[الريم الجفول]

تمهيد :




نستخدم في أيامنا هذه مصطلح شحنة كهربائية سالبة ، وشحنة كهربائية موجبة ، كأمر مسلم به ، ونتكلم عن تجاذب الشحنات المختلفة ، وتنافر الشحنات المتشابهة ؛ ولكن الموضوع لم يكن كذلك قبل عدة مئات من السنين ، فعملية التسمية وما رافقها من اكتشافات واختراعات أخذت جهداً ووقتاً طويلاً من مجموعة من علماء العالم ، وتحاول هذه الورقة إلقاء الضوء على عمل وجهود أولئك العلماء التي لولاها لما وصلنا إلى ما نحن عليه الآن من تقدم في مجال الكهرباء واستخدامها .



البدايات :




إنّ أول ما بدأ بكشف ظاهرة الكهرباء الساكنة ( السكونية ) قبل أن تكشفها ظاهرة البرق هي مادة الكهرمان

( Amber) . استعمل أهل اليونان ( Greeks ) مادة الكهرمان هذه للزينة مع الذهب والفضة ومواد لامعة أخرى وسمّوا هذه المواد الكترون (Electron) ، ومعناها في لغتهم أبناء الشمس (على الأرجح بسبب لمعانها) .




الكهرمان مادة صفراء أُحفورية ( Fossilized) صلبة تشبة الزجاج في منظرها نشأت من أشجار تم طمرها في العصور القديمة فهي تستخرج من باطن الأرض - . كان الكهرمان في العصور السابقة مادة غالية الثمن تداولتها حضارات البحر الأبيض المتوسط والشرق الأوسط في تجاراتها .

الإلكترون :




كيف دخلت كلمة الكترون تلك إلى فيزياء الكهرباء الساكنة ؟ الأمر لا يبدو غريباً ، إذ لاحظ أهل اليونان أنّ مادة الكهرمان هذه لو تم دلكها بقماش ( عند تلميعها مثلاً ) لصارت قادرة على جذب المواد الخفيفة مثل دقائق الهباء (الغبار) والريش والفرو .




لم يدرك أُناس العصور السابقة سبباً لخاصية الجذب تلك بل وخلطوا بينها وبين خاصية المغناطيسية التي تبديها بعض خامات الحديد ( Iron Ores) المستخرجة من باطن الأرض ، وهي قدرة هذه الخامات على جذب قطع الحديد إليها . سمّى وليام جلبرت

( William Gilbert) في كتابه المشهور ( De Magnete) (ظهر عام 1600 م) والذي درس الظواهر الكهروستاتيكية والمغناطيسية – سمّى مادة الكهرمان هذه دون غيرها الكتريكا ( Electrica) .







توالت دراسات العلماء مثل روبرت بويل ( Robert Boyle) وإسحاق نيوتن ( Isaac Newton) والفيزيائي الألماني فون جيريك ( Von Guericke ) الذي عمل أول آلة " لصناعة " ( توليد ) الكهرباء الستاتيكية ، كما تبيّن لباحث إيطالي في العلوم الطبيعية أنّ هُناك بجانب التجاذب بين المواد " المشحونة " بالكهرباء الساكنة ، توجد أيضاً خاصية التنافر بينهما .

التجاذب والتنافر :





لتفسير خاصية الجذب والتنافر بين الأجسام المشحونة ، تصوّر العلماء في ذلك الوقت وجود نوع من مائع ( ( Fluid ينتقل بين الأجسام فيكسبها خاصية التكهرب . هكذا كان تصور العالم بنجامين فرانكلين ( Benjamin Franklin ) عند دراسته لظواهر الكهرباء السكونية.






إن فكرة وجود مائع ينتقل بين جسمين أثناء التكهرب ليست غريبة آنذاك فقد اعتقد العلماء ومنهم سادي كارنو ( Sadi Carnot) صاحب دورة كارنو المشهورة في علم التحريك الحراري أو ( الميكانيكا الحرارية ) Thermodynamics أن الحرارة هي مائع ينتقل من الأجسام الساخنة إلى الأجسام الباردة .







نعتقد في وقتنا الحالي أن الكهرباء بأنواعها هي سيل من الالكترونات أو الأيونات الموجبة أو السالبة ، إن فكرة " سيل من جسيمات مشحونة " ليست بعيدة كثيراً عن فكرة " مائع ينتقل بين جسمين أثناء التكهرب " .


الكهرباء السكونية :





عام 1746م وجد الهولندي فان ميشنبورك ( Van Musschenbroek ) من ليدن في هولندا طريقة لخزن الكهرباء الساكنة بعد توليدها بواسطة أجهزة بدائية صنعوها في زمانهم . قريباً من هذا التاريخ عمل الألماني فان كليست (Van Kleist )على تفريغ شحنة كهروستاتيكية من وعاء إلى جسمه وقد أحسّ بلسعة هذا التفريغ .



دفعت ظواهر الكهرباء السكونية آنذاك العالم بنجامين فرانكلين إلى دراستها بنفسه ومحاولة تفسيرها ، فكانت أهم نتائج أعماله ما يلي :

1) إن الشحنات التي تنتقل بين الأجسام أثناء التكهرب تخضع لقانون بقاء المقدار – أي مقدارها – ثابتاً ، أي أن الشحنات لا يمكن " صنعها " .



2) الكهرباء السكونية هي " مائع " ينتقل بين جسمين أثناء الشحن ، فالجسم الذي وصله المائع قال عنه فرانكلين أنّه قد تمّت كهربته بالموجب ( Electrilized Positively ) وأمّا الجسم الذي فقد المائع – هكذا قال فرانكلين – فقد تمّت كهربته بالسالب ( Electrilized Negatively ) . ( بعد فرانكلين هذا صنّف العلماء الكهرباء السكونية إلى موجبة وسالبة )


الكهرباء السكونية :





3) بدّل فرانكلين في تركيبة وعاء ليدن لخزن الكهرباء بأن جعله وعاءاً من الزجاج تُغلّفه من الداخل والخارج رقيقتان ( Foils) من الرصاص . وهكذا يبدو أنّ فرانكلين قد صنع أول مكثّف كهربائي ( Condenser ) أو كما نسميه في وقتنا الحالي المواسع ( Capacitor) . قام فرانكلين أيضاً بتوصيل عدة أوعية من هذا النوع بعضها مع بعض لخزن كمية أكبر من الكهرباء السكونية وسمّى المجموعة البطارية الكهربائية

( Electric Battery ). بذلك يكون فرانكلين أول من عمل في ظاهر الأمر توصيل المواسعات كما نفهمه الآن .






4) عرض فرانكلين فكرة أول مانعة صواعق تعمل على " تفريغ " الشحنات الكهروستاتيكية من الغيوم القريبة إلى الأرض دون أن تحدث ضرراً – حتى هذه اللحظة ومع عرضه لفكرة مانعة الصواعق ظل فرانكلين بعيداً عن إثبات أن البرق هو ظاهرة كهروستاتيكية فتأمل !


الكهرباء السكونية :





5) بعد ذلك عمل فرانكلين تجربة " سحب " الكهرباء الساكنة أو البرق من غيمة أثناء حدوث البرق ، وذلك بواسطة طائرة ورقية حلّقت قريباً من الغيمة وتحمل خيطُها المبلل بماء المطر على نقل الكهرباء إلى مفتاح حديد في نهاية الخيط القريبة، أحدث المفتاح شرارة كهربائية مع الأرض .





هُنا نقف وقفة عند مفارقة من مفارقات القدر : يقول مؤرخو العلم إن عالماً في روسيا يدعى ريشمان ( Richmann ) قد مات عام 1753 بصعقة كهرباء سكونية فجائية في محاولة منه " لسحب " شرارة كهرباء ساكنة من البرق بواسطة سلك حديدي امتد إلى أعلى ما يقرب من 10 أمتار فكانت محاولته هذه إحداث تفريغ كهروستاتيكي ولم يُدرك حينها خطورته فالتفريغ قد حدث على شكل صاعقة مميتة !




هذا وقد صنع المهتمون من علماء العلوم الطبيعية آلات مختلفة الأشكال والأحجام لتوليد الكهرباء السكونية عملت على مبدأ الاحتكاك الحاصل بين قطع زجاج كروية أو أسطوانية تتحرك دائرياً وقطع لبادات ثابتة تلامسها أثناء دورانها .




الكهرباء السكونية :




بعد هذا العرض المبسط لتأريخ الكهرباء الساكنة يتبيّن لنا أن الكلمات الكترون Electron، كهرباء Electricity ، موجب Positive وسالب Negative كان لها معنىً في الوقت الذي تم وضعها فيه يختلف عن معناها في وقتنا الحالي كما أنّ فكرة فرانكلين أن الكهرباء السكونية مائعٌ ينتقل من جسم إلى آخر ليست خطأً مطلقاً لأن اعتقاد العلماء ( عند اكتشاف الالكترون ) أنّ الكهرباء هي سيل من الالكترونات ( وهو اعتقاد كان ولا يزال صائباً ) قد بُني على فكرة فرانكلين هذه . إنّ فرانكلين لم يكن بعيداً كثيراً عن الفهم الصائب لطبيعة الكهرباء السكونية .



في زمننا هذا يتفق علماء فيزياء الكهرباء السكونية أنّ أهم خصائصها ما يلي :

1) الكهرباء السكونية ( والمتحركة أيضاً ) هي جسيمات مادية تنتقل من مادة إلى أخرى ( بالدلك مثلاً ) .

2) إنّ سبب وجود خصائص الكهرباء السكونية في هذه الجسيمات هو أنّ لها خاصية وجود شحنة Charge عليها.

3) الشحنة الكهروستاتيكية هي نوعان : شحنة سالبة وشحنة موجبة ولا ثالث لها .

4) الشحنة السالبة ، ورمزها ( ـ ) ، وهي تلك الشحنة التي تظهر أثارها على مادة الأبونيت عند دلكها بالصوف .

5) الشحنة الموجبة، ورمزها ( + ) ، وهي تلك الشحنة التي تظهر أثارها على مادة الزجاج عند دلكه بالحرير.

6) أصغر جسيم (دقيقة) في الطبيعة له أصغر شحنة سالبة هو الالكترون الذي يدول حول نواة الذرة .

7) أصغر جُسيم في الطبيعة له أصغر شحنة موجبة هو البروتون الموجود في أنوية الذرات .

8) يُسمي العُلماء شحنة الالكترون هذه شحنة أولية ( Elementary Charge ) ومقدارها حسب قياسات المختبرات يساوي 1.602 × 10-19 كولوم ( الكولوم هو وحدة قياس الشحنات في النظام الدولي للوحدات SI) .

9) توجد بين الشحنات الكهروستاتيكية المختلفة قوى تجاذب يُسميها العلماء "قوى التجاذب الكهروستاتيكي" ، كما توجد بين الشحنات المتشابهة " قوى تنافر كهروستاتيكي " .

10) الشحنات الكهروستاتيكية لا تفنى ولا يمكن إحداثها فمجموع الشحنات الموجبة ثابتاً في الكون وكذلك مجموع الشحنات السالبة .

11) في الطبيعة يمكن أن تنفرد شحنة سالبة بنفسها ويمكن أن تنفرد شحنة موجبة بنفسها ، فمثلاً يمكننا أن نمسك الكترون بين إصبعين لنا ونقول " إنّ بين أيدينا شحنة سالبة منفردة " .



في آخر البحث وجب علينا أن نُنبّه إلى خطأ شائع بين غالبية دارسي الموضوع : يقولون : " ... ويحمل الإلكترون شحنة سالبة " ففي الجملة معنى أن الشحنة توجد كحمل على الإلكترون مثل ما يحمل أحدنا كتاباً . إنّ الشحنة هي خاصية من خصائص الإلكترون وهي ليست شيئاً محمولاً على الإلكترون .

[الحارث]

مشكوووووورة والله يعطيك الف عافيه

[عادل الثبيتي]

[align=center][/align]

[مرجانه]

شكرا
ريم رائعه
اسعدك الله .

[فيزيائية نيوتن]

سلمت يداك يالريم وكل عام وانت بخير وحشتني مواضيعك

[YEROKO]

[AL JABER]

الله يعطيك العافيه دائما معلوماتك متميزه بارك الله فيك