هل سبق لك أن رأيت ضربة صاعقة أو صُدمت عندما لمست مقبض الباب؟ إذا كان الأمر كذلك ، فقد لاحظت قوة الشحنات الكهربائية أثناء العمل. تنشأ الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة من حركة جسيمات صغيرة تسمى الإلكترونات. في حين أن الإلكترونات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالمجهر ، يمكنك أن ترى كيف تتشكل الشحنات الموجبة والسالبة بمجرد استخدام العناصر الموجودة في منزلك.
الإلكترونات والشحن
•••DanComaniciu / iStock / Getty Images
ربما تعلم بالفعل أن كل المادة تتكون من جزيئات مجهرية تسمى الذرات. ومع ذلك ، تتكون الذرات من جسيمات أصغر تسمى الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. توجد البروتونات في مركز أو نواة الذرة ولها شحنة موجبة. توجد النيوترونات أيضًا في النواة ولكن ليس لها شحنة. تدور الإلكترونات حول النواة وتكون سالبة الشحنة.
عادة ، تحتوي الذرة على عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات. ومع ذلك ، نظرًا لوجود الإلكترونات في الجزء الخارجي من الذرة ، فإنها تنتقل أحيانًا من ذرة واحدة أو مجموعة ذرات إلى أخرى. عندما تحتوي ذرة أو مجموعة من الذرات على إلكترونات أكثر من البروتونات ، فإنها تكون كذلك مشحون سلبيا. عندما تحتوي ذرة أو مجموعة من الذرات على بروتونات أكثر من الإلكترونات ، فإنها تكون كذلك
موجب الشحنة. ذرة أو مجموعة ذرات لها نفس عدد البروتونات والإلكترونات مشحونة محايدة.كيفية إنشاء رسوم إيجابية
•••sarahdoow / إستوك / جيتي إيماجيس
إذا سبق لك فرك بالونًا في شعرك واستخدمته لجعل شعرك يقف ، فأنت تعرف بالفعل كيفية صنع الشحنات الإيجابية والسلبية. عندما تحتك الذرات ببعضها البعض ، يمكن للإلكترونات أن تنتقل فيما بينها. هذا يعني أن الجسم لا يمكن أن يصبح مشحونًا بشكل إيجابي ما لم يصبح جسم آخر مشحونًا سالبًا ؛ تلك الإلكترونات يجب أن تذهب إلى مكان ما. عندما تقوم بفرك البالون في شعرك ، تتحرك الإلكترونات من الذرات الموجودة في شعرك إلى الذرات الموجودة في البالون ، مما يجعل شعرك مشحونًا بشحنة موجبة والبالون سالب الشحنة.
يقف شعرك لأن الأشياء ذات الشحنات المعاكسة تنجذب إلى بعضها البعض. ربما تكون قد علقت البالون أيضًا على أحد جدران منزلك. هذا لأن الأجسام المشحونة ، سواء كانت موجبة أو سالبة ، تنجذب أيضًا إلى الأجسام المشحونة بشكل محايد ، مثل الجدار. ومع ذلك ، إذا قربت البالون من بالون آخر قمت بشحنه بهذه الطريقة ، فإن البالونين سيبتعدان عن بعضهما البعض. هذا لأن جسمين لهما نفس الشحنة ، سواء كان موجبًا أو سالبًا ، يتنافران دائمًا.
سلسلة Triboelectric
•••سيدماك / إستوك / جيتي إيماجيس
لقد رأيت كيف تتحرك الإلكترونات من شعرك إلى البالون عندما تحكهما ببعضهما البعض. لكن لماذا انتقلوا من شعرك إلى البالون وليس العكس؟ سينتهي الأمر دائمًا بالبالون سالب الشحنة في هذه التجربة ، لأن بعض المواد تتخلى عن الإلكترونات بسهولة أكبر من غيرها ، وسيكون من الأسهل دائمًا على المطاط الموجود في البالون أن يأخذ الإلكترونات من شعرك بدلاً من أن يأخذ شعرك الإلكترونات من بالون.
أ سلسلة كهرومغناطيسية هي قائمة توضح مدى سهولة أخذ المواد المختلفة للإلكترونات من بعضها البعض. كلما انخفض مستوى المادة في سلسلة كهرباء الاحتكاك ، زادت احتمالية أن تصبح سالبة الشحنة. يمكن للمادة أن تأخذ الإلكترونات من أي مادة فوقها في السلسلة. على سبيل المثال ، خذ سلسلة Triboelectric التالية:
الصوف الزجاجي ورقة صوف فينيل لاتكس تفلون
يمكنك أن ترى أن فرك التفلون على أي مادة أخرى في هذه القائمة سيجعل هذه المواد مشحونة إيجابًا ، لأن التفلون يمكن أن يأخذ الإلكترونات منها جميعًا. وأي مادة في هذه القائمة يمكن أن تصبح سالبة الشحنة بأخذ إلكترونات من شعرك.
لماذا يضرب البرق؟
•••Evgeniy1 / إستوك / جيتي إيماجيس
كما أن الشحنات الموجبة والسالبة هي السبب في حدوث البرق أثناء العواصف الرعدية. تتشكل السحب الرعدية عندما تتجمد قطرات الماء في الأجزاء العلوية الباردة من الغلاف الجوي وتتساقط ؛ في الوقت نفسه ، تحمل محركات التحديث بخار الماء. يحتك الماء المتساقط والمتصاعد ببعضهما البعض: يصبح الماء المتساقط مشحونًا سالبًا ، ويصبح الماء الصاعد مشحونًا بشكل إيجابي. وبسبب هذا ، فإن السحابة الرعدية مشحونة سلبًا في الأسفل وشحنة موجبة في الأعلى.
عادةً ، نظرًا لانجذاب جسم مشحون إلى جسم مشحون محايدًا ، فإن الإلكترونات الموجودة في السحابة الرعدية تتدفق ببطء إلى الأرض المشحونة بشكل محايد. ومع ذلك ، فإن الهواء بين السحابة والأرض بمثابة عازل، وهي مادة تمنع الإلكترونات من الحركة بسهولة. ولكن بمجرد أن تتراكم شحنة سالبة قوية بدرجة كافية في قاع السحابة ، حتى الهواء لا يمكنه إيقافها. تقفز جميع الإلكترونات إلى الأرض دفعة واحدة في شكل صاعقة.
