الكهرباء الاستاتيكية Static Electricity
عادة ما يلاحظ الكثير منا زيادة الوخزات والصدمات الكهربية خصوصا في فصل الشتاء حيث تتجمع على أجسادنا شحنات من الأسطح المحيطة نتيجة احتكاكنا بها ‘ لا سيما عندما يكون الطقس باردا وجافا حيث انه في الطقس الجاف يكون الهواء عازلا بشكل كبير مما يجعلنا نحتفظ بالشحنات التي تتكون على اجسادنا بينما الطقس الرطب يبدد تلك الشحنات في الجو وبالتالي فلا نشعر بها ، وقد يزيد المشي على السجاد أو ارتداء أحذية مطاطية النعل او لبس الملابس الصوفية من احتمال حدوث هذه الظاهرة ، وعندما تنتقل صاعقة كهربية إلى الأرض (البرق) ، فاننا نحصل على برهان قاطع وحيوي على قوة الكهرباء الاستاتيكية ، ومفهوم الكهرباء الاستاتيكية هي مجموعة من الشحنات الساكنة والتي تتجمع في مكان واحد ولا تتحرك حركة مستمرة عكس النوع الاخر من الكهرباء الديناميكية التي يمكنها ان تتحرك باستمرار، ومعظمنا يعرف أن هذه الشحنات او الكهرباء تتراكم عندما نفرك الأشياء معا ، وعلى الرغم من أن البرق هو مثال رائع للكهرباء الساكنة ، إلا أنه ليس شيئًا يمكننا تسخيره والاستفادة منه ولكن هناك العديد من التطبيقات الاخرى التي تكون فيها الكهرباء الساكنة مفيدة بشكل لا يصدق مثلا طابعات الليزر وماكينات التصوير ، لذلك دعونا نلقي نظرة موسعة على الكهرباء الساكنة ؟ وكيف تعمل ،
إذا كنت في مكان به سجاد من النايلون ومقابض أبواب معدنية ، فاعلم أن جسمك سيولد شحنة كهربية ساكنة عندما تمشي على الأرض ، والتي يمكن أن تفرغ عند لمس اي شيء موصل ، مما يعطيك صدمة كهربائية ، وفي التجارب المدرسيّة ، تعلمنا الكهرباء الساكنة ، مثل تجربة فرك بالون على ملابسك لجعلها تلتصق ، او فرك المشط بالشعر لجذب قصاصات الوق ، لذا نستنتج ان تولد هذه الظاهرة مرتبط بالفرك ،
لذا فان فرك شيئين معا هو ما يصنع التفاعل وتولد هذه الكهرباء وذلك لاننا كما نعلم ان كل المواد مكونة من ذرات والتي تتكون من نواة موجبة الشحنة نسبة الى البروتون ومحاطة بسحابة من الالكترونات وهذه الالكترونات هي كلمة السر خلف كل ما يحدث ، وعند اتصال مادتين ببعضهما باي طريقة - ولان بعض الذرات لها طبيعة جذب للالكترونات اكثر من الاخرى كما سنعرف لاحقامن سلسلة triboelectric series - فان الالكترونات ستنتقل من مادة الى اخرى لتصبح احدهما
سالبة الشحنة والاخرى موجبة الشحنة ، وبالمزيد من الفرك والتفاعل تزيد فرصة انتقال الالكترونات بين الذرات وهوسبب وسر تكون الكهرباء الاستاتيكية ، والان نلقي نظرة على السلسلة التالية :triboelectric series
المواد التي لها قابلية لفقد الالكتروناتmaterials that gain a positive (+) electrical charges (Tend to give up electrons) | ||
Most (+) charges | Air | Greatest tendency for giving up electrons and becoming highly positive (+) in charge |
Dry human skin | Greatest tendency of a solid to give up electrons and becoming highly positive (+) in charge | |
Leather | ||
Rabbit fur | Fur is often used to create static electricity | |
Glass | The glass on your TV screen gets charged and collects dust | |
Moderate (+) charges | Human hair | "Flyaway hair" is a good example of having a moderate positive (+) charge |
Nylon | ||
Wool | ||
Lead | A surprise that lead would collect as much static electricity as cat fur | |
Cat fur | ||
Silk | ||
Aluminum | Gives up some electrons | |
Least (+) charges | Paper | |
Neutral المواد المتعادلة
Materials that are relatively neutral | ||
Cotton | Best for non-static clothes | |
Steel | Not useful for static electricity | |
Become negative in charge
المواد التي لها قابلية لاكتساب الالكترونات
Materials that gain a negative (−) electrical charges (Tend to attract electrons) | ||
Least (−) charges | Wood | Attracts some electrons, but is almost neutral |
Amber | ||
Hard rubber | Some combs are made of hard rubber | |
Nickel, Copper | Copper brushes used in Wimshurst electrostatic generator | |
Brass, Silver | ||
Gold, Platinum | It is surprising that these metals attract electrons almost as much as polyester | |
Polyester | Clothes have static cling | |
Styrene (Styrofoam) | Packing material seems to stick to everything | |
Moderate (−) charges | Saran Wrap | You can see how Saran Wrap will stick to things on (+) list |
Polyurethane | ||
Polyethylene (like Scotch Tape) | Pull Scotch Tape off (+) surface and it will become charged | |
Polypropylene | ||
Vinyl (PVC) | Many electrons will collect on PVC surface | |
Silicon | ||
Most (−) charges | Teflon | Greatest tendency of gathering electrons on its surface and becoming highly negative (−) in charge |
**يمكن استخدام هذا الجدول لتحديد المواد التي ستقلل الشحنة الاستاتيكية المنتقلة سواء بالفرك او غيرها من الطرق ، على سبيل المثال ، إذا تم فرك احدى مواد الجدول والتي لها قابلية فقد للالكترونات مثل مع مادة اخرى لها قابلية اكتساب للالكترونات سنحصل على شحنة استاتيكية تكافيء الفرق بينهم في الجدول فكلما زاد الفرق بينهما في الجدول حصلنا على شحنة كبيرة والعكس صحيح ،
** قد نجد جداول اخرى موجودة لكن معظمها متشابه الى حد كبير في المواد المتوفرة بكل جدول
أفضل مجموعات لإنشاء كهرباء ثابتة
ومن الجدول والمعلومات السابقة يتضح لنا إن أفضل توليفات من المواد لإنشاء كهرباء ستاتيكية هي أن يكون لديك مادة واحدة من قائمة المواد التي لديها القدرة على فقد الكترونات (القائمة الموجبة الشحنة) وواحدة من قائمة المواد التي لديها القدرة على اكتساب الكترونات (القائمة الموجبة الشحنة) ، مثلا الجمع بين جلد الإنسانوملابس البوليستر ، وتمشيط شعرك بمشط البلاستيك ، وفرك الفراء على قضيب زجاجي .
وهذا يفسر الشكوى الشائعة لدى الأشخاص في فصل الشتاء وهي الوخزة التي تصيبهم والشررالذي يحدث عند لمس المواد وخاصة الموصلة منها ، فيحدث هذا عادةً بسبب بشرتهم الجافة ، والتي يمكن أن تصبح إيجابية الشحنة بشكل كبير (+) ، والملابس التي يرتدونها مصنوعة من مادة البوليستر ، والتي يمكن أن تصبح سالبة الشحنة (-) ، لذا فينصح لهؤلاء الاشخاص بارتداء ملابس قطنية بالكامل ، وهي محايدة كما علمنا مما سبق ، أيضا ، فالجلد الرطب يقلل من الشحنات المتسببة والكهرباء الاستاتيكية الناتجة عنها .
مثال ،، عندما يمشط الانسان شعره ، فتنتقل الالكترونات من الشعر الى سطح المشط ، ويصبح الشعر
موجب الشحنة (+) لانه فقد الكترونات وبما أن الشحنات المتشابهة تتنافر ، فإن الشعيرات سوف تبتعد عن بعضها البعض ، خاصة إذا كان الشعر جافًا للغاية ، وهذا ما يسمى الشعر "flyaway"او المتطاير
وبما أن المشط في هذه الحالة يمتلك شحنة سالبة ، فإنه سوف يجذب أي جسم ذو شحنة موجبة - مثل الشعراو سيجذب مواد متعادلة الشحنة - مثل قطع الورق الصغيرة ** ** مصدر آخر للشحنة الاستاتيكية هو
حركة السوائل عبر أنبوب أو خرطوم مثلا ، فإذا كان هذا السائل قابلاً للاشتعال - مثل البنزين - فإن الشرارة الناجمة عن التفريغ المفاجئ قد تؤدي إلى نشوب حريق أو انفجار ويجب على الأشخاص الذين يتعاملون مع الوقود السائل الحرص على عدم تراكم الشحنات والتفريغ المفاجئ ، وقد حذر دانيال مارش ، أستاذ الفيزياء في جامعة ولاية ميزوري الجنوبية ، أنه عند وضع البنزين في سيارتك ، يجب عليك دائمًا لمس جزء معدني من السيارة بعد الخروج لتبديد أي شحنة قد تكون قد تكونت من خلال الاحتكاك مع مقعد السيارة ، أيضا ، عند شراء الغاز لماكينة حصاد العشب ، يجب أن تجعل العبوة التي ستملؤها دائما خارج السيارة وتضعها على الأرض في اثناء تعبئتها بالغاز فكل هذا يزيل اي شحنة استاتيكية ويحافظ عليها من تكوُّن شرارة قد تكون في منتهى الخطورة .
ايضا فإن السحب تنمي وتعزز الشحنات الاستاتيكية فى الجو نتيجة تبادل الالكترونات بين قطرات الماء الدافئة الموجودة في تيارات الهواء الصاعدة UpDrafts وبللورات الثلج البارد الموجودة في تيارات الهواء الهابطة DownDrafts ، ويمكن أن تتجاوزقيمة فرق الجهد بين تلك الشحنات والارض 300000 فولت ، لذلك فإن عواقب الصدمة من البرق يمكن أن تكون قاتلة ، في الصاعقة ، يميل التيار إلى التحرك فوق سطح الجسم في عملية تسمى "external Flashover" ، والتي يمكن أن تسبب حروقًا شديدة ، وبعض التيارات ، على الرغم من ذلك ، يمكن أن يمر عبر الجسم ويدمر الجهاز العصبي ، بالإضافة إلى ذلك ، ، يمكن أن يتسبب الفلاش الناتج عن البرق في ضرر مؤقت أو دائم في الرؤية ، فإذا حدث ورايت البرق وسمعت الرعد ، وكنت في الخارج ، يجب أن تبحث فوراً عن مأوى في مبنى أو سيارة وتجنب ملامسة أي معدن ، إذا لم تتمكن من الوصول إلى الداخل ، ابتعد عن الأجسام الشاهقة مثل الأشجار والأبراج أو قمم التلال ، واجلس القرفصاء ، وان أمكن ، توازن على اطراف قدميك (اسفل مشط القدم) مما يجعل الاتصال أقل مع الأرض قدر الإمكان .الاستفادة من الكهرباء الاستاتيكية
ويمكننا أن نفكر في الكهرباء الساكنة كنوع من الطاقة الكامنة والتي نستطيع الاستفادة منها بتحويلها الى
كهرباء ديناميكية (AC/DC) تفيد البشرية ، فالكهرباء الاستاتيكية لها فوائد، عكس ما يشاع عنها من أخطار، فهي تنشط الخلايا في القدمين، وتسهم في توصيل الدم إلى القدمين ، وتستخدم طابعات الليزر وآلات التصوير الكهرباء الساكنة لتكوين الحبر على الأسطوانة ونقلها إلى الورق ويعتمد رش المحاصيل أيضا على الكهرباء الساكنة لمساعدة مبيدات الأعشاب للثبات على اوراق النباتات وتوزيعها بالتساوي ، كما يستخدم روبوت الطلاء المستخدم في المصانع طريقة مشابهة لضمان أن تنجذب قطرات الطلاء إلى أجسام السيارات المعدنية وليس إلى الآلات المحيطة بها ، وفي العديد من محطات الطاقة والمصانع الكيماوية ، يتم استخدام الكهرباء الساكنة في المداخن لتنقية الهواء المحيط بالمصانع من التلوث ويمكن الاطلاع على تلك المحطات من خلال هذا الرابط :-https://www.explainthatstuff.com/electrostaticsmokeprecipitators.html
مخاطر الكهرباء الساكنة
وفي المقابل ، فللكهرباء الساكنة عيوبها أيضًا. يمكن أن تسبب شرارات وانفجارات في مستودعات الوقود كما ان التيارات الشحنات الاستاتيكية الشاردة هى مصدر إزعاج حقيقي إذا كنت تعمل بالمكونات الإلكترونية ، فالكهرباء الساكنة تشكل خطرا دائما على الأجهزة الإلكترونية. على الرغم من أن معظم الأجهزة محمية من الخارج ، إلا أنها تكون ضعيفة للغاية عندما يتم توصيل أحد الأجهزة بجهاز آخر. على سبيل المثال ، إذا كان جسمك يمتلك شحنة استاتيكية ، فمن الممكن بسهولة تدمير جهاز الكمبيوتر الخاص بك عن طريق توصيل كاميرا رقمية أو مشغل MP3 عبر منفذ USB. ومع ذلك ، فهناك بعض الاحتياطات التي يمكنك اتخاذها والتي تحميك من خسارة باهظة التكاليف ، لهذا السبب طور المهندسون والكيميائيون جميع أنواع التقنيات المضادة للاستاتيكية (من أسلاك بسيطة إلى مواد الطلاء الذكية) التي تمنع تراكم هذه الشحنات في الأماكن الهامة ، ويجب اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء أشرطة التأريض لتبديد الشحنة الساكنة بشكل مستمر من جسمك ولمس جسم الجاهز الذي تعمل به قبل البدء في العمل لضمان تصريف اي شحنات بجسمك وتجنب الفرك والاحتكاك بالسجاد قبل العمل ، كما توجد حصيرةتاريض يمكن استخدامها في مكان العمل تسمي ESD .
وستظل المحاولات مستمرة للحد من خطورة هذه الشحنات ولنكن على يقين من أن شخص ما ، في مكان ما يحاول إيجاد طريقة جديدة لتسخير الكهرباء الساكنة . طرق التخلص من الكهرباء الساكنة
توجد عدة طرق للتغلب على الكهرباء الساكنة منها :-
1- استخدام مرطب الجو والذي يجعل الهواء المحيط غير جاف وبالتالي يحد من انتشار وتكون الشحنات في الجو ،
2- استخدام مواد تضاف للسجاد للتقليل من الشحنات الاستاتيكية
3- فرك المفروشات أو مقاعد سيارتك مع ورق مجفف للحد من تراكم الشحنات على تلك الأسطح حيث يساعد الورق على معادلة الشحنة الكهربائية ويمكن ايضا رش المفروشات بسيراي مخصص لهذا الغرض
4- المحافظة على جسمك رطب بقدر الامكان وتوجد مرطبات خاصة يمكن استخدامها
5- ارتداء الملابس القطنية و ارتداء احذية غير مطاطية
6- اضافة صودا الخبز الى دورة الغسيل والتي تعمل كحاجز بين الشحنات الموجبة والسالبة
7- اضافة الخل الى الغسيل وقبل دورة شطف الملابس
8- تعليق دبوس مشيك في الملابس وايضا ارتداء اسورة خاصة تباع خصيصا لهذا الغرض
وبهذا نكون قد انتهينا ولله الحمد ، ونامل ان يكون الموضوع حاز اعجابكم وفيه فائدة ولو بسيطة ، شكرا لكم ونسألكم الدعاء
م/ محمد حسانين
المصادر
تعليقات
إرسال تعليق