ندرك جميعنا أهمية الكهرباء في حياتنا، ولكن ماذا عن الكهرباء الساكنة؟ ما هي أهميتها؟ وأين من الممكن استخدامها في حياتنا اليومية؟ سنبين في هذا المقال بعض الأمثلة عن استخدامات الكهرباء الساكنة في حياتنا اليومية.
في عام 600 قبل الميلاد اكتشف اليونانيون ما أصبح يعرف اليوم بالكهرباء الساكنة. وذلك عندما قام الفيلسوف اليوناني تاليس بتدليك الكهرمان بقطعة من القماش، ليكتشف بعدها أن الكهرمان أصبح يجذب خيوط الصوف والقطن القريبة منه. وبعد ذلك بعدة سنوات اكتشف العالم الكيميائي شارل وجود نوعين من الشحنات الكهربائية. وفي القرن الثامن عشر اكتشف بنجامين فرانكلين الشحنات الموجبة والشحنات السالبة. وقد توصل إلى هذا الاكتشاف بعد إجراء تجربة خطيرة كانت ستودي بحياته، حيث صنع طائرة ورقية وربط مفتاح من المعدن في نهايتها، ثم تركها لتطير في الجو أثناء حدوث عاصفة رعدية. فلاحظ تولد شرارة كهربائية شديدة بين الطائرة والأجسام الموجودة على الأرض. ليكتشف من خلال التجربة أن السحب تحمل شحنات كهربية. بماذا نستفيد من الكهرباء الساكنة؟ سنبين ذلك من خلال ذكر أمثلة عن استخدامات الكهرباء الساكنة في حياتنا اليومية.
آلات التصوير من الأمثلة على استخدام الكهرباء الساكنة
تعتمد آلية عمل آلات تصوير المستندات على الكهرباء الساكنة، حيث تحتوي الآلة على أسطوانة تسمى drum مصنوعة من مادة ذات حساسية عالية للضوء ومشحونة بشحنات ساكنة. تقوم هذه الأسطوانة بجذب حبيبات مسحوق الحبر من الخزان المخصص له، واستخدامه في طباعة النصوص والصور على ورق التصوير، من خلال الخطوات التالية:
- تسلط الآلة ضوءًا ساطعًا على المستند المراد تصويره. فينعكس الضوء عن المناطق البيضاء في المستند، فيما تمتصه المناطق الداكنة من صور ونصوص.
- يتم شحن أجزاء معينة من الأسطوانة، وهذه الأجزاء هي التي ستجذب حبيبات مسحوق الحبر الأسو. فتتكوَّن صورة المستند المراد تصويره على سطح الأسطوانة من خلال شحنة ساكنة.
- تنتقل حبيبات مسحوق الحبر إلى المناطق المشحونة على سطح الأسطوانة، التي تحدد صورة المستند المراد نسخه، ليتم بعدها نقل حبيبات الحبر الأسود إلى سطح الورقة البيضاء.
- تقوم الآلة في النهاية بتثبيت حبيبات الحبر السوداء على سطح الورقة بالتسخين. لأن هذه الحبيبات حساسة للحرارة.
القضاء على تلوث البيئة باستخدام الكهرباء الساكنة
تسهم الكهرباء الساكنة في التقليل من تلوث البيئة، وذلك من خلال التخلص من الغازات الملوِّثة التي تولدها المعامل، عن طريق استخدام مرشِّحات تُثبت داخل مداخن المصانع إضافة الى المرشحات العادية التي تنقي الهواء من المواد العالقة به. وتعمل مرشحات الكهرباء الساكنة وفق الخطوات التالية:
- تُشحن المواد الملوِّثة للهواء بشحنة كهربائية سالبة أثناء مرورها في المرشحة بين أسلاك ناقلة مشحونة بشحنة سالبة.
- تمّر بعدها المواد المشحونة بين ألواح مصنوعة من مواد ناقلة، ومشحونة بشحنة كهربائية موجبة، ومثبتة بشكل عمودي ومتقابلة مع بعضها. تنجذب المواد الملوِثة المشحونة بشحنة سالبة نحو الألواح ذات الشحنة الموجبة. ومن خلال مطرقة ميكانيكية يتم هزّ هذه الألواح لكي تتجمع المواد الملوثة في أسفلها للتخلص منها.
من الممكن استخدام هذه المرشحات في المنازل والمطاعم والشركات، لتنقية الهواء من الغبار والدخان بشكل مستمر.
ظاهرة البرق من الأمثلة على الكهرباء الساكنة
تكون الطبقة العلوية من السحب مشحونة بشحنات كهربائية ساكنة موجبة، في حين تكون الطبقة السفلية منها سالبة الشحنة، فيحصل التفريغ البرقي من أجل إعادة حالة التعادل في الشحنات. وقد يحدث هذا التفريغ داخل السحابة نفسها، أو بين سحابتين، كما قد يحدث التفريغ بين سحابة والأرض. فعندما تكون شحنات السحابة كبيرة جدًا، فإنها تشق طريقها إلى الأرض، وهي تختار الأماكن المرتفعة مثل الأشجار والمباني لسهولة الوصول إليهم. لا ينتج البرق وميضًا ضوئيًا فقط، بل إنه ينتج حرارة عالية تسخن الهواء المحيط، فيتسبب بتمدده بسرعة مما يُحدث انفجارًا صوتيًا قويًا يسمى الرعد.
طلاء السيارات باستخدام الكهرباء الساكنة
من الممكن استخدام مبدأ الكهرباء الساكنة في عمليات طلاء السيارات وقطع الأثاث وغيرها من الأجسام. ويُستخدم لهذا الغرض جهاز لرش الطلاء، يقوم هذا الجهاز بشحن قطرات الطلاء بشحنات كهربائية موجبة عند خروجها منه لتتنافر وتتباعد عن بعضها البعض. كما يتم شحن جسم السيارة بشحنة سالبة فتجذب قطرات الطلاء جميعها إليها، بسبب التجاذب الكهربائي. ويتميز الطلاء بهذه الطريقة بكونه متجانس، كما لا يتم هدر كمية كبيرة من الطلاء.
المكثفات الكهربائية تستخدم الكهرباء الساكنة
المكثفات هي أداة ذات سعة كهربائية محددة لتخزين كميات من الطاقة الكهربائي. ويتألف المكثف من لوحين ناقلين للكهرباء يفصل بينهما مادة عازلة مثل المطاط لمنع مرور الشحنات بين اللوحين، ويمكن شحن المكثف بكهرباء ساكنة، ليصبح أحد اللوحين سالبًا والآخر موجبًا. وتُستخدم المكثفات كبديل عن البطاريات. حيث تقوم بتخزين الكهرباء واستخدامها في وقت الحاجة إليها.
طرق توليد الكهرباء الساكنة
هناك عدة طرق لتوليد الكهرباء الساكنة منها:
توليد الكهرباء الساكنة بالتدليك
عند تدليك جسمين ببعضهما ستنتقل الالكترونات من أحدهما إلى الآخر، مسببة شحن أحد الجسمين بالكهرباء الساكنة. فمثلًا إذا دلكنا قطعة بلاستيكية بقطعة من الصوف، فسوف تنتقل الإلكترونيات من الصوف إلى البلاستيك، لتصبح شحنته سالبة.
توليد الكهرباء الساكنة عن طريق التماس
تحدث هذه الطريقة عندما يحدث تلامس بين جسمين أحدهما مشحون والآخر غير مشحون، في هذه الحالة يتم إفراغ الكهرباء الساكنة من الجسم المشحون إلى الجسم غير المشحون.
توليد الكهرباء الساكنة بالحث
لا يحدث في هذه الطريقة تلامس بين الجسمين أو انتقال للشحنات من جسم لآخر، ولكن يتم إعادة توزيع الشحنات الموجودة على سطح الجسم نتيجة تأثُّره بالبيئة المحيطة.