخشبي.
ارتداء الملابس القطنية والإبتعاد على الملابس التي تحوي خيوط تركيبية مثل البوليستر.

أسئلة شائعة عن الكهرباء الساكنة

بعد التعرف على الكهرباء السكونية وطرق توليدها وأين نصادفها في حياتنا اليومية، لا بد أن هناك الكثير من الأسئلة التي تتبادر إلى أذهاننا وإليك الإجابات عن بعضها:

هل يمكننا استخدام الكهرباء الساكنة لتشغيل جميع الأدوات الكهربائية؟

لا… لا يمكننا استخدام الكهرباء الساكنة لتشغيل جميع الأدوات الكهربائية وإنما فقط يمكن استخدامها لتشغيل تلك الأجهزة التي تستخدم التحريض الكهربائي، كالطابعات، والماسحات الضوئية.

هل يمكن إنتاج الكهرباء الساكنة بشكل مستمر؟

لا… لا يمكن إنتاج الكهرباء السكونية بشكل مستمر، وذلك بسبب تفريغ الطاقة داخل أجسام مختلفة.

هل يمكن قياس الكهرباء الساكنة؟

لا يمكن قياس الكهرباء الساكنة إلا باستخدام جهاز (Gold Leaf Electroscope) الذي يعد الأداة الوحيدة التي تقيس مقدار الكهرباء الساكنة، حيث لا تستطيع العدادات التناظرية أو الرقمية تحقيق ذلك.