ما هي الشحنات الكهربائية؟

يثبت عدد من التجارب البسيطة وجود القوى الكهربائية من أحدها فرك الشعر ببالون في يوم جاف، فستجد أن البالون يجذب القصاصات الورقية، كيف تعمل هذه الشحنات؟

328- الشحنات الكهربائية
---------------

يثبت عدد من التجارب البسيطة وجود القوى الكهربائية. مثلا، بعد فرك شعرك ببالون في يوم جاف، ستجد أن البالون يجذب القصاصات الورقية. وغالبا ما تكون قوة الجذب هذه قوية كفاية لجعل القصاصات تلتصق بسطح البالون.

عندما تتصرف المواد بهذه الطريقة، يُقال أنها مكهربة أو مشحونة كهربائيا. يمكنك كهربة جسمك ببساطة عن طريق فرك حذائك بشدة على بساط صوفي. ويمكنك رصد الدليل على وجود شحنة كهربائية في جسمك عبر لمس صديقك :) . في ظل الظروف الملائمة، سترى شرارة عند لمسه وسيحس كلاكما بوخز طفيف.

تتم هذه التجربة ومثيلاتها بشكل أفضل في الأيام الجافة لأن ارتفاع نسبة الرطوبة في الجو يمكن أن يسبب "تسرب" أي شحنة تختزنها من جسمك إلى الأرض.

في سلسلة من التجارب البسيطة، وُجد نوعان من الشحنات الكهربائية، أَطلق عليهما بنجامين فرانكلين Benjamin Franklin (1706-1790) اسمي "الشحنة الموجبة" و"الشحنة السالبة"، حيث تم تعريف الإلكترونات على أنها تحمل شحنة سالبة بينما البروتونات تحمل أخرى موجبة.

للتحقق من وجود نوعين من الشحنات، نقوم بالتجربة التالية (الصورة المرفقة في أول تعليق توضح التجربة بشكل أفضل):

نعلّق بواسطة خيط عصا مطاطية تم فركها سابقا بقطعة فرو.

الشكل (أ): عند تقريب عَصَوَيْن (مثنى عصا) مطاطيتين مشحونتين من بعضهما، تتنافر العَصَوَان.

الشكل (ب): عند تقريب عصا زجاجية تم فركها سابقا بقطعة حرير من العصا المطاطية، تتجاذب العَصَوَان.

ملاحظة: عند تقريب عَصَوَيْن زجاجيتين مشحونتين من بعضهما، تتنافر العَصَوَان أيضا كما حدث في الشكل (أ).

تبين هذه التجربة أن العَصَوَين الزجاجية والمطاطية تحملان شحنتين مختلفتين. وبناء على ذلك نستنتج أن الشحنات المتماثلة تتنافر بينما تتجاذب الشحنات المختلفة.

باستعمال الاصطلاح الذي اقترحه بنجامين فرانكلين، يُقال أن شحنة العصا الزجاجية موجبة وشحنة العصا المطاطية سالبة. وبناء على ما سبق فإن أي جسم يحدث له تجاذب مع عصا مطاطية مشحونة (أو تنافر مع عصا زجاجية مشحونة) يكون مشحونا بشحنة كهربائية موجبة. وبالمثل فإن أي جسم يحدث له تنافر مع عصا مطاطية مشحونة (أو تجاذب مع عصا زجاجية مشحونة) يكون مشحونا بشحنة كهربائية سالبة.

عند فرك جسم بآخر فإنه لا يتم إنتاج شحنة كهربائية أثناء ذلك، لأن حالة الكهربة ترجع إلى انتقال الشحنة من جسم إلى آخر لا إلى تكوّن شحنة كهربائية جديدة، حيث يكسب أحد الجسمين قدرا من الشحنات السالبة بينما يكسب الآخر قدرا مماثلا من الشحنات الموجبة. وذلك عبر انتقال الإلكترونات من الجسم الثاني إلى الجسم الأول.

#سؤال_تفاعلي:

عند تقريب الجسم (1) من الجسم (2) يتنافران. وعند تقريب الجسم (2) من الجسم (3) يتنافران أيضا. أكثب تعليقا يحتوي العبارات الصحيحة من بين ما يلي:

أ- الجسمان (1) و (3) لهما شحنتان متماثلتان.

ب- الجسمان (1) و (3) لهما شحنتان مختلفتان.

ج- الأجسام الثلاثة لها شحنات متماثلة.

نرجو أن يكون المقال مفيدا.
ننتظر إجاباتكم :)

إعداد: زكرياء لوطفي.

#فيزيائي
#الفيزياء_للجميع

المرجع:
Raymond A. Serway, and John W. Jewett. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. Ninth edition. P:690-692.