ما هي الشحنة الكهربائية؟
تعرف الشحنات الكهربائية بأنها أحد أهم الخواص التي يتناولها علم الفيزياء وترتبط بالمادة فتضعها في مجالها الكهرومغناطيسي. تعتبر الشحنات الكهربائية أحد أهم ركائز علم الفيزياء لأن اكتشافها شكل نقلةً نوعية فيه كما أنه أدى إلى اكتشافات أخرى عظيمة تلتها.
ما هي أنواع الشحنات الكهربائية؟
في الحقيقة فإن الشحنات الكهربائية لها نوعان اثنان فقط هي الشحنة الكهربائية الموجبة وتكون محملة بالبروتونات الموجبة والسالبة التي تكون محملة بالإلكترونات. عادة ما تتنافر الشحنات المتشابهة وتتجاذب الشحنات المختلفة وينطبق ذلك ليس فقط على الذرات والجزيئات وإنما أيضا على الأجسام القابلة لاكتساب شحنة كهربائية. أما الأجسام التي تحوي عددا متمائلا من الشحنات الموجبة والسالبة فهي ما يطلق عليه الجسيمات متعادلة الشحنات.
كيف نقيس الشحنة الكهربائية؟
إن وحدة القياس المعتمدة عالمياً للشحنات الكهربائية هي "الكولوم" إلا أن الوحدة الأكثر شهرة والمستخدمة في التطبيقات العملية للشحنات فهي أمبير- ساعة. كما تعرف الشحنة الكهربائية علميا بالرمز Q.
كيف نحدد شحنة الجسم؟
كما ذكرنا سابقا فإن الذرات تحتوي على بروتونات في أنويتها وتعتبر ذات شحنة موجبة، وحول النواة توجد الإلكترونات ذات الشحنة السالبة. يتم اعتبار الذرة سالبة إذا كان عدد إلكتروناتها أكبر من عدد بروتوناتها. عادة ما تحمل الذرات من نوع واحد نفس الشحنة في جسم ما.
مجال الشحنة الكهربائية
بشكل عام يمكن القول أن الشحنات الكهربائية تكوّن مجالا كهربائيا عندما تكون في السكون أما المجال المغناطيسي فيتم خلقه عند الحركة وعندما يتم جمع مجال كهربائي ما ومجال مغناطيسي معه يخلق ما يعرف بالمجال الكهرومغناطيسي.
كيف نولد الشحنة الكهربائية؟
توليد الشحنة الكهربائية بالدلك
يتم توليد الشحنات الكهربائية السالبة عبر دلك قضيب مصنوع من الأبونيت بواسطة الفراء لأن هذه الحركة تفصل الإلكترونات السالبة عن الفراء وتنتقل بعد ذلك إلى قضيب الأبونيت.
يتم توليد الشحنات الكهربائية الموجبة عبر دلك قضيب مصنوع من الزجاج بقماشة حريرية وتنتقل عبر هذه الحركة الشحنات الموجبة من قضيب الزجاج إلى القطعة الحريرية الذي تصبح شحنته عند ذلك موجبة.
توليد الشحنة الكهربائية عبر اللمس
تعتمد هذه الطريقة في توليد الشحنة الكهربائية على وجود جسم له شحنة كهربائية بشكل مسبق ووجود جسم ليس له شحنة كهربائية. بمجرد تلامس هذين الجسمين تنتقل الشحنة من الجسم الأول المشحون إلى الجسم الثاني. ينتج عن هذه الطريقة أن الجسم الأول (الذي كان يحمل شحنة سابقا) يصبح ذا شحنة موجبة أما الجسم الثاني تصبح شحنته سالبة.
توليد الشحنة الكهربائية بالتأثير
يطلق على هذه الطريقة أيضا اسم الشحن بالحث وتستخدم بشكل كبير في شحن الأجسام والمواد ذات التوصيل الجيد للشحنات مثل النحاس والحديد وبعض الأنواع الأخرى من المعادن.
اكتشاف الشحنات الكهربائية
عرفت الشعوب القديمة الشحنات الكهربائية حتى دون معرفة منشأها أو آلية عملها من الأدلة على ملاحظاتهم هذه:
- عرف الفراعنة في مصر القديمة الأثر الذي يحدثه سمك الرعاش من صدمات تبعد الصيادين عندما ينزلون الماء والمفترسين وقد أطلقوا على هذا النوع من السمك اسم "صاعقة النيل".
- عرف الرومان والإغريق هذه الظواهر المتعلقة بالشحنات الكهربائية وتبعهم بذلك العلماء المسلمين.
- لاحظ أيضا بعض العلماء مثل لارجوس وبليني الأكبر أثر أسماك الأنقليس والسلور الصاعق في الماء وعرفوا الأجسام الموصلة للتيار منذ ذلك الوقت.
- عرف العرب الشحنات والتيار الكهربائي بدلالة أنهم أسموه الرعاد من كلمة رعد وكان ذلك قبل مطلع القرن الخامس عشر.
- عرفت الشعوب القديمة في المنطقة العربية حجر الكهرمان الذي يعمل على توليد شحنة كهربائية عند فرك بأحد أنواع الفراء.
- لم يتم وضع الخطوط الأساسية لاكتشاف الكهرباء حتى عام 1600 من قبل الطبيب ويليام جيلبرت في بريطانيا وهو مسؤول عن وضع مصطلح أو اسم الكهرباء بالإنجليزية عندما اشتق كلمة Electricus من كلمة كهرمان والتي تعني أيضا إلكترون في اليونانية.
- من أهم العلماء الذين ساهموا باكتشاف الكهرباء نذكر أوتو فون جيريك وستيفن جراي وروبرت بويل وسي إف ديو فاي وبنجامين فرانكلين.
- كان العالم بنجامين فرانكلين متفانيا جدا في دراسته للكهرباء والشحنات الكهربائية لدرجة أنه أقدم على بيع كل ممتلكاته ليحصل على المال اللازم لتمويل دراسته ويعود الفضل له بإثبات طبيعة البرق الكهربائية فقد قام بربط مفتاح من المعدن في أسفل خيط طائرة ورقية أثناء المطر وبالطبع التقطت الطائرة الورقية الرطبة شحنات البرق ونقلها الخيط المبلل بمياه الأمطار إلى المفتاح الذي أصدر شرارة أو ضوءً مما أثبت طبيعة البرق الكهربائية.
- قدم العالم جالفاني اكتشافا حيويا للكهرباء حيث بين أن الخلايا العصبية في جسم الإنسان تعتمد على الكهرباء في نقل الإشارات العصبية إلى العضلات.
- من أهم الأسماء العلمية في مجال الكهرباء نذكر العالم أليساندرو فولتا الذي ما زلنا نستخدم اسمه (فولت) بشكل يومي، وقد قام هذا العالم بتصنيع البطارية الكهربائية الأولى في التاريخ عبر تطبيق طبقات متحاذية من الزنك والنحاس.
- من الأسماء العلمية التي ترافقنا حتى اليوم هو (أمبير) الذي يعود إلى أندريه ماري أمبير وشريكه هانز كريستيان أورستد اللذان يعود لهما الفضل بتعريف العالم على مبدأ الكهرومغناطيسية.
معلومات عامة عن الشحنة الكهربائية
- تتنافر الشحنات الموجبة مع بعضها البعض وتتنافر الشحنات السالبة مع بعضها كذلك.
- أما الشحنات المختلفة فتتجاذب مع بعضها البعض أي أن جسما ذو شحنة موجبة ينجذب إلى جسم آخر ذو شحنة سالبة والعكس صحيح.
- سميت وحدة قياس الشحنة الكهربائية باسم "كولوم" نسبة إلى أحد أهم علماء الفيزياء وهو الفرنسي شارل كولوم وهو مكتشف القوى التي تخلق بين الشحنات الكهربائية وهو مسؤول عن وضع عدد كبير من القوانين والمعادلات المختصة بالشحنات الكهربائية مثل الطريقة التي يمكن عبرها حساب محصلة الشحنات وذلك تبعا لطريقة توزعها.
- يعرف الإلكترون بأنه جسيم تحت ذري ويحمل شحنة كهربائية سالبة.
- البروتون في الجهة المقابلة هو جسيم تحت ذري يقابل الإلكترون ويحمل شحنة تعاكسه وتعتبر موجبة.
التعليقات