مفهوم الكهرباء الساكنة
تُعرف الكهرباء الساكنة (بالإنجليزية: Static electricity) بأنّها إ حدى أنواع الكهرباء التي يُمكن ملاحظة تراكمها على الأسطح الخارجيّة للأجسام بثبات، دون حركة أو تدفّق، وهذا سبب تسميتها بالساكنة، كما يظهر هذا النوع من الكهرباء من خلال انتقال الشحنات السالبة (الإلكترونات) من جسم إلى آخر، ممّا يُؤدي إلى تنافر أو تجاذب الأجسام تبعًا لشحناتها.
ويُمكن القول بأنّ الكهرباء الساكنة ناتجة بصورة أساسية عن انعدام توازن الإلكترونات الموجودة حول أنوية الذرات المكوّنة للأجسام، فيكون تأثير الإلكترون سلبيّ دائمًا، كما أنّه سهل الحركة والانتقال، فتُصبح شحنة الجسم موجبة عند فقده للإلكترونات، بينما تُصبح شحنته سالبة عند اكتسابه لها.
تاريخ ونظريات الكهرباء الساكنة
عُرفت الكهرباء لدى اليونانيين منذ 600 ق.م تقريبًا، وقد وُجدت بعض أعمال طاليس التي ذكرت ذلك، كشرحه عن قدرة الكهرمان على جذب الأجسام الدقيقة عند فركه، إضافةً إلى ذلك فقد أشار ثاوفرسطس أيضًا إلى ظواهر مشابهة عام 300 ق.م، إلّا أنّ أيّ منهما لم يُقدِّم تفسيرًا علميًّا لما يحدث.
بدأ ويليام جيلبرت بدراسة الظواهر الناتجة عن الكهرباء السكونية عام 1600م، وكان أول من استخدم لفظ (الكهرباء)، كما استطاع الجزم بالاختلاف الجوهري بين المغناطيس والكهرباء، وبعدها جاء بنجامين فرانكلين واستطاع إثبات أنّ البرق ما هو إلّا عملية تفريغ للكهرباء الساكنة.
إذ استخدم فرانكلين قضيب الكهرمان وقضيب الزجاج في معظم تجاربه على الكهرباء الساكنة، ولاحظ تكوّن شحنات متخالفة على كلّ من القضيبين بعد دلكهما، لذا افترض تكوّن الشحنة السالبة على قضيب الكهرمان، والشحنة الموجبة على قضيب الزجاج، كما طوّر بعدها نظرية السائل الفردي التي يُعتمد عليها حاليًا في الفيزياء رغم عدم صحّتها تمامًا.
طرق توليد الكهرباء الساكنة
يُمكن توليد الكهرباء الساكنة من خلال 3 طرق مختلفة، تدور جميعها حول فكرة تبادل الشحنات الكهربائية بين جسمين، لشحن أحدهما بشحنة سالبة والآخر بشحنة موجبة، وفيما يأتي هذه الطرق:
طريقة الدلك
تتلخّص طريقة الدلك (بالإنجليزية: Friction) بفرك مادتين عازلتين معًا ذهابًا وإيابًا، مما يُؤدي إلى إنتاج شحنات ساكنة تتراكم على الأسطح الخارجية للمواد، ومن أبرز الأمثلة على ذلك، فرك البالون بالشعر، وقدرته على الالتصاق بالحائط بعدها.
طريقة التماس
تُعدّ طريقة توليد الكهرباء الساكنة بالتماس (بالإنجليزية: Contact) من الطرق الشهيرة في الفيزياء، وتنتج من انتقال الشحنات الكهربائية السالبة من الأجسام وإليها بمجرّد اتصالها ببعضها.
طريقة الحث
تتولّد الكهرباء الساكنة في الأجسام العازلة بالحثّ (بالإنجليزية: Polarization) عند تحرّك الإلكترونات الموجودة أصلًا فيها، وذلك بسبب تأثير مجال كهربائي يمتلكه جسم مشحون موضوع بالقرب، وتحدث هذه العملية دون ملامسة الأجسام أو اتصالها بصورةٍ مباشرةٍ.
تطبيقات الكهرباء الساكنة
تتعدّد التطبيقات التي تعتمد على الكهرباء الساكنة في الحياة اليومية، ومن أبرز أمثلتها ما يأتي:
المكثفات
يعمل المكثّف على تخزين الكهرباء الساكنة الناتجة منن مرور التيار الكهربائي المتحرّك، ويحدث ذلك من خلال وجود فرق جهد بين ألواح المكثف، ممّا يُؤدي إلى القدرة على حفظ الشحنات الموجودة لفترة زمنية معينة، ومن أشهر الأمثلة على ذلك، المكثّفات الفائقة التي يُمكن أن تحل محل البطارية القابلة للشحن.
طابعات الليزر
تعتمد طبيعة عمل طابعات الليزر على وجود أسطوانة مشحونة بصورة كاملة بالشحنة الموجبة، ثمّ يعمل الليزر على عكس الشحنة في المناطق التي يصطدم بها لتُصبح سالبة، ولتظهر الكلمات والنصوص عند المناطق المشحونة بالشحنة السالبة على الأسطوانة.
وتنجذب جزيئات الحبر نحو المناطق المشحونة بالشحنة السالبة عند تمرير أسطوانة الحبر فوق الأسطوانة المشحونة، كما تحتوي الطابعة على أوراق بهدف إنشاء النسخة الورقية بتمرير الورق على الأسطوانة المطلية بالحبر.
آلات التصوير
تعتمد آلات التصوير على الكهرباء الساكنة في عملها، وذلك من خلال شحن أسطوانة خاصة داخلها أولًا بالشحنات الساكنة، لتجذب الأسطوانة جزيئات الحبر نحوها بصورة انتقائية عند تسليط الضوء على الورقة الأصلية، إذ تجذب الحبر إلى المناطق المعتمة فقط دون الفارغة من الورقة.
الميكروفونات البلورية
تنتج الكهرباء الساكنة في الميكروفونات البلورية من خلال الجهد المطبّق على الغشاء الرقيق الموجود فيها، وقد كان هذا النوع من الميكروفونات يعتمد على ملح روشيل سابقًا، إلا أنّه كان يتأثر بالرطوبة، فاستُبدل بعدها بالمواد الخزفية، وينتج عن الميكروفونات البلورية عمومًا تردّدات صوتية عالية، لكنّها لا تُقارن أبدًا بالميكروفونات الديناميكية.
معطرات الجو
تعمل معطرات الجو على تنقية الهواء من خلال جذبها للجزيئات المزعجة كالدخان والغبار نحو الجهاز المشحون بشحنة مخالفة لشحنتها، وعند التصاق هذه الجزيئات بالجهاز يُلاحظ خلو الهواء المحيط من الملوّثات، كما يُمكن ملاحظة التصاق الأوساخ على السطح الخارجي للجهاز الذي قد يصعب تنظيفه أحيانًا.
دهان السيارات
تُساهم الكهرباء الساكنة في الحصول على أسطح ملساء عند طلاء السيارات، وذلك من خلال تقنية الرش الكهربائي عن طريق مسدس مشحون بالشحنة الموجبة، يُؤدي شحن المسدس إلى انتقال هذه الشحنة إلى الطلاء الموجود فيه، فتُصبح جزيئات الطلاء داخله موجبةً بالكامل، فتتنافر وينتج من ذلك ظهور الرذاذ الخفيف، فينجذب نحو السيارة.
مخاطر الكهرباء الساكنة
ينجم عن الكهرباء الساكنة أحيانًا العديد من المخاطر، ومن أبرزها ما يأتي:
- اشتعال الحرائق خاصةً عند التفريغ الكهربائي عالي الجهد.
- إتلاف الأجهزة الإلكترونية بسبب الصدمات الكهربائية الساكنة.
- اشتعال الحرائق أو الانفجارات المفاجئة الناتجة عن مرور سوائل قابلة للاحتراق، كالبنزين في الأنابيب واحتكاكها في الداخل.
- ظاهرة البرق الناتجة من حركة الأبخرة والغازات، إذ يمكن أن ينتج وفيات أو حروق أحيانًا بسبب الصواعق القوية، كما يُمكن أن تتسبب في فقدان الرؤية بصورة دائمة أو مؤقتة.
- الإضرار بالأجهزة الميكانيكية أو أجزاء منها، بسبب ظهور الشرارات على بعض الأسطح.
- حدوث بعض الأخطاء أثناء أداء بعض عمليات معالجة الورق، والبلاستيك، أو غيرها من المواد.
- الصدمات الكهربائية المؤلمة التي قد تتسبّب بالحروق أو توقّف القلب أحيانًا.
