ملتقى الفيزيائيين العرب - قصة اختراع مانعة الصواعق

هناك بعض الدلائل على أن أهل العصور القديمة استخدموا الكهرباء
فنساء الإغريق اللاتي كن يحملن عجلات الغزل بقطع صغيرة من الكهرمان
تجذب خيوط الصوف عندما تحتك بها ثم لا تلبث أن تطلقها ، وكانت الإغريقيات
تجدن في هذا المشهد الطريف شيئاً من التسلية يخفف عنهن ملل الغزل .

و انقضى ما يزيد على ألفين من السنين بعد اكتشاف طاليس دون أن يقدم إنسان
على البحث في هذا المجال . وكان الدكتور وليام جيلبرت طبيب الملكة إليزبيث الأولى
ملكة إنجلترا هو أول من عكف على دراسة هذه الظواهر . و أجرى تجارب على
الكهرمان وعلى حجر الحديد الممغنط دلته على الفرق الجوهري بين الجاذبية الكهربية
و الجاذبية المغنطيسية . وأطلق جيلبرت على المواد التي تتميز بما يتميز به الكهرمان
من صفات كهربية اسم " الكتريكا " وأطلق على الظاهرة نفسها اسم " الكهرباء "
و أخرج في عام 1600 كتابه المشهور "De Magnete" ( عن المغنطيس )
الذي تحدث فيه عن تجاربه في هذا المجال . وعلى الرغم من أن البعض ينسبون إلى
الدكتور جيلبرت اختراع الآلة الكهربية ، فإن المخترع الحقيقي هو أوتوفون جيريكه

و هكذا تزايد الاهتمام بالبحث في الكهرباء وكان من بين المشتغلين بهذا البحث ثلاثة من رجال الدين ،

احدهم يدعى وبروكوب ديفيش الذي كان واعضاً في قرية من قرى مورافيا تلك المنطقة التي تتبع حالياً تشكوسلوفاكيا .
وبروكوب ديفيش هذا هو الذي اخترع في عام 1756 مانعة للصواعق لم يحفل بها العلماء وأصحاب الحل والربط من رجال الكنيسة الكبار الذين نصحوه بأن ينصرف عن استخدام تصميمه هذا الذي " يقف في سبيل العقاب السماوي " المتمثل في الصواعق الفتاكة . وأجرى البحاثة الروسي الأستاذ ريشمان من علماء مدينة سانت بطرسبرج تجارب على مانعة للصواعق إلا أن صاعقة أصابته وأهلكته قبل أن يصل إلى النتيجة المرجوة .

[BIMG]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f8/Otto-von-Guericke-TS.jpg/504px-Otto-von-Guericke-TS.jpg[/BIMG]

عمدة مدينة ما جديبورج الألمانية ، صاحب اختراع المضخة الهوائية .
الذي قدم في عام 1654أمام مجلس الرايخ الألماني المنعقد في ريجنسبورج
عرضاً مثيراً للغاية بين فيه كيف عجز ستة عشر حصاناً قوياً عن فصل نصفي كرة
أحدهما عن الآخر بعد أن ضخ ما فيهما من هواء حتى أصبحتا مفرغتين .

[BIMG]http://www.spuetheory.com/guericke_pic2.jpg[/BIMG]

أما آلة جيريكه الكهربية فكانت تتكون من قرص كبير يدور بين مجموعة من الفرش
فتتولد نتيجة للاحتكاك شحنة من الكهرباء تحدث شرراً بين كرتين معدنيتين صغيرتين .
و أقبلت المجتمعات الراقية على هذه الآلة الطريفة وجعلت منها لعبتها المفضلة تتسلى بها
وتجد فيها متعة أي متعة . وظلت هذه حالها وقتاً طويلاً .
حتى كان عام 1700 حيث نجح رجل انجليزي اسمه فرنسيس هوكسبي في توليد الضوء الكهربي لأول مرة : فقد افرغ كرة زجاجية من الهواء وأدارها بسرعة كبيرة وهو يدلكها بيده فانبعث منها ضوء خافت ، ثم جاء اختراع المكثف الكهربائي .

و يعتبر المكثف الكهربائي المسمى باسم " زجاجة ليدن " خطوة عظيمة على سبيل التقدم في هذا المجال . وعلى الرغم من أن المخترع الحقيقي لهذا المكثف الكهربي هو القسيس الألماني إيفالد يورجن فون كلايست فقد اشتهر باسم " زجاجة ليدن " نسبة إلى مدينة ليدن الهولندية مسقط رأس العالم بيتر فان موشنروك الذي تمكن في وقت لاحق من تصميمه . والمكثف عبارة قارورة زجاجية مملوء ة بالماء ومغطاة من الداخل والخارج برقائق القصدير . ويبرز من فوهة القارورة قضيب معدني ينتهي بمقبض . فإذا ما شحن هذا المكثف بالكهرباء التي تولدها الآلة الكهربية فإنه يظل محتفظاً بها حتى إذا لمس إنسان المقبض العلوي تلقى صدمة كهربية عنيفة .

[BIMG]http://www.hp-gramatke.de/pictures/history/richmann.jpg[/BIMG]

ويرجع الفضل إلى المخترع الأمريكي بنيامين فرانكلين في تصميم مانعة الصواعق التي ذاعت بين الناس
كان بنيامين فرانكلين الابن الخامس عشر لرجل فقير من أهل بوستن بولاية ماسا شوستس يحترف صناعة الصابون ، كان قد أتى إلى أمريكا مهاجراً من انجلترا . عكف بنايمين فرانكلين على دراسة المسائل العلمية بعد أن تجاوز الثلاثين من عمره وكان قد تجاوز الأربعين عندما بدأ يجري تجارب على نظرية الأستاذ الألماني . هـ . فينكلر من أستاذة جامعة ( لا يبتسج ) ، تلك النظرية التي ذهب فيها إلى أن ما تحدثه الآلة الكهربية من طقطقة وشرر ظواهر طبيعية مماثلة لما يصحب العواصف من رعد وبرق .
في عام 1747 كتب فرانكلين يقول : " كنا قد أيقنا منذ بعض الوقت من أن الاحتكاك لا يولد النار الكهربية بل يجمعها فقط ، ذلك أن النار الكهربية هي في الحقيقة عنصر منتشر في مواد معينة ، و أن هناك مواد مثل الماء والمعادن لها القدرة على اجتذابه . كانت تلك العبارة تتضمن نظرية معقولة عن ماهية الكهرباء . وهي تدلنا على أن فرانكلين كان يتصور أن الصاعقة التي تحدث في أثناء العاصفة عبارة عن تفريغ بين نقطتين لهما جهدان كهربيان مختلفان : هاتان النقطتان هما السحابة من ناحية والأرض من الناحية الأخرى وتأكد فرنكلين من أن شرارة التفريغ أي البرق تفضل الانقضاض على المباني العالية و الأشجار السامقة . ومن هنا تفتقت قريحته عن فكرة تحويل الشرارة الصاعقة على نحو يدرأ خطرها .

[BIMG]http://cheerfulcurmudgeon.com/wp-content/uploads/2009/01/illus-037-red.jpg[/BIMG]

و قام في صيف عام 1752 بإجراءؤ تجربته الشهيرة لتنفيذ هذه الفكرة : تجربة الطيارة والمفتاح . فقد أطلق في الفضاء قبيل اقتراب العاصفة طيارة مصنوعة من الحرير لها طرف معدني في الفضاء ، وبلل الخيط الممسك بها حتى يزيد من قدرته على توصيل الكهرباء . وبينما قبض على الخيط بإحدى يديه ، أخذ يدلك الخيط بمفتاح حديدي أمسكه بيده الأخرى . وحدث ما توقعه : فقد تطاير الشرر بين الخيط المبلل بالماء والمفتاح الحديدي . وكان هذا يعني أن نظرية فينكلر صحيحة . إلا أن التجربة كانت أخطر بكثير مما دار بخلده . فلو أن صاعقة انقضت على الطائرة لفتكت بفرانكلين وبابنه الصغير الذي صحبه في ذلك اليوم معه .

ثم أجرى تجربته الثانية ، فثبت على الجدار الخارجي لبيته قضيباً من الحديد وصله بزجاجة ليدن : وتبين أن الزجاجة شحنت بما " انجذب " إليها من الكهرباء الجوية . وتوقفت التجارب بعد ذلك عندما شغل فرانكلين منصب مدير عام البريد في المستعمرات البريطانية بأمريكا . حتى عام 1760 فاستأنفها مرة أخرى وركب أول مانعة صواعق على بيت أحد تجار فيلادليفيا .
وكان تصميمه يقوم على نظرية مفادها أن الأرض تبث في أثناء العاصفة من خلال مانعة الصواعق شحنات مستمرة من الكهرباء تؤدي إلى تعادل الجهدين المختلفين للهواء والأرض دون حدوث تفريغ عنيف صاعق . إلا أننا اليوم نعرف أن مانعة الصواعق تتيح للكهرباء الجوية " طريقاً منخفض المقاومة " و أن نظرية فرانكلين تفتقر إلى الصواب . وأيا كان الأمر فقد نجحت مانعة الصواعق التي صممها وأدت مهمتها على نحو لا تشوبه شائبة .

و لقيت مانعة الصواعق ما كان يتوقع أن تتلقاه من معارضة . فقد وقف في طريق انتشارها في أوروبا و أمريكا ما يخطر وما لايخطر ببال الإنسان من مقاومة تستند إلى تصورات دينية تارة وإلى خرافات وخزعبلات تارة أخرى .. وقال القائلون : إذا كان الله يريد أن يعاقب إنساناً آثماً بتصويب صاعقة إلى بيته فكيف يظهر من بين بني البشر من يجرؤ على التدخل بين الله وخلقه ؟ - ويمكننا أن نتصور أن هذه المقاومة لم تدم طويلاً : فلم يأت عام 1782 حتى كانت جميع المباني في فيلادلفيا ، العاصمة الأولى للولايات المتحدة ، قد ركبت مانعات للصواعق من النوع الذي صممه فرانكلين ، لم يشذ عنها سوى مبنى السفارة الفرنسية الذي أصبته في ذلك العام صاعقة أتلفته وقتلت أحد الموظفين .

وهكذا كتب النصر النهائي لفرنكلين .
وفرنكلين هذا هو الذي ابتكر مفهمومي " الكهرباء الموجية " " والكهرباء السالبة " على أساس ما تحدثه الأجسام المشحونة بالكهرباء من جذب او نبذ . وجاء العالم الفيزيائي الفرنسي شارل أوجستا ندي كولومب بعد ذلك وتناول بالدراسة القوى التي تحدث هذا الجذب أو النبذ ، وتبين أنها تتناسب مع مقدار الشحنة الكهربائية ومع البعد بين الأجسام المشحونة بها . وابتكر كولومب الميزان الدوار ليحدد شدة الشحنة الكهربائية في مجال بعينه وليحدد قوة الجذب أو النبذ . وقد أطلق العلماء على وحدة قياس الشحنة الكهربائية لفظة " كولومب " تكريماً له وأصبحت اللفظة من المصطلحات العالمية .