طرق-توليد-الكهرباء-الساكنة

الكهرباء الساكنة

يرى مايكل ريتشموند -أستاذ الفيزياء في معهد روتشستر للتكنولوجيا- أنّ الشحنة الكهربائية خاصية أساسية للمادة، وفي حالة التيار الكهربائي فالمقصود دائمًا تدفق الإلكترونات، بينما في الكهرباء الساكنة فالمقصود هو عدم التوازن بين الشحنات السلبية والإيجابية في الأجسام، ويمكن للكهرباء الساكنة أن تكون مصدر إزعاج أو حتى مصدر خطر،فالطاقة التي تجعل الشعر مستقيمًا على نهايته يمكن أن تتلف الإلكترونيات وتسبب الانفجارات، ومع ذلك يمكن التحكم والتلاعب بها بشكل صحيح حتى تصبح بمثابة نعمة هائلة للحياة الحديثة، وفي هذا المقال سيتم عرض طرق توليد الكهرباء الساكنة ومناقشة تطبيقاتها^[١].

طرق توليد الكهرباء الساكنة

قبل التطرق إلى طرق توليد الكهرباء الساكنة لا بدّ من ذكر أنّ جميع المواد مبنية من الذرات والتي بدورها تتكون من نواة مركزية موجبة الشحنة محاطة بسحابة من الإلكترونات سالبة الشحنة، وبعض الذرات لديها تأثير أكبر على الإلكترونات من غيرها بحيث إذا ما تمّ وضع مادتين مختلفتين بجانب بعضهما من الممكن أن يتم سحب الإلكترونات من إحدى المواد إلى أخرى ونتيجة لذلك تكتسب إحدى المواد بعض الإلكترونات الإضافية فتصبح سالبة الشحنة بينما تفقد المادة الأخرى بعض الإلكترونات فتصبح موجبة الشحنة، لذا فعندما يتم فرك الأشياء معًا مرارًا وتكرارًا تزيد فرص مشاركة المزيد من الذرات ولهذا السبب تتراكم الشحنة الساكنة، وحتى بضع سنوات مضت كان العلماء واثقين من أنهم يفهمون الكهرباء الساكنة وكيفية عملها بالضبط؛ فلا شكّ من أنّ الكهرباء الساكنة تأتي من فرك الأشياء، وهذا مُلاحظ بشدة لدى الأشخاص الذين يعيشون في منزل به سجاد من النايلون وأبواب معدنية؛ فجسم الإنسان يبني شحنات ساكنة عند المشي على الأرضية والتي يتم تفريغها عند لمس مقبض الباب على شكل صدمة كهربائية صغيرة، كما يتم في معظم التجارب المدرسية فرك بالون بقطعة قماش لجعلها تلتصق ومن هذا يُستنتج أن الكهرباء الساكنة مرتبطة بطريقة أو بأخرى بالاحتكاك^[٢]، ومن طرق توليد الكهرباء الساكنة ما يأتي:^[٣]

• فرك اثنين من الأجسام ضد بعضهما البعض؛ كفرك بالون على نسيج النايلون.
• المشي على سجادة دون لمس أي شيء حتى الوصول إلى مقبض معدني ولمسه.
• سحب مشط النايلون من خلال الشعر يؤدي إلى توليد كهرباء ساكنة.
• نزع الشريط اللاصق من على سطح ما.
• تدفق الهواء في أجهزة التكييف يمكنه توليد كهرباء ساكنة.
• تيارات الحمل الهوائية تتسبب في توليد الكهرباء الساكنة خاصة في الأجواء الضبابية أو الممطرة.
• مولد فان دي جراف.

و العديد من طرق توليد الكهرباء الساكنة التي تتضمن عملية الاحتكاك وهذا هو التفسير التقليدي المقبول على نطاق واسع للكهرباء الساكنة والذي يوصف بهذه الطريقة في معظم الكتب المدرسية، إلا أنه في عام 2011 أبلغ العلماء عن بعض الاكتشافات الجديدة المهمة التي بدا أنها تشير إلى أنه يحدث أكثر مما هو واضح للجميع، فبدلًا من أن تكون مسألة فيزياء بحتة ونقل بسيط للإلكترونات المشحونة من مادة إلى أخرى فقد اتضح أنه يمكن أيضًا للكيمياء توليد الكهرباء الساكنة من خلال حركة الأيونات وغيرها من العمليات الكيميائية بشكل أساسي، وقد يحدث ذلك أيضًا من خلال مبادلة كميات صغيرة من المواد الفعلية -أي أنّ القليل من البالون يتحول إلى الملابس التي يحتك بها أو العكس- حيث كان التفكير في السكون يتجه إلى أنه "كومة" بسيطة لشحنة سالبة أو موجبة لكن يبدو الآن بعد الفحص الدقيق أن هنالك "فسيفساء" لكل من الشحنات الموجبة والسالبة التي تضيف ما يصل إلى شحنة شاملة إيجابية أو سلبية وهذا البحث جديد جدًا ولا يزال قيد التطور ولكن يبدو من كل هذا أن تفسيرنا التقليدي للكهرباء الساكنة هو نسخة مبسطة لما يحدث بالفعل.^[٢]

تطبيقات الكهرباء الساكنة

بعد عرض طرق توليد الكهرباء الساكنة سيتم التطرق إلى كيفية استغلال هذه الكهرباء التي تؤثر على جميع أنواع التكنولوجيا اليومية، فاستخدام الكهرباء الساكنة مهم في المجالات التي تتعامل مع الأجهزة الكهربائية والإلكترونيات على وجه الخصوص ومن هذه التطبيقات ما يأتي:^[٢]

• طابعات الليزر وآلات النسخ التي تستخدم الكهرباء الساكنة لتكوين حبر على أسطوانة ونقلها إلى الورق.
• رش المحاصيل أصبح يعتمد على الكهرباء الساكنة لمساعدة مبيدات الأعشاب على التمسك بنباتات النباتات وتوزيعها بالتساوي على الأوراق.
• روبوتات رش الطلاء في المصنع تستخدم خدعة مماثلة لضمان جذب قطرات الطلاء إلى هياكل السيارات المعدنية وليس الآلات المحيطة بها.
• محطات الطاقة والمصانع الكيميائية التي يتم فيها استخدام الكهرباء الساكنة في المداخن لإزالة التلوث باستخدام مرسبات الدخان الإلكتروستاتيكي.

خطر الكهرباء الساكنة

برغم طرق توليد الكهرباء الساكنة المتعددة وتطبيقاتها المفيدة المختلفة في الحياة إلا أنّ للكهرباء الساكنة عيوبها أيضًا، حيث يمكن أنّ تُسبب الشرر والانفجارات في مستودعات الوقود، كما تُعد مصدر إزعاج حقيقي في المجالات التي تتعامل مع المكونات الإلكترونية ولهذا السبب قام المهندسون والكيميائيون بتطوير جميع أنواع التقنيات المضادة للكهرباء الساكنة من الأسلاك البسيطة إلى الدهانات والطلاءات التي تحول دون تراكم الكهرباء في الأماكن الحساسة^[٢]، وتتراكم الإلكترونات بسهولة أكبر في الأماكن الجافة بينما في الأيام الرطبة تكون الصدمات أقل شيوعًا؛ لأنّ طبقة رقيقة من جزيئات الماء تغلف معظم الأسطح مما يسمح للإلكترونات بالتدفق بحرية أكبر وتجعل كل شيء تقريبًا خاليًا من الموصلات وخاليًا من الكهرباء الساكنة لذا فإن ترطيب الهواء يساعد في خفض الكهرباء الساكنة.^[٤]

ظاهرة البرق

بعد التعرف على طرق توليد الكهرباء الساكنة لابد من معرفة أن العديد من الظواهر الطبيعية تظهر بسببها؛ فمن أكثر العروض شهرة وقوة للكهرباء الساكنة في الطبيعة ظاهرة البرق، فالسبب الأساسي لحدوث هذه الصواعق هو تراكم الشحنات الكهربائية الساكنة في السُّحب ومع زيادة الشحنات الساكنة في سحابة العاصفة يصبح المجال الكهربائي المحيط بالغيوم قويًّا كفاية لتحويل الهواء المحيط إلى موصل يجعل نقل الشحنات في شكل صاعقة البرق من السحابة إلى الأرض أو حتى إلى السحب الأخرى ممكنًا، وحتى اليوم لا يزال المجتمع العلمي يتفكر في هذه الظاهرة فلا تزال تفاصيل كيف تصبح السحابة مشحونة بشكل ثابت غير مفهومة تمامًا ومع ذلك فهناك العديد من النظريات والبحوث العلمية التي تدرس هذا الموضوع.^[٥]

المراجع[+]

1. ↑ "What Is Static Electricity?", www.livescience.com, Retrieved 6-11-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت ث} "Static electricity", www.explainthatstuff.com, Retrieved 6-11-2019. Edited.
3. ↑ "What causes static electricity?", www.quora.com, Retrieved 6-11-2019. Edited.
4. ↑ "The Shocking Truth Behind Static Electricity", www.livescience.com, Retrieved 6-11-2019. Edited.
5. ↑ "Lightning", www.physicsclassroom.com, Retrieved 6-11-2019. Edited.