1234729512521617293434334345125216729

ما الكهرباء ؟ وما الشحنات الكهربائية ؟ وما خواصها ؟

ما الكهرباء ؟ وما الشحنات الكهربائية ؟ وما خواصها ؟ كهرباء ساكنة

الكهرباء هي أحد أشكال الطاقة ، ويمكن إنتاجها من أنواع أخرى من الطاقة ولعل أولى التساؤلات التي تطرأ على أذهاننا هي :
ما الكهرباء ؟ وما الشحنات الكهربائية ؟ وما خواصها ؟
وكبداية تاريخية فإن لفظ الكهرباء مشتقة من مادة الكهرمان وهي مادة صفراء اللون شبه شفافة ولها خاصية جذب الأجسام الخفيفة وذلك بعد دلكها بجسم آخر . إذاً ظاهرة الكهرباء ظاهرة تنشأ من تكوين شحنة كهربائية على جسم حيث يكتسب الجسم من دراء هذه الشحنة قوة جذب أجسام أخرى خفيفة صغيرة مثل قصاصات الورق أو الفلين .
ولكن هل كل المواد لها خصية التكهرب ؟
للإجابة على هذا السؤال نقول مبدئياً :
إن جميع الظواهر الكهربائية تعتمد على جسيمات متناهية في الصغر تحمل أصغر كمية من الشحنات الكهربائية يطلق عليها الإلكترونات  .
ولتفسير ما هو الإلكترون يجب علينا أن نلقي نظرة على التركيب الذري للمادة .
التركيب الذري للمادة :
نقصد بكلمة المادة كل شيء يشغل حيزاً من الكون وله ثقل . مثل الهواء والماء والحديد والخشب والأكسجين ...... إلخ
ويطلق على اللبنة الأساسية التي تتكون منها المادة بالعنصر وتعرف بأنها مادة أولية ولا يمكن تحويله إلى مواد أبسط منه بالطرف التي تم اكتشافها حتى الآن 107 عناصر .
ويتكون العنصر من دقائق صغيرة جداً تسمى الذرات . والذرة هي أصغر جزء من العنصر يحمل الخواص الكيميائية لذلك العنصر.
يعود الفرق بين ذرات عنصر ما وذرات عنصر آخر إلى اختلاف عدد البروتونات التي تحتوي عليها كل ذرة . وينظر إلى الذرة في الوقت الحاضر على أنها وحدة صغيرة تتكون من أجزاء مختلفة وهي كالتالي :
1ـ النواة وهي تمثل معظم كتلة الذرة وتقع في وسطها وتحتوي على :
(أ‌)      بروتون : وهو عبارة  جسيم شحنته موجبة وله كتلة أكبر من كتلة الإلكترون ب 1836 مرة تقريباً . وللبروتون وحدة شحنة موجبة واحدة تعادل شحنة الإلكترون .
(ب‌)  الإلكترونات وهي جسيمات تحيط بالنواة وتدور حولها في مدارات مختلفة وهي سالبة الشحنة ، ولكل إلكترون وحدة شحنة سالبة واحدة وتعرف الإلكترونات بالمدار الخارجي ( الأخير ) بإلكترونات التكافؤ وهي التي تحدد الخواص الكهربائية للعنصر .
ويبين الشكل ( 1-5 ) نموذجاً لذرة وهي ذرة الكربون ( النواة والإلكترونات أصغر بكثير جداً عما هو مبين في الشكل )


ذرات العناصر

ويتضح من النموذج السابق ( 1-5 ) أن عدد الإلكترونات في الذرات يساوي دائماً عدد البروتونات وذلك عندما تكون الذرة في حالتها الطبيعية .
ويقال للذرة في هذه الحالة إنها متوازنة أو متعادلة كهربائياً فإذا تعرضت ذرة ( أو عدة ذرات ) لمؤثر خارجي فإن هذا التوازن يختل فإما أن تكتسب الذرة إلكتروناً أو تفقده ، فتكون موجبة الشحنة إذا فقدت إلكتروناً أو أكثر . وعلى العكس تكون سالبة الشحنة إذا اكتسبت إلكتروناً أو أكثر . لماذا  ؟
إلا أنه يجب التنبيه هنا إلى أن قابلية الذرة لفقد أو اكتساب إلكترون تعتمد بدرجة كبيرة على حرية الإلكترون في المدار الخارجي على الحركة داخل الذرة والانتقال من وإلى الذرة ، لذلك فإن غمكانية شحن المواد كهربائياً تختلف من مادة غلى أخرى .


المواد الموصلة والمواد العازلة

يمكن تقسيم المواد حسب قابليتها لنقل الشحنات الكهربائية إلى ثلاث مجموعات :

1) مواد موصلة : وهي المواد التي تنقل الشحنات الكهربية خلالها بحرية ولذلك بسبب احتوائها على إلكترونات حرة الحركة لأن طاقة ارتباطها بالنواة ضعيفة مثل المعادن .


2) مواد عازلة : وهي المواد التي لا تنقل الشحنات الكهربية خلالها بسهولة وذلك بسبب ارتباط إلكتروناتها بذراتها ارتباطاً قوياً لا يمكنها الانتقال من ذرة إلى أخرى في المادة . مثل الزجاج ، البلاستيك ، الخشب ..... إلخ

3) مواد شبه موصلة : وهي المواد التي يتراوح توصيلها الكهربي بين الموصلات والعوازل مثل السليكون والجرمانيوم . وتستخدم أشباه الموصلات في صناعة الترانزستور والدوائر المتكاملة و....
خواص الشحنة الكهربائية :
يمكن شحن الأجسام بالدلك حيث يفقد الجسم المدلوك الإلكترونات فتصبح شحنته موجبة أو يكتسب الكترونات فتصبح شحنته سالبة . ولقد كانت الشحنات الكهربائية وخواصها مجال بحث لكثير من العلماء والفيزيائيين وفيما يلي بعض تلك النتائج الهامة :
1ـ الشحنات الكهربائية نوعان موجبة الشحنة وهي شحنة البروتون أو سالبة وهي شحنة الإلكترون.
2ـ الشحنات متماثلة النوع تتنافر والشحنات متضادة النوع تتجاذب .
3ـ مقدار شحنة البروتون تساوي مقدار شحنة الإلكترون ويسمى هذا المقدار الشحنة الأساسية ويرمز لها بالرمز ( e )  وقيمتها هي : e = 1.6 ´10Ù-19 c   حيث c   : رمز وحدة قياس الشحنة وهي كولوم
4 ـ الشحنة الكهربائية مكماة وتساوي الشحنة الأساسية ( e ) أو أحد مضاعفاتها وبالتالي فإن مقدار شحنة أي جسم يمكن حسابها من خلال العلاقات الآتية :
q = ne   ……(1-5)
حيث q كمية الشحنة وتقاس بوحدة كولوم (c  )
E : الشحنة الأساسية ، حيث   e = 1.6 ´10Ù-19 c  
n : عدد صحيح من الإلكترونات أو البروتونات ، أي أن :1،2,3,...... n =   

مثال ) إذا كانت شحنة الإلكترون e = 1.6 ´10Ù-19 c كم عدد الإلكترونات في 1c  
الحــــل
e = 1.6 ´10Ù-19 c          q = 1c
q =ne          n= q/e = 1/ e = 1.6 ´10Ù-19=6.25  ´ 10Ù18
5 ـ الشحنة الكهربية محفوظة أي أن ما يفقده جسم من الشحنات يكتسبه جسم آخر . ويعرف هذا بقانون بقاء الشحنة والذي ينص كالآتي : القيم الابتدائية والنهائية لمجموع الشحنة الكهربية الداخلة في التفاعل يجب أن تكون واحدة .
قانون كولوم :
تعلمنا في دراسة سابقة أن الشحنات المختلفة تتجاذب وأن الشحنات المتشابهة تتنافر ، وقد أجرى الفيزيائي الفرنسي كولوم عدة تجارب على القوى التي تؤثر بها شحنة على أخرى كما في الشكل ( 2-5)

قانون كولوم

وقد وجد منن هذه التجارب أن القوة بين كرتين تحملان شحنتين    q2 ،q1    تتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار كل من الشحنتين وعكسياً مع مربع المسافة بين الشحنتين r .
وقد عبر كولوم عن هذه العلاقة رياضياً على النحو الآتي :
F = k (q1q2/r2)
حيث k ثابت يسمى بـ : ثابت كولوم وتقاس بوحدة ( نيوتن . م2 / كولوم2) ( N.m2/c2 ) وقيمته تعتمد على نوع الوسط الذي يحوي الشحنتين وعلى وحدة قياس كل من مقدار الشحنة والمسافة ، فإذا كان الوسط هو الهواء ( الفراغ ) فإن k = 8.9874´ 10Ù9 N.m2/c2  

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
سجل شارك زملاءك من الزر أدناه لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى


  1. التدوينة التالية
  2. التدوينة السابقة
    blogger
    facebook
جارى التحميل ...

تابعنا على فيسبوك

تابعنا على تويتر

النشرة البريدية