خطوات تجربة تفاعل الاجسام المشحونه عن بعد

خطوات تجربة تفاعل الاجسام المشحونه عن بعد، تعد التجربة الخاصة بتفاعل الأجسام المَشحوُنة عن بُعد من التجارب الأساسية الهامة في الفيزياء، كما تعتبر من أول التجارب الفيزيائية التي تقوم بها الطلبة بالمعامل المدرسية، وفي هذا المثال سنقوم بتوضيح الشحنة الكهربية المتحكمة في نواتج التجارب المختلفة والمتنوعة مع المواد والأشياء، بالإضافة إلى وصف خصائص هذه الشحنة الكهربية، تابعوا معنا.

الشحنة الكهربية

  • قبل أن نقدم الاسم النموذجي والعلمي لتجربة كيفية تفاعل الأجسام المَشحُونة عن بُعد، فمن الضروري أن نُعرف الشحنة الكهربية، فهي خاصية تُميز المادة المُتكونة من جُسَيمات أولية، كما أنها تُحدد استجابة المادة لقوة المجال الكهرومغناطيسي، وتنقسم لنوعين السالبة والموجبة، وهذه الشحنات مسؤولة عن تكوين المجال الكهربي.
  • وإذا كانت متحركة فهي مسؤولة عن تشكيل المجال المغناطيسي، فمجموع المجالين المغناطيسي والكهربي يسمى بالمجال الكهرومغناطيسي، ويتم قياس الشحنة الكهربية طبقًا للنظام الدولي للوحدات بوحدة تسمى “الكولوم”، ويتم التعبير عنها بوحدة الأمبير في الساعة بالكهرباء الهندسية.

شاهد أيضا: ما الذي ينتج عن اتحاد الصوديوم والكلور والفحم

تجربة كيفية تفاعل الأجسام المَشْحُونة عن بُعد

  • تسمى تلك التجربة بالتجربة الاستهلالية، وتتحقق بواسطة شريط لاصق وبوالين بلاستيكية وخيوط من الصوف، فيقوم الطالب بنفخ بالونين وربطهما بواسطة الخيوط الصوفية ويعلقهما بنقطة واحدة باستعمال الشريط اللاصق، وبعدها يشحن البالونين بواسطة تدليكهما.
  • فعندها نلاحظ أن البالونين يتباعدا، وتم تفسير ذلك بشكل علمي أن الأجسام التي لديها شُحنات متشابهة تتنافر، والأجسام التي لديها شحنات مُختلفة عندما نُقربها من بعضها تتجاذب، وفي تلك التجربة فإن البوالين تكتسب شحنة سالبة وبالتالي يحدث لها تنافُر.
  • ومن أمثلة الأجسام التي تؤثر ببعضها البعض عن بُعد الغيمة والأرض، فعد وجود غيمة مشحونة بالقرب من الأرض فهي تشحن تأثيرها في الأشجار والعمارات، فتنتقل الشحنات الكهربية بين الأرض والغيمة.

خصائص الشحنات الكهربية

بعد أن حددنا الاسم النموذجي الخاص بتجربة تفاعُل الأجسام المشحونة، ووضحنا كيف نقوم بإنجازها باستخدام مكونات بسيطة، فمن الضروري أن نؤكد على خصائص الشحنات الكهربية كالتالي:

خاصية الإضافة

  • تسمح تلك الخاصية بإضافة كلا الشحنات الكهربية الموجبة والسالبة، وأيضًا اعتبارهما كميات قياسية، فعلى سبيل المثال عند وجود نظام كهربي مُكوَن من شحنتين إحداهما مقدارها س والأخرى مقدراها ع، فبالتالي يكون مجموع الشحنات الكهربية بالنظام مساويًا “ع + س”.

حفظ المادة

  • تُعتبر الشحنة الكهربية محفوظة طبقًا للقانون الخاص بحفظ المادة، فهي لا تنتهي ولا تُستحدث من العدم لكن يتم انتقالها خلال الأجسام حسب الطرق المختلفة والمتنوعة الخاصة بالشحن، ففي نظام مُحدد يكون هناك تساوي بين مقدار الشحنات المُكتسبة بواسطة الجسم الثاني والشُحنَات المفقودة بواسطة الجسم الأول.

الشحنة الكهربية مُكممة

  • يتم حساب كمية الشحنة الكهربية بالجسم، ويتم التعبير عنها عن طريق قيمة مُحددة ووحدة معينة، وهي مساوية لكتلة البروتون أو الإلكترون، ومن الممكن التعبير عنها بصيغة رياضية كالتالي Q= e*n فالحرف كيو يعبر عن مقدار الشحنة الكهربية المحمولة بالجسم، بينما الحرف n يعبر عن العدد الصحيح فيما معناه أنها الوحدة الأساسية للبروتون الموجب أو الإلكترون السالب.
  • وتجربة تفاعل الأجسام المشحونة، هي تجربة علمية هامة جدًا أدت لاختراعات واكتشافات عديدة، من أول الأدوات الكهرو منزلية لأن نصل للمعدات الفضائية، وقد قامت دراسات الشحنة الكهربية بإحداث ثورة كبيرة بعالم الفيزياء، كما ساهمت في عملية تفسير ظواهر فيزيائية عديدة بالكُرة الأرضية مثل الصواعق والبرق أيضًا. 

شاهد أيضا: ما هي العلاقة بين الكروموسومات والكروماتيدات في الكروماتين

ما هي القوة الكهربية

تُعرَف القوة الكهربية بأنها القوة الغير ملامسة، حيث يمكن للأجسام المشحونة أن تمارس تلك القوة على أشياء أخرى سواء كانت هذه الأجسام مشحونة أم غير مشحونة.

مثال على القوة الكهربية

  • إذا قُمنا بفرك بالون بعينة فراء حيوان كسترة من الصوف، أو كخصلة من شعرنا، فمن المحتمل أن البالون سيشحن وتؤثر الشحنة الخاصة به على أي شيء آخر موجود في جواره بشكل غريب، وإذا وضعنا قطع صغيرة من الورق أعلى سطح طاولة ثم نضع البالون قريبًا للقطع الورقية وبالضبط فوقها.
  • فإن وجود هذا البالون المشحون ممكن أن يخلق عامل جذب للقطع الورقية كافي لرفعها بعيدًا عن الطاولة، وهذا التأثير يحدث أيضًا إذا كان البالون المشحون بعيدًا عن القطع الورقية.

الشحنات الكهربية التي تتواجد بالأجسام

الأجسام المشحونة بشحنات كهربية عبارة عن نوعين وهما:

  • الأجسام التي تتواجد بها الشحنات الموجبة بكثرة عن الشحنات السالبة، بمعنى أن بها بروتونات ذات شحنة موجبة أكثر من عدد الإلكترونات التي بها شحنة سالبة، ويسمى هذا النوع بالأجسام المشحونة إيجابيًا.
  • الأجسام التي تتواجد بها الشحنات السالبة بكثرة عن الشحنات الموجبة، ويسمى هذا النوع بالأجسام المشحونة سلبيًا.
  • وهذه الشحنات نوعان متعاكسان، وليكونوا متفقين أكثر مع هذا المبدأ الأساسي لتفاعل الشحنات من الأجسام، فإن الأجسام موجبة الشحنة تجذب الأجسام الأخرى سالبة الشحنة أي الجسم المشحون بشكل معاكس، وتؤثر على بعضها بقوة جذب، على عكس مفهوم الأجسام المتجاذبة لها شحنة معاكسة.

علاقة قانون نيوتن بالقوة الكهربية

عند تطبيق ثالث قانون لنيوتن، فإن القوة تكون عبارة عن تفاعل يتم تبادله بين جسمين، ويقوم كل منهما بإنتاج جذب أو دفع متساويين وآخرين يكونا معاكسين للجسمين المتجاذبين تجاه بعضهم، وهذا بسبب وجود شحنات بين هذه الأجسام مختلفة عن بعضها، ولتبسيط الأمر نستطيع التعبير عن الأجسام الحاملة لشحنات مُتعاكسة كالآتي:

  • نقوم بدفع الجسم أ ناحية اليمين على الجسم ب، وكذلك يتم دفع الجسم ب ناحية اليسار على الجسم أ مما يؤدي لحدوث حركة تجاذُب متبادلة بينهما، فيقوم كل جسم بالضغط على الآخر والتأثير عليه.
  • يتم دفع الجسم ب وهذا الضغط يحدث من خلال الجسم أ، ويكون تأثير الضغط ليس قريبًا من الجسم أ مما يولد ما يُعرف بطاقة الضغط، ويوجه ذلك الضغط على الجسم أ أيضًا عن طريق الجسم المعاكس أي ب بعيدًا عن الجسم ب، ولأن هناك ابتعاد عن الطبيعة الخاصة بالتفاعل المُتبادل، فيُقال أن القوة تكون مثيرة للاشمئزاز.

قد يهمك: رقم المجموعة التي تتكون عناصرها من مستويات طاقة خارجية مستقرة

شحن الأجسام عبر الاتصال

  • شحن الأجسام معناه عملية اكتساب أو فقد الإلكترون، كما يمكن شحن الأجسام بعدة طرق مثل الشحن بواسطة الاتصال، والشحن بواسطة الاستقراء بين الأجسام، والعوامل التي تؤثر على الاحتكاك تظهر عند حدوث تلامُس بين الجسم المشحون وأي جسم محايد، أي أن هناك اشتراك بين أجسام ثانية حدث معها تفاعل، فيكون لكل تلك الأجسام شُحنة واحدة، سواء كانت هذه الشحنة موجبة أو سالبة.
  • لكن عند حدوث تلامُس بين مادتين مشحونة مع بعضها البعض بواسطة شحنات تكاد تكون ليست متشابهة، أي أنهما مُتعاكستان، حينها يتم الاحتفاظ بشحنة النظام الإجمالية، وتقوم المادتان بتوزيع الشحنة كلها طبقًا لقدرة كليهما على التجاذُب تجاه الأخرى.
  • فإذا كانت الأجسام مُتلامسة كُرات لها شكل معين، فطبقًا لأنصاف أقطارها تقوم بالمُساهمة في الشحنة الكلية، لأن هناك تناسب طردي بين أنصاف الأقطار والسعات، فعندما تكون تلك الكُرات مُتشابهة فهي تشترك في الشحنة الإجمالية بشكل متساوي.
  • فمثلًا الشحنات الخاصة بالبروتونات والإلكترونات مُتطابقة في حجمها، لكن لكلٍ منهما إشارة مُختلفة، وإضافًة لذلك فإن كل الأشياء المشحونة بالطبيعة هي عبارة عن مُضاعفات مُتكاملة لكمية الشحنة الأساسية، وذلك معناه أن كل الشحنات متكونة من مجموعات خاصة بوحدة الشحن الأساسية، حيث تتكون الشحنات من عدة مجموعات من البروتونات والإلكترونات.

وإلى هنا نكون قد وصلنا لنهاية المقال، وناقشنا بالتفصيل خطوات تجربة تفاعل الأجسَام المَشحُونة عن بُعد، كما تحدثنا عن الشحنة الكهربية وخصائصها والقوة الكهربية، بالإضافة إلى طريقة شحن الأجسام عبر الاتصال، ونتمنى أن نكون جاوبنا على جميع استفساراتكم.

مقالات ذات صلة