هل تعلم معنى الكهرباء الساكنة (Static Electricity)؟ من منا لم يصب بالدهشة عندما أحس بصعقة كهربائية أثناء لمسه لسيارة متوقفة أو عندما صافح أحد الأشخاص في يوم ما. و أكيد أيضا أن الجميع قام بفرك مسطرة بقطعة قماش و استطاع أن يحمل بها قطعة ورق بمجرد اللمس و هو يظن أنه حول المسطرة إلى مغناطيس للأوراق. في الحقيقة، هذا ليس ضربا من الصدفة أو ظاهرة غير قابلة للتفسير: إنها الكهرباء الساكنة التي تخضع لقانون علمي يسمح بتفسيرها و شرحها و قياسها وهو قانون كولوم. لرفع الغموض عن الموضوع و لاكتساب المزيد من المعلومات عن الطاقة الكهربائية الساكنة.

ما هي الكهرباء

قبل التطرق إلى الكهرباء الساكنة لابد أن نتعرف أولا على الكهرباء حيث أنها عبارة عن طاقة تنتج جراء تنقل الإلكترونات من وسط ذو كمون كهربائي مرتفع إلى وسط ذو كمون منخفض. تعرف هذه الحركة باسم التيار الكهربائي الذي يتميز بشدته و جهده. للتذكير فإن شدة التيار هي كمية الالكترونات التي تعبر مقطع في ناقل كهربائي ووحدتها هي الأمبير، بينما الجهد هو الفرق بين أعلى و أقل كمون لمصدر التيار ووحدته هو الفولط.

يوجد نوع آخر من الكهرباء يسمى بالكهرباء الساكنة وله خصائص و مميزات مختلفة سنتطرق إليها معا في بقية المقال.

تعريف الكهرباء الساكنة ولماذا سميت بهذا الاسم

الكهرباء الساكنة هي ظاهرة فيزيائية تتمثل في تراكم الشحنات الكهربائية على المادة عن طريق انتقال الالكترونات من جسمٍ إلى جسم آخر مثل الملابس الصوفية خصوصا عن طريق التماس أو الاحتكاك، فيصبح الجِسم الذي اكتسب الإلكترونات المشحونة سالبة بينما يصبح الجسم الذي فقدها ذو شحنة موجبة.

سميت بالكهرباء الساكنه و ايضا بإسم الكهرباء الستاتية لأَن كلمة الكهرباء العادية التي نعرفها مرتبطة بحركة الالكترونات أما الكَهرباء السكونية فهي تراكم الالكترونات بدون حركة أي أنهَا في حالة سكون، وهي تشكل شحنه يمكنها إنتاج تيار كهربائي إذا توفرت الشروط الملائمة لتعديل شحنة الجسم عن طريق التخلص أو اكتساب إلكترونات حسب الحالة، حيث أن تأثير وحركة هذه الأخيرة تكون عبر ناقل يعمل على توليد تَيار كهربائي.

الفرق بين الكهرباء الساكنة والمتحركة

يوجد عدة اختلافات بين الكهرباء الساكنة و الكهرباء المتحركة يمكن أن نلخصها فيما يلي:

• المصدر: تتولد الكهرباء الساكنة نتيجة احتكاك إحدى الاجسام بين بعضها البعض أو التماس بين مادتين حسب قانُون كُولوم، بينما تتولد الكهرباء المتحركة عن طريق الحث الكهرومغناطيسي.

• الحركة: يمكن للكهرباء المتحركة التنقل و الحركة داخل النواقل و الدارات الكهربائية بينما تتجمع الكهرباء الساكنة في الجسم بدون حركة على شكل شحنة كهربائية ساكنة و في حالة فركها أو لمسها بقوة فإنها تتحول إلى كهرباء متحركة.

• التواجد: يمكن للكهرباء الساكنة التواجد على المواد الناقلة والعوازل بينما يمكن للكهرباء المتحركة التواجد على المواد الناقلة فقط والمقصود بأنها مواد موصلة لِلكهرباء.

أنواع الكهرباء الساكنة

يمكن تصنيف انواع الكهْرباء الساكنة حسب معيارين، الأول هو نوع الشحنة بينما المعيار الثاني هو ناقلية المادة المتواجدة عليها.

حسب الشحنة:

يمكن تصنيف الكهرباء السكونية حسب نوع شحنتها حيث يمكن أن تكون موجبة أو سالبة.

الكهرباء الساكنة ذات شحنة سالبة

يتشكل هذا النوع عند اكتساب مادة معتدلة الشحنة لمجموعة من الالكترونات جراء الإحتكاك أو التماس و هو ما يؤدي إلى تشكيل شُحنة سالبة تساوي مجموع شحن الالكترونات المكتسبة.

الكهرباء الساكنة ذات شحنة موجبة

يتشكل هذا النوع من الكهربَاء الساكنة في المادة التي فقدت الالكترونات، والتي إنتقلت إلى المادة التي شحنت بشحنة سالبة عند الاحتكاك، حيث أن خروج الإلكترونات ذات الشحنة الكهربائية السالبة من المادة معتدلة الشحنة يؤدي إلى إكسابها شحنَة موجبة.

أنواع الكهرباء الساكنة ناقلية المادة المتواجدة عليها

يمكن أيضاً أن نصنف الكهرباء الساكنة حسب ناقلية المواد المتواجدة عليها نظرا لوجود إختلاف في طريقة تصريفها.

الكهرباء الساكنة المتواجدة على الموصلات

يمكن أن تتشكل الكهرباء الساكنة على النواقل بشرط أن تكون هذه الأخيرة معزولة ويتم تصريف هذا النوع بمجرد ربط الناقل إلى الأرض فتتحول بذلك هذه الشحنات الساكنة إلى كهرباء متحركة وتنتقل مباشرة إلى الأرض.

الكهرباء الساكنة المتواجدة على العوازل

تتشكل هذه الكهرباء الساكنة على العوازل و بعكس المتشكلة على النواقل، لا يمكن التخَلص منها بالربط إلى الأرض. في هذه الحالة يجب اللجوء إلى التأيين النشط وذلك باستعمال جهاز تأيين يسمح بإنتاج شحنات سالبة و موجبة تسمح بتعديل المادة و إعادتها إلى حالتها الطبيعية.

متى تحدث الكهرباء الساكنة ؟

تحدث الكهرباء الساكنة بشكل أكثر شيوعا خلال فصل الشتاء البارد، عندما يرتدي الناس ملابس من صوف. مثلا يمكن أن يتسبب الإحتكاك بين السجاد، الملابس والجلد في انتقال الاكترونات من شخص إلى آخر، مما ينتج عنه القوة الجاذبة بينهما. يمكن أن تحدث الكهرباء الساكنة أيضًا بسبب التغيرات في الظروف الجوية مثل الرطوبة العالية أو الهواء الجاف.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن توليد الكهرباء الساكنة عن طريق فرك مَادتين مختلفتين معًا، مثل الزجاج والبلاستيك، أو بفصل جسمين بشحنات كهربائية مختلفة. يمكن أن يساعدنا فهم كَيفية عمل الكهرباء الساكنة في تجنب مفاجآت و آثارا جانبية غير سارة في جسمك، وكذلك الاستفادة منها لأغراض مختلفة.

 أمثلة على الكهرباء الساكنة في حياتنا اليومية

من بين أكثر الأمثلة شيوعا عن الكهرباء الساكنة، فرك مسطرة من البلاستيك بقطعة قماش ثم تقريبها من ورقة صغيرة فتلتصق هذه الأخيرة بالمسطرة. تعتبر هذه التجربة البسيطة التطبيق الفيزيائي المباشر لقانون كُولوم الذي ينص على أن كل جسمين من شحنتين مختلفتين يخضعان لقوة الجذب، وإذا كانا من شحنتين مختلفتين فيخضعان لقوة التنافر. فعند فرك المسطرة بقطعة القماش، إكتسبت شحنه (موجبة أو سالبة حسب نوع المسطرة ونوع القماش) وعند تقريبها من قطعه الورق ذات الشحنة المعتدلة تنتج قوة تجاذب تؤدي إلى التصاق الورقة بالمسطرة. ولكن في الحقيقة يوجد الكثير من الأمثلة الأخرى نذكر منها:

البرق

يعتبر البرق من أثر نواتج الكهرباء الساكنة، إذ أن تجمع الشحنات الكهربائية بكمية كبيرة على السحب يؤدي إلى خلق قوة تجاذب شديدة تنتهي بتفريغ هذه الشحنات من الوسط ذو كمون مرتفع إلى وسط ذو كمون منخفض، ولهذا يمكننا مشاهدة في بعض الأحيان ضوء البرق في السماء فقط وهذا يحدث عند تَفريغ الشحنات من سحابة عالية الكمون إلى سحابة أقل كمون. أما في حالة ظهوره من السماء إلى الأرض، فإن التفريغ يحدث من السحاب إلى الأرض وذلك عبر أقصر طريق، فنجد دائما البرق يضرب الناقل الأكثر ارتفاعا في المنطقة و يمكن للرطوبة أن تساهم في تحديد مجرى البرق.

تشوك شعرك عند التزحلق

عند تزحلق الأطفال على مزالج مرافق التسلية، يمكن ملاحظة تشوك شعر رأسهم كهربائيا، وهذا يحدث جراء اكتساب الجسم شحنة أثناء الاحتكاك، وبالتالي يشحن شَعر الرأس بنفس الشحنة وهو ما يؤدي إلى تنافر كما ينص عليه قَانون كولُوم المعروف (برمز C) وبالتالي يتنافر الشعر فيما بينه مما يؤدي إلى تشوكه.

الشعور بصعقة كهربائية عند لمس جسم السيارة

في بعض الأحيان، نشعر بصعقة كهربائيه عند لمس الجِسم الخارجي للسيارة وهذا أحسن مثال للكهرباء الساكنة المتراكمة على النواقل. وعندما تسير السيارة تكتسب هذه الأخيرة كمية من الكهرباء الستاتية جراء الإحتكاك بالهواء وتبقى هذه الشحنة على سطح السياره لأن العجلات المطاطية الجافة عادة لا تنقل التيار الكهربائي، وعند لمس السيارة، يقوم جسم الإنسان بدور ناقل مُوصل إلى الأرض فيحدث تفريغ الشحنات و تتحول الكهرباء الساكنة إلى كهرباء متحركة فنشعر بالصعقة جراء عبور التيار الكهرباء المتولد للجسم.

تراكم الغبار على شاشات التلفاز

غالبا ما نلاحظ أن الغبار تتراكم بطريقة اسرع  وأكبر على الشاشات وهذا راجع الى أن الشحنات التي تحتويها تولد قوة جذب تؤثر على جسيمات وجزيئات الغبار ذات الشحنات المعاكسة أو عديمة الشحنة ونظرا لوزنها الخفيف، يحدث انجذاب هذه الجزيئات الى الشاشة و الإلتصاق بها.

ما الفرق بين الكهرباء الساكنة والكهرباء التيارية؟

الكهرباء الساكنة والكهرباء التيارية ظاهرتان مختلفتان تدرسان في الفيزياء. كلاهما يشتمل على حركة الإلكترونات ، لكنهما يختلفان من حيث كيفية قياسها وتثبيتها.

تنتج الكهرباء الساكنة عن خلل في الالكترونات على سطح ما، مما قد يؤدي إلى حدوث الصعقات والصدمات عند لمسها. إنها ظاهرة لا تنطوي على أي حركة للإلكترونات وغالبا ما تكون موجودة فقط لفترة قصيرة من الزمن.

من ناحية أخرى، تعرف الكهرَباء التيارية بالتدفق المستمر للإلكترونات عبر موصل مثل الأسلاك أو لوحة الدائرة. يتم استخدامه لتشغيل الأجهزة الإلكترونية ويمكن قياسه باستخدام عداد كهربائي.

هَل نقول الكهرباء الساكنة أو الكهرباء السكونية؟

الكهرباء السكونية، الاستاتيكية أو الستاتية كلها مصطلحات لها نفس المعنى وهي الكَهرباء الساكنة وباللغة الإنجليزية static electricity، وهي من فروع الفيزياء التي تتعامل مع دراسة الشحنات الكهربائية الثابتة (أي في حالة السكون.) إنها واحدة من أكثر الظواهر المعروفة شيوعًا في الحياة اليومية وهي مسؤولة عن بعض الأحداث الشائعة مثل الصدمات عند لمس الأشياء المعدنية والبرق و الانجذاب بين الأجسام الخفيفة الصغيرة.

خلاصة: قدمنا في هذه المقالة تعريف الكهرباء الساكنة ، وكيف تختلف عن الكهرباء الديناميكية أو المتحركة. وكيفية توليد الكهرباء الساكنة من خلال نقل الإلكترونات من جسم إلى آخر ، وكيف يمكن أن تتراكم على المواد الموصلة أو العازلة. تناقش المقالة أيضًا نوعي الكهرباء الساكنة – الموجبة والسالبة – وكيف يتم تفريغها ، اعتمادًا على موصلية المادة الموجودة عليها. نتمنى أن تكون استفدت عزيزي القارئ.