ما هو تعريف الكهرباء الساكنة؟ وماذا تختلف عن الكهرباء التي نستخدمها في حياتنا اليومية؟ يعود اكتشاف الكهرباء الساكنة إلى القرن السادس قبل الميلاد، عندما أجرى الفيلسوف اليوناني تاليس تجربةً تقوم على تدليك الكهرمان بقطعة قماشية، ليلاحظ أن الكهرمان أصبح جاذبًا لخيوط القطن والصوف القريبة منه. إضافةً إلى ملاحظة العالم الإنكليزي ويليام جلبرت لوجود مواد أخرى تتمتع بخاصية الجذب ذاتها، حيث أطلق على قوة الجذب اسم الكترون. ليكتشف العالم الفرنسي شارل في عام 1733 وجود نوعين من القوى الكهربائية، قوة تجاذب بعض الأجسام عند الحك، وقوة تنافر أجسام أخرى.
ويعتبر اكتشاف الكهرباء الساكنة أحد أعظم الاكتشافات العلمية في التاريخ البشري. حيث سميت بالساكنة لأنها لا تتدفق باستمرار كالأنواع الأخرى من الكهرباء. والجدير بالذكر أن قابلية التعرض للكهرباء الساكنة تختلف من شخص لآخر وفقًا لحجم الجسد والقدمين، وسُمك ونوع بواطن الأحذية. لكن ولحسن الحظ، لا يوجد أي مخاطر تتعلق بتفريغ الشحنات الكهربائية الساكنة. كما أن للكهرباء الساكنة استخدامات وفوائد عديدة سنستعرضها وإياكم عبر موقع كيف مع ذكر أهم الطرق المتبعة لتوليدها أيضا.
تعريف الكهرباء الساكنة
تعتبر الكهرباء الساكنة إحدى أنواع الكهرباء، حيث تتشكل نتيجةً لتراكم الشحنات الكهربائية الناتجة عن احتكاك مادتين على سطح مادة ما. الأمر الذي يؤدي إلى حدوث خلل في تعادل ذرّات هاتين المادتين. حيث تمتلكان العدد ذاته من الإلكترونات السالبة والبروتونات الموجبة، وينتج عن احتكاكهما انتقالًا للإلكترونات من مادة (تصبح شحنتها موجبة)، وتنجذب لمادة أخرى لتمنحها شحنةً سالبةً.
تطبيقات عملية على الكهرباء الساكنة
يعتبر شحن بالون مطاطي عن طريق حكّه بقطعة صوف أحد أشهر تطبيقات الكهرباء الساكنة، حيث ينتج عن حك قطعة الصوف بالبالون انتقال الإلكترونات من الصوف إلى البالون نتيجة تباين جاذبية المادتين للإلكترونات. ويُشحن البالون بشحنة سالبة نتيجة اكتسابه لعدد إضافي من الإلكترونات. ويمكن بعد ذلك تثبيت هذا البالون على الحائط بسبب انجذابه للجسيمات الموجبة الموجودة في الحائط. ومن أشهر التطبيقات العملية على الكهرباء الساكنة:
- آلات النسخ والطباعة الليزرية: وذلك عبر جذب الشحنات الكهربائية الحبر للورق عن طريق شحن موزع الحبر الموجود في الطابعة بشحنة موجبة، مع تسليط ضوء من الليزر على مناطق محددة، لتلتصق بعد ذلك جزيئات الحبر المشحونة بالمناطق غير المتعرضة للضوء لأنها مشحونة بشحنة سالبة.
- رش المحاصيل الزراعية بالمبيدات: حيث تساهم الكهرباء الساكنة في تمسك أوراق النبات بقطرات المبيد، وتوزيعها بشكل متساوي.
- المكثفات الكهربائية: حيث تخزن شحنات كهربائية ساكنة عندما تتعرض أقطابها لجهد كهربائي معين. لتتفرغ بعد ذلك في الدارة.
- طلاء السيارات: فالكهرباء الساكنة تضمن وصول الطلاء إلى هيكل السيارة المعدني دون رشه على باقي الأسطح.
- تنقية الهواء: حيث تساهم الكهرباء الساكنة في التقاط الملوثات الصادرة عن دخان المصانع.
كيفية توليد الكهرباء الساكنة
تتولد الكهرباء الساكنة بعدة طرق، أبرزها:
- الاحتكاك: حيث تتولد الكهرباء الساكنة عبر انتقال الإلكترونات بين جسمين يحتكان ببعضهما، مثل احتكاك المطاط مع فراء الحيوانات، حيث تسحب ذرات المطاط الإلكترونات من ذرات الفراء نتيجة امتلاك المطاط لجاذبية أكبر للإلكترونات.
- التوصيل: وذلك عن طريق ملامسة جسم مشحون لجسم محايد كملامسة صفيحة ألمنيوم موجبة الشحنة مع كرة معدنية محايدة، بالتالي ستشحن الكرة المعدنية المحايدة بسبب ملامستها لصفيحة الألمنيوم المشحونة.
- الحث: تتولد الكهرباء الساكنة في هذه الطريقة عبر الحث دون احتكاك الجسم المراد شحنه بجسم آخر مشحون، كتقريب جسم مشحون بشحنة سالبة من كرتين من المعدن تقف كل كرة على عمود عازل، حيث تقترب الشحنات الموجبة إلى الكرة الأقرب من الجسم والشحنات السالبة إلى الكرة الأبعد، وعندما نفصل الكرتين عن بعضهما سنلاحظ احتفاظهما بالشحنات السالبة أو الموجبة التي اكتسبت من الحث.
مخاطر الكهرباء الساكنة
قد ينتج عن الكهرباء الساكنة بعض الحوادث والأضرار، مثل:
- وقوع انفجار أو نشوب حريق في حال تشكل شرارة كهربائية بسيطة من الكهرباء الساكنة في أحد المواقع الحاوية على مواد قابلة للاشتعال.
- التعرض لصدمة كهربائية كبيرة في حال لمس أحد الأجسام التي تخزن شحنات كبيرة من الكهرباء الساكنة، مما يسبب أضرارًا جسيمةً قد ينتج عنها الموت نتيجة تفريغ هذه الشحنات الكبيرة في جسده.
- قد تسبب الكهرباء الساكنة اشتعال الوقود في الطائرات في حال تكوين شحنة كهربائية كبيرة في وقود الطائرات، ويحدث ذلك نتيجة مرور الوقود واحتكاكه لمسافات طويلة بخرطوم الوقود، لذا ينصح بتأريض خراطيم الوقود الموجودة في الطائرات.
- كما يمكن أن تسبب تلفًا لبعض الأجهزة الإلكترونية الحساسة في حال لمسها، وذلك إذا كان الجسم يحمل شحنةً من الكهرباء الساكنة.
الكهرباء المتحركة
وهي النوع الثاني من الكهرباء، والتي تستخدم في حياتنا اليومية وتتدفق فيها الشحنة الكهربائية باتجاه واحد، إما كتيار متردد Alternating Current (AC) أو كتيار مستمر Direct Current (DC)، وتستخدم في معظم المجالات (الهندسة، الرعاية الصحية، الاتصالات، المنزل، الفضاء وغيره).
مع العلم تتولد الكهرباء المتحركة من خلال عدة طرق، أبرزها:
- المولد الكهربائي.
- التوليد الضوئي للكهرباء.
- التوليد الكيميائي للكهرباء.
الكهرباء الساكنة في حياتنا اليومية
تحدث العديد من الظواهر الطبيعية في حياتنا نتيجة الكهرباء الساكنة، مثل:
- بعد المشي على بساط صوفي، قد تتلقى صدمةً كهربائيةً بسيطةً عند لمسك لمقبض الباب مثلًا.
- في الشتاء، قد تتلقى صدمةً كهربائيةً عند إغلاق باب السيارة بعد نزولك منها.
- حدوث انتصاب لفرو القطط عند مسحه عدة مرات.
- تعتبر الكهرباء الساكنة هي المسؤولة عن حدوث البرق أثناء العواصف الرعدية، وذلك بمنح الجسيمات التوازن المثالي عن طريق قوى التنافر والتجاذب الناتجة عنها.
ومن الجدير بالذكر أن الكهرباء الساكنة تساهم بشكل مباشر في الحد من التلوث البيئي، وذلك عن طريق التخلص من غازات المصانع باستخدام مرشّحات خاصة، إضافةً إلى دورها البارز في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، ولكن يجب الحذر من مخاطر الكهرباء الساكنة التي ذكرناها سابقًا.