[بياض الليل]

:mommy_cut:
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
كيف حالكم جميعاً
أبغى الله لا يهينكم تمهيد ومقدمة لدرس ( الكهرباء الساكنة ) ثالث ثانوي فيزياء وأفكار لشرح الدرس أثناء الحصة وهدف وجداني وأفكار لعمل التطبيق في نهاية الحصة أنا طالبة كلية عندي شرح
ضرووري
الله يوفقكم

[الريم الجفول]

عندما تمشي على سجادة وتصل إلى مقبض الباب.......... تشعر برعشة !





أو عندما تدخل إلى داخل البيت من مكان بارد , تسحب قبعتك عن رأسك ....... واو ! كل شعرك سيقف على أطرافه. ما الذي يحدث؟ ولماذا فقط يحدث في الشتاء؟


الجواب هو : الكهرباء الساكنة



لفهم ماهية الكهروستاتيكية , يجب أن نتعلم قليلاً عن طبيعة المادة . بكلمات أخرى مما تتكون المواد حولنا؟

كل شيء يتكون من الذرات:

لنتخيل أننا نقسم حلقة من الذهب الخالص إلى قسمين ، ثم نأخذ أحد القسمين ونقسمه إلى قسمين ثم نستمر في التقسيم مرات كثيرة جداً ، إذا أمكن لنا ذلك . سنحصل على أجزاء صغيرة لن نستطيع رؤيتها بدون مجهر. إنها صغيرة جداً ولكنها لا تزال ذهبا . إذا استمريت في عملية التقسيم بعد ذلك تصل إلى جزء صغير جداً من الذهب يسمى ذرة . أما عملية تقسيم الذرة ذاتها فهو أمر آخر لا دخل له بموضوعنا .




كل شيء حولنا يتكون من ذرات. وقد وجد العلماء لغاية الآن 115 نوعا مختلفاً من الذرات. كل شيء تراه هو عبارة عن اتحاد عدد من هذه الذرات.


أجزاء الذرة :

إذاً مما تتكون الذرات؟؟ في وسط كل ذرة توجد نواة وكل نواة تحتوي نوعين من الجسيمات ( بروتونات و نيوترونات ). يدور حول النواة جسيمات أصغر هي الإلكترونات. الـ 115 ذرة تختلف عن بعضها بسبب اختلاف عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات فيها.




من المفيد التفكير في نموذج للذرة يشبه النظام الشمسي. النواة في مركز الذرة , كما هي الشمس في مركز المجموعة الشمسية . الإلكترونات تدور حول النواة كما تدور الكواكب حول الشمس . الإلكترونات بعيدة جداً عن النواة . لكن هذا النموذج ليس دقيقا تماماً ولكن يمكن استخدامه للمساعدة في فهم الكهرباء الساكنة .







الشحنات الكهربائية:

البروتونات, النيوترونات والالكترونات تختلف كثيراً عن بعضها. كل له خواصه المختلفة وإحدى هذه الخواص هي الشحنة الكهربائية. البروتونات ذات شحنة موجبة , الإلكترونات سالبة والنيوترونات لا شحنة لها. شحنة بروتون واحد لها نفس قيمة شحنة الكترون واحد . وعندما يتساوى عدد الإلكترونات مع عدد البروتونات في ذرة ما فإن هذه الذرة متعادلة أي شحنتها الكلية صفر.الإلكترونات تستطيع الحركة:

البروتونات والنيوترونات مرتبطة معاً في النواة بقوة كبيرة جداً . عادةً النواة لا تتغير . لكن بعض الإلكترونات الخارجية يمكن فقدها بسهولة ويمكنها الحركة من ذرة الى أخرى . الذرة التي تخسر الكترونات عندها شحنات موجبة ( بروتونات ) أكثر من الشحنات السالبة ( الالكترونات ) ولذا تصبح موجبة الشحنة . أما الذرة التي تكسب الكترونات تصبح عندها شحنات سالبة أكثر من الشحنات الموجبة ولذا تصبح سالبة الشحنة.





بعض المواد الكتروناتها مرتبطة جداً بأنوية ذراتها ولذا لا تتحرك خلالها بسهولة. هذه المواد تدعى مواد عازلة ( بلاستيك , قماش , زجاج والهواء الجاف ). المواد التي تتحرك الكتروناتها خلال الذرات تدعى مواد موصلة ( معظم المعادن موصلة جيدة ).



كيف نستطيع تحريك الإلكترونات من مكان إلى آخر؟؟؟؟؟ إحدى الطرق الشائعة هي بدلك جسمين ببعضهما .إذا كانا من مواد مختلفة عازلة, الإلكترونات ممكن أن تنتقل من أحدهما إلى الآخر . كلما دلكت أكثر كلما انتقل عدد أكبر من الإلكترونات وكلما كان نم الشحنه على الجسمين أكبر.



يعتقد العلماء أن الدلك والاحتكاك ليسا سبب انتقال الالكترونات وإنما ببساطة الاتصال بين الأجسام المختلفة. الدلك فقط يزيد من مساحة الاتصال بينهما .

الكهروستاتيكية هي عدم التوازن بين كمية الشحنة الموجبة وكمية الشحنة السالبة على جسم.

الشحنات المتعاكسة تتجاذب والمتشابهة تتنافر:

الأجسام المشحونة بشحنات مختلفة تنشد نحو بعضها بينما ذات الشحنات المتشابهة تدفع بعضها البعض بعيداً.








الجسم المشحون أيضا يجذب أي شيء متعادل. فكر كيف تلصق بالوناً بالحائط. إذا دلكت البالون بشعرك فإنك تشحنه فهو سينتزع الكترونات أكثر ويصيح سالباً . قربه من جسم متعادل فتتحرك الشحنات في ذلك الجسم , فإذا كان هذا الجسم موصلاً فإن الإلكترونات ستتحرك بسهولة للجهة البعيدة منه أي أبعد ما يكون عن البالون.. أما إذا كان الجسم عازلاً فإن عدداً قليلا من الالكترونات يبتعد إلى الجهة البعيدة للجسم . في كلتا الحالتين الجهة القريبة من الجسم تصبح موجبة وهذا ما يجعل البالون بلتصق بالحائط .




ولكن ما علاقة ذلك بالصدمة؟ ( الرعشة ) أو الشعر المكهرب ؟ عندما تخلع قبعتك فإنها تدلك بشعرك فتنتقل الإلكترونات من شعرك للقبعة وهو ما يشحن شعرك موجباً. ووتتنافر الشعرات مع بعضها لأن لها نفس الشحنة ويصبح شعرك كما في الأشكال التالية.





وعندما تسير على السجادة فإن الإلكترونات تنتقل من صوفها إلى جسمك مما يجعلك تملك كمية من الالكترونات الزائدة . يد الباب المعدنية موصل جيد للكهرباء مما يسهل انتقال الإلكترونات من جسمك اإليها فتشعر برعشة.



تكون الكهروستاتيكية ملحوظة أكثر في الشتاء حينما يكون الهواء جافاً , وفي الصيف الهواء عالي الرطوبة لا تلحظ ظواهر الكهرباء السكونية. لأن الماء يساعد في انتقال الإلكترونات بعيداً عن جسمك وبذلك لا تتكون شحنة عالية عليه قد تشكل خطراً عليك .


متسلسلة التريبو الكتريك:

عندما تدلك مادتين مختلفتين ببعضهما من ستصبح موجبة ومن ستصبح سالبة؟؟

العلماء رتبوا المواد حسب قدرتها على الاحتفاظ بالكتروناتها أو لخسارتها. هذا الترتيب اطلق عليه (متسلسلة التريبو الكتريك) . سنعرض هنا بعضاً من عناصر هذه السلسلة . في ظروف مثالية , إذا دلكت مادتين معاً , فإن المادة في أعلى السلسلة تفقد الكترونات وتصبح موجبة والمادة في أسفله تكتسب الإلكترونات وتصبح سالبة.



متسلسلة التريبو الكتريك

يدك

الزجاج

شعرك

النايلون

الصوف

الفرو

الحرير

الورق

القطن

المطاط

البوليستر

البلاستيك


قانون حفظ الشحنة:

عندما نشحن شيئاً بالكهرباء الستاتيكية فلن يكون هناك فناء للإلكترونات ولن تظهر بروتونات جديدة . الإلكترونات فقط تنتقل من مكان إلى آخر. الشحنة الكلية تبقى ثابتة. هذا ما يدعى بمبدأ حفظ الشحنة .



قانون كولوم:

الأجسام المشحونة تولد حولها مجالاً كهربائياً غير مرئي, تعتمد شدته على عدة أشياء: كمية الشحنة, المسافة وشكل الأجسام. ولذا لتسهيل الدراسة سنتعامل مع شحنات نقطية تكون صغيرة جداً مقارنة بالمسافة بينها.

شارلز كولوم اكتشف المجال الكهربائي عام 1780. لقد وجد أن القوة الكهربائية بين الشحنات النقطية تعتمد على حاصل ضرب شحناتها, أي أنه كلما زادت كمية الشحنة زادت قوة المجال. وأن المجال يتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين الشحنات. هذا يعني أنه كلما زادت المسافة بين الشحنات ضعفت القوة بينهما. ويمكن كتابة هذا كقانون:



ق = أ ( ش1 × ش2 ) / ف2




حيث ش الشحنة , ف المسافة بين الشحنتين, أ ثابت التناسب ويعتمد على الوسط العازل بين الشحنتين .

[الريم الجفول]

نعلم من قوانين الكهرباء أنه عندما تلتقي الشحنات المتعاكسة ينتج عنها ومضة أو شرارة كهربائية، وهذا ما يحدث في البرق. فالغيوم تتكون نتيجة تجمع جزيئات البخار المرتفع من الأرض، هذه الجزيئات تكون محمَّلة بشحنات كهربائية موجبة وسالبة نتيجة تفاعلها واحتكاكها واصطدامها، وكما قلنا غالباً ما تكون الشحنات السالبة في أسفل الغيمة من الجهة القريبة من الأرض، وذلك بسبب تأثير الجاذبية التي تقوم بدورها في توزيع الشحنات، وتكون الشحنة الموجبة في أعلى الغيمة، وهذا يحدث في ما يسمى بالغيوم الرعدية التي تسبب البرق دائماً.

إن الشحنة الكهربائية أو ما يسمى بالكهرباء الساكنة هي تماماً ما نحسّ به عندما نلمس قبضة الباب بعد احتكاك أقدامنا بالسجادة، أو عندما نلمس شاشة الكومبيوتر أحياناً فنحسّ بلدغة كهرباء خفيفة، وما هي إلا عبارة عن شرارة برق مصغرة! وعندما نجري تلامساً بين سلكين كهربائيين أحدهما موجب والآخر سالب فإننا نرى شرارة تتولد بينهما.

عندما يكون هنالك زيادة في عدد الإلكترونات ذات الشحنة السالبة فهذا يعني وجود حقل كهربائي سالب، أما عند زيادة عدد البروتونات الموجبة فهذا يعني وجود شحنة أو حقل كهربائي موجب.

وعندما تتجمع كميات مناسبة من الإلكترونات في أسفل الغيمة تنتقل هذه الشحنات السالبة بواسطة الهواء الرطب الموجود بين الغيمة وسطح الأرض، وتقترب من سطح الأرض ذي الشحنة الموجبة، ينطلق شعاع البرق القادم من الغيمة وتتشكل قناة دقيقة جداً في قاعدة الغيمة. وبسبب وجود حقل كهربائي بين الغيمة والأرض ينطلق ما يسميه العلماء الشعاع "القائد Leader" باتجاه الأرض، وهذا الشعاع الذي يمرّ ويخطو بخطوات متتالية هو أول مرحلة من مراحل البرق. وعندما يصل هذا القائد إلى الأرض وبفعل الحقل السالب الذي يحيط به يجذب إليه الشحنات الموجبة الموجودة بالقرب من سطح الأرض، وتتحرك هذه الشحنات الموجبة باتجاه الشعاع القائد وتصطدم به على ارتفاع عشرات الأمتار عن سطح الأرض، وتتشكل قناة اتصال بين الغيمة والأرض.





يتم التقاء الشحنة السالبة القادمة من الغيمة مع الشحنة الأرضية الموجبة فوق سطح الأرض بعشرات الأمتار، وينشأ شعاع البرق الذي نراه وهو يرجع باتجاه الغيمة.

وعندها تنهار عازلية الهواء ويصبح ناقلاً للكهرباء ويتولد تيار كهربائي قوي ينير على شكل ومضة باتجاه الأعلى، ويدعى طور الرجوع Return Stroke ، وهذه الضربة الراجعة هي ما نراه فعلاً لأن معظم الضوء يتولد عنها. وهذه الضربة الراجعة تستغرق أقل من 100 مايكرو ثانية وتُنتج التيار الراجع والذي يقدر ب 30 ألف أمبير.

وبعد ذلك تمر فترة توقف مدتها من 20 وحتى 50 ميلي ثانية ثم تتكرر العملية من جديد باستخدام نفس القناة التي تم تأسيسها من قبل، وهكذا عدة ضربات. وقد تكون ومضة البرق مفردة أو متعددة حسب كمية الشحنات المتوفرة بين الغيمة والأرض، وحسب الظروف الجوية السائدة. وقد يصل عددها إلى عشر ضربات متتالية وسريعة ولكننا نراها ومضة برق واحدة ولا ندرك مرور ورجوع البرق بأعيننا (8).

قد يحدث العكس أحياناً، فتأتي الشحنة الموجبة من الغيمة باتجاه الشحنة السالبة للأرض، وتتولد الومضة الموجبة وهذه تكون وحيدة وعنيفة ولا يتبعها ضربات أخرى.

في أقل من نصف ثانية تحدث 3-4 ضربات برق كلها نراها في ومضة برق واحدة. ويمكن أن يصل التيار الناتج من الضربة الراجعة إلى 200 ألف أمبير، وتسير الضربة الراجعة بسرعة تصل إلى نصف سرعة الضوء (9).

[محمد سليماان]

جزيتم خير علي الشرح الوافي

[الحارث]

سيفيدك كثيرا الرابط التالي

http://www.phys4arab.net/vb/showthread.php?t=25862

بالتوفيق

[الحارث]

العنوان مخالف لقوانين المنتدى
يرجى عدم تكرار ذلك
بالتوفيق

[princess_791]

بارك الله فيك على هذا الشرح