نــَــــــدى العـِــــــــلم

7-1 إختلاف المواد من حيث التوصيل الكهربائي

تقسم المواد من حيث قابليتها على التوصيل الكهربائي إلى:

1- الموصلات (Conductors): هي مواد تحتوي وفرة من الشحنات الكهربائية السالبة الشحنة (الالكترونات ضعيفة الارتباط بالنواة) من أمثلتها النحاس والفضة والألمنيوم وغيرها وتتحرك الالكترونات خلال هذه المواد بسهولة، فهي موصلات جيدة، الشكل (24).

2- العوزل (Insulators): هي مواد لا تتحرك فيها الشحنات الكهربائية بحرية، مثل الزجاج والصوف والمطاط وغيرها الشكل (25).

من المشاهدات التي تحتاج إلى تفسير :

• إذا مسكت بيدك ساق من النحاس من أحد طرفيها ودلكتها بقطعة من الصوف أو الفرو وقربتها من قصاصات صغيرة من الورق تلاحظ عدم إنجذاب تلك القصاصات اليها، وقد تعتقد ان ساق النحاص لم تنشحن. ولكن حقيقة ذلك هو: ان الشحنات الكهربائية المتولدة على ساق النحاس بالدلك والممسوكة باليد قد تسربت مباشرة إلى الارض عن طريق جسمك.

• لو مسكت ساق من النحاس نفسها من أحد طرفيها بمقبض من مادة عازلة ( أو لبست كفا من المطاط)، شكل (26) ودلكت الساق بقطعة من الصوف أو الفرو ثم قربتها من تلك القصاصات الورقية، تجد أنها تنجذب نحو الساق، فنستنتج من ذلك أن ساق النحاس يمكن شحنها بالكهربائية الساكنة واحتفاظها بالشحنات لفترة قصيرة إذا كانت معزولة.

6-1 بعض التطبيقات العملية عن الكهربائية الساكنة

تستثمر الكهربائية الساكنة في عمل الاجهزة التالية:

المرذاذ:

من أمثلته جهاز صبغ السيارات (أو صبغ اي جسم اخر موصل مثل الكرسي) لاحظ الشكل (23)، اذ توصل فوهة المرذاذ بالقطب الموجب للمصدر الكهربائي، وهذا يجعل جميع قطيرات الصبغة (الطلاء) الخارجة من فوهته مشحونة بشحنة موجبة، فتتباعد بعضها عن بعض بسبب قوى التنافر بينها.

اما الجسم الموصل المراد صبغه مثل السيارة أو الكرسي فيوصل مع القطب السالب للمصدر أو يوصل بالارض وهذا يساعد على إنجذاب قطيرات الصبغ إلى سطح ذلك الجسم مما يجعل عملية الصبغ هذه متجانسة وجيدة.

وتستثمر الكهربائية الساكنة ايضا في تطبيقات اخرى مثل أجهزة الاستنساخ وفي أجهزة الترسيب التي تستعمل في معامل صناعة الأسمنت للتقليل من التلوث البيئي وكذلك في تثبيت مواد التجميل والعدسات اللاصقة.

5-1 شحن الكشاف الكهربائي

نشاط a : شحن الكشاف الكهربائي بطريقة التماس ( التوصيل )

أدوت النشاط: كشاف كهربائي ، مشط من البلاستك.

خطوت النشاط:

• ندلك المشط بالشعر (بشرط أن يكون الشعرجافًا وبدون زيت).

• نجعل المشط يلامس قرص الكشاف المتعادل كهربائيًا. نلاحظ إبتعاد ورقتي الكشاف.

تفسير النشاط:

عند حصول التماس بين المشط المشحون وقرص الكشاف المتعادل كهربائيا، تبتعد ورقتا الكشاف الكهربائي، بسبب ظهور قوة تنافر بينهما، لاكتساب الورقتين النوع نفسه من الشحنات.

نشاط b : شحن الكشاف الكهربائي بطريقة الحث

أدوت النشاط: كشاف كهربائي ، ساق من الزجاج ، قطعة من الحرير.

خطوت النشاط:

• ندلك ساق الزجاج بقطعة الحرير (تظهر على الساق شحنة موجبة) الشكل (a-22).

• نقرب ساق الزجاج المشحونة من قرص كشاف متعادل كهربائيًا.

تلاحظ تنافر ورقة الالمنيوم مع الساق المعدنية للكشاف الشكل (b-22). وهذادليل على أن الكشاف صار مشحونًا، (ينشحن قرص الكشاف بالشحنة السالبة وهي الشحنة المقيدة وتنشحن ورقة الالمنيوم بالشحنة الموجبة وهي الشحنة الطليقة). أي دائمًا ينشحن القرص بالشحنة المخالفة لتجاذب شحناته مع شحنات المؤثر والورقة والساق بالشحنة المشابهة لتنافر شحنتهما مع شحنة المؤثر.

• نصل قرص الكشاف بالأرض (بوضع إصبع اليد على قرص الكشاف) مع بقاء ساق الزجاج المشحونة بالقرب من قرص الكشاف نلاحظ إنطباق الورقة على ساق الكشاف الشكـل (c-22) (بسبب اكتساب الكشاف الالكترونات من الأرض).

• نقطع إتصال قرص الكشاف بالأرض (نرفع الاصبع عن قرصه) مع بقاء ساق الزجاج المشحونة بالقرب من قرص الكشاف. نجد بقاء الورقة منطبقة على ساق الكشاف. أخيرًانبعد ساق الزجاج عن الكشاف، نلاحظ تنافر ورقة الالمنيوم مع ســاق الكشاف، الشكــــل (d-22).

وهذا يدل على توزع الشحنات الباقية (الشحنات التي كانت مقيدة) على قرص الكشاف والساق والورقة.

4-1 الكشاف الكهربائي - Electroscope

جهاز يستعمل في تجارب الكهربائية الساكنة لاغراض منها:

1- الكشف عن وجود شحنة كهربائية على جسم ما.

2 - لمعرفة نوع الشحنة الكهربائية على الجسم المشحون.

تصنع الكشافات الكهربائية باشكال مختلفة، لاحظ الشكل (20).

يتاألف الكشاف الكهربائي من:

• ساق مصنوعة من المعدن.
• قرص معدني (أو كرة معدنية) يتصل بالطرف العلوي للساق.
• ورقتين رقيقتين (اأو شريطين) من الذهب أو الالمنيوم تتصلان بالطرف السفلي للساق (او ورقة رقيقة واحدة من الذهب او الالمنيوم تتصل بالطرف السفلي للساق) وتعلق من منتصفها على محور في نهاية الساق لتكون طليقة الحركة.

• صندوق من الزجاج أو المعدن أو الخشب ذو نافذة زجاجية .
• سداد من الفلين أو المطاط في الجزء العلوي من الصندوق لعزل الساق والورقتين عن الصندوق.

3-1 - شحن المادة بالكهربائية

توجد ثلاث طرائق لشحن الأجسام بالكهربائية الساكنة هي:

a - الشحن بطريقة الدلك:

إذا دلكت بالونًا بقطعة من الصوف ستظهر شحنة موجبة على قطعة الصوف ( نتيجة لفقدها بعضًا من الكتروناتها )، بينما تظهر شحنة سالبة على البالون (نتيجة لإكتسابه تلك الإلكترونات). وإذا علقت البالون المشحون بالشحنة السالبة بخيط من مادة عازلة وقربت منه قطعة الصوف المشحونة بالشحنة الموجبة، تجد ان قطعة الصوف هذه تجذب اليها البالون، الشكل (17).

b - الشحن بطريقة التماس:

علق كرتين من نخاع البيلسان بوساطة خيطين من مادة عازلة ومن نقطة واحدة. اشحن احدى الكرتين بملامستها لساق من الزجاج مدلوكة بالحرير ثم اتركها لتلامس الكرة الاخرى غير المشحونة كما في الشكل (a-18)، تلاحظ بعد ذلك إبتعاد الكرتين عن بعضهما وهذا يدل على ان الكرة الثانية غير المشحونة قد اكتسبت قسما من شحنة الكرة الاولى بالتماس مما ادى اإلى تنافر الكرتين شكل (b-18).

c- الشحن بطريقة الحث:

• عند تقريب ساق من المطاط الصلب مشحونة بشحنة سالبة (تصير شحنتها سالبة بعد دلكها بالصوف) من سطح كرة معدنية متعادلة كهربائيًا ومعزولة، فان شحنةالساق السالبة (الإلكترونات) سوف تنافر بعضا من الاكترونات سطح الكرة وتدفعها إلى الجهة البعدة عن الساق (تدعى هذه الالكترونات بالشحنات الطليقة)، ونتيجة للنقص الحاصل في عدد الكترونات الجهة القريبة من الساق، تظهر فيها شحنة موجبة ( تدعى هذه الشحنات بالشحنات المقيدة). لاحظ الشكل (b-19).

• نوصل الكرة المعدنية بالأرض بربط سطحها بسلك موصول بالأرض (أو بملامسة سطحها باصبع اليد) مع بقاء الساق المشحونة قريبة من الكرة، نجد ان الشحنات الطليقة قد تسربت إلى الأرض لاحظ الشكل (c-19).

• نقطع إتصال الكرة مع الأرض (نرفع الاصبع عن الكرة) مع بقاء الساق قريبة من الكرة نجد بقاء الشحنة المقيدة في موضعها. لاحظ الشكل (d-19).

• نبعد الساق عن الكرة، نجد اأن الشحنات المقيدة (وهي الشحنات الموجبة المخالفة لشحنة الساق) تتوزع بانتظام على السطح الخارجي للكرة. لاحظ الشكل (e-19). وان الاستدلال عن وجود الشحنة من عدمها على جسم ما يتم باستعمال جهاز الكشاف الكهربائي.

نشاط - قوى التجاذب والتنافر بين الشحنات الكهربائية

الشحنات المتشابهة تتنافر مع بعضها والشحنات المختلفة تتجاذب مع بعضها

أدوت النشاط: ساقان متماثلان من المطاط الصلب ، ساقان متماثلان من الزجاج ، قطعتان أحداهما من (الصوف أو الفرو) واخرى من الحرير ، خيوط من القطن اأو الحرير ، حاملان.

الخطوت:

أولا:

- نعلق ساقي المطاط بوضع أفقي بخيطين بوساطة حاملان ونجعلهما متقاربتين من بعضهما.

- ندلك كل منهما وعلى إنفراد بوساطة قطعة الصوف. (ستنشحن كل منهما بالشحنة السالبة)

- نترك الساقين معلقتين بحرية، نلاحظ تنافرهما مع بعضهما الشكل (a-16).

نستنتج من النشاط الأول: أن الشحنات المتشابهة تتنافر مع بعضها

ثانياً:

- نعلق ساقي الزجاج بوضع افقي بخيطين بوساطة حاملان ونجعلهما متقاربتين من بعضهما.

- ندلك كل منهما وعلى انفراد بوساطة قطعة الحرير. (ستنشحن كل منهما بالشحنة الموجبة)

- نترك الساقين معلقتين بحرية، نلاحظ تنافرهما لاحظ الشكل (b-16).

نستنتج من النشاط الثاني: أن الشحنات المتشابهة تتنافر مع بعضها

ثالثاً:

- نعلق ساق من الزجاج وساقا أخرى من المطاط بوضع أفقي بخيطين بوساطة حاملان ونجعلهما متقاربتين من بعضهما.

- ندلك ساق الزجاج بقطعة الحرير (ستنشحن الساق بالشحنة الموجبة) وندلك ساق المطاط بقطعة الصوف ستنشحن الساق بالشحنة السالبة).

- نترك الساقين معلقتين بحرية، نلاحظ تجاذبهما الشكل (c-16).

نستنتج من النشاط الثالث: أن الشحنات المختلفة تتجاذب مع بعضها

2-1 الشحنة الكهربائية - Electric charge

تحتوي الذرة الكترونات سالبة الشحنة (-e) تدور بسرع عالية جدا حول النواة التي تحوي على بروتونات موجبة الشحنة (+p) ونيوترونات (n) متعادلة الشحنة. الشكل (11).

و ترتبط الالكترونات بنواة الذرة بقوى مقاديرها متفاوتة حسب بعدها عن النواة.

وإن معظم ذرات المواد تكون متعادلة كهربائيا (عدد الكتروناتها يساوي عدد بروتوناتها) لاحظ الشكل (a-12).

نوعا للشحنة الكهربائية

هناك ذرات في مواد تفقد بعضًا من الكتروناتها الخارجية بوجود مؤثر خارجي يساعدها على ذلك، فإذا حصل نقص في عدد الكترونات الذرة بسبب هروب بعض منها إلى خارج الجسم،تصير الذرة أيونًا موجبا ويكون الجسم مشحونًا بالشحنة الموجبة (q+) الشكل (b-12). اماالجسم الذي تكتسب ذراته بعضًا من الكترونات ذرات اجسام اأخرى تصير الذرة ايونًا سالبًا ويكون الجسم مشحونا بالشحنة السالبة (q-). لاحظ الشكل (c-12).