كيفية انتقال الشحنات الكهربائية

كيفية انتقال الشحنات الكهربائية، الشحنة الكهربائية هي خاصية محفوظة، ولا يمكن أن تتغير الشحنة الصافية لنظام معزول، وهذا عبارة عن مقدار الشحنة الموجبة، مطروحًا منها مقدار الشحنة السالبة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الشحنة الكهربائية تحملها الجسيمات دون الذرية، كما أنه في المادة العادية، تحمل الإلكترونات الشحنة السالبة، وتحمل البروتونات الشحنة الموجبة في نوى الذرات – تابعوا موقع مقال للتعرف على كيفية انتقال الشحنة الكهربائية.

المقصود بالشحنة الكهربائية

الشحنة الكهربائية هي الخاصية الأساسية، لأشكال المادة، التي تظهر جاذبية كهربائية أو تنافرًا في وجود مادة أخرى.

كما أن الشحنة الكهربائية هي خاصية مميزة للعديد من الجسيمات دون الذرية، حيث أن شحنات الجسيمات القائمة بذاتها هي مضاعفات عددية من الشحنة الأولية e، نقول أن الشحنة الكهربائية مكمية.

وكان مايكل فاراداي، في تجاربه للتحليل الكهربائي، أول من لاحظ الطبيعة المنفصلة للشحنة الكهربائية.

وأثبتت تجربة قطرة الزيت لروبرت ميليكان هذه الحقيقة بشكل مباشر، وقاست الشحنة الأولية.

لقد تم اكتشاف أن نوعًا واحدًا من الجسيمات، وهو الكواركات، له شحنة جزئية إما 1/3- أو 2/3+.

ولكن يعتقد أنها تحدث دائمًا في مضاعفات الشحنة المتكاملة، كواركات قائمة بذاتها لم يسبق لها مثيل.

شاهد أيضًا: كيف تم اكتشاف الكهرباء بالعالم

شحنة الشحنة الكهربائية

في حالة إذا كان هناك إلكترونات أكثر من البروتونات، في قطعة من المادة، فسيكون لها شحنة سالبة.

وإذا كان هناك عدد أقل، فسيكون لها شحنة موجبة، وإذا كانت هناك أرقام متساوية، فستكون محايدة.

يأتي في مضاعفات صحيحة للوحدات الصغيرة الفردية، تسمى الشحنة الأولية، e، حوالي 1.602 × ^19-10 كولوم.

وهي أصغر شحنة يمكن أن توجد بحرية (الجسيمات التي تدعى الكواركات لها شحنة أصغر، مضاعفات 1/3e.

لكنها موجودة فقط في تركيبة، وتندمج دائمًا لتكوين جسيمات ذات شحنة صحيحة).

ويحتوي البروتون على شحنة + e، بينما الإلكترون لديه شحنة −e.

وحدة الشحنة الكهربائية

وحدة الشحنة الكهربائية المشتقة من النظام الدولي للوحدات هي الكولوم (C)، الذي سمي على اسم الفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغستين دي كولوم.

وفي الهندسة الكهربائية، يعد استخدام (ampere-hour – (Ah أمرًا شائعًا كذلك، بينما في الفيزياء والكيمياء، فإنه عادًة ما تستخدم الشحنة الأولية (e) كوحدة.

هذا وتستخدم الكيمياء ما يسمى بثابت فاراداي كشحنة على مول من الإلكترونات، والتي عادًة ما تشير إلى الرمز الصغير q إلى الشحنة.

المجال الكهرومغناطيسي

تحتوي الشحنة الكهربائية على مجال كهربائي، وإذا كانت الشحنة تتحرك، فإنها تولد أيضًا مجالًا مغناطيسيًا.

ويسمى مزيج المجال الكهربائي والمغناطيسي، المجال الكهرومغناطيسي، وتفاعله مع الشحنات هو مصدر القوة الكهرومغناطيسية، التي تعد واحدة من القوى الأساسية الأربع في الفيزياء.

وتسمى دراسة التفاعلات، التي تتم بوساطة الفوتون، بين الجسيمات المشحونة بالديناميكا الكهربية الكمية.

الثبات النسبي

بصرف النظر عن الخصائص الموصوفة في مقالات حول الكهرومغناطيسية، فإن الشحنة هي ثابتة نسبية.

وهذا يعني أن أي جسيم له شحنة q، بغض النظر عن السرعة التي يمر بها، فإنه لديه دائمًا شحنة q.

تم التحقق من هذه الخاصية تجريبياً من خلال إظهار أن شحنة نواة هيليوم واحدة، (بروتونان ونيوترونان مرتبطان معًا في نواة ويتحركان بسرعة عالية).

هي نفس شحنة نواتين من الديوتيريوم (بروتون واحد ونيوترون واحد مرتبطان معًا، ولكن تتحرك ببطء أكثر مما لو كانوا في نواة الهيليوم).

انتقال الشحنات الكهربائية

في الصورة أعلاه، لماذا يقف شعر هذه الفتاة بشكل مستقيم؟ إنها تلمس جهازًا يسمى “مولد فان دي غراف”.

حيث تحتوي القبة الموجودة أعلى الجهاز على شحنة كهربائية سالبة، وعندما تضع الفتاة يدها على القبة، تصبح مشحونة سلبًا أيضًا، وصولاً إلى طرف كل شعر!

السؤال هنا: ما الذي يجعل الشعر واقفاً؟

الجواب: كل الشعيرات أصبحت سالبة الشحنة، وبالتالي هي مثل الشحنات تتنافر، لذلك، تبتعد الشعيرات عن بعضها البعض، مما يجعلها تقف عند النهاية.

نقل الإلكترونات

أصبحت الفتاة في الصورة مشحونة بشحنة سالبة، وذلك لأن الإلكترونات تتدفق من مولد فان دي جراف إليها.

حيث أنه عندما تنتقل الإلكترونات بين الأشياء، تصبح المادة المحايدة مشحونة، يحدث هذا، حتى مع الذرات الفردية.

الذرات المتعادلة في الشحنة الكهربائية، لأن لديها نفس عدد الإلكترونات السالبة، مثل البروتونات الموجبة.

ومع ذلك، إذا فقدت الذرات أو اكتسبت الإلكترونات، فإنها تصبح جسيمات مشحونة تسمى الأيونات.

يمكنك أن ترى كيف يحدث هذا في الشكل أدناه، عندما تفقد الذرة الإلكترونات، تصبح أيونًا موجبًا أو كاتيون.

وعندما تكسب الذرة إلكترونات، تصبح أيون سالب أو آنيون.

تابع أيضًا: معلومات عن الهندسة الكهربائية

حفظ الشحنة

مثل تكوين الأيونات، يعتمد تكوين المادة المشحونة، بشكل عام على انتقال الإلكترونات، إما بين مادتين أو داخل مادة.

ويشار إلى ثلاث طرق يمكن أن تحدث هذا، وهذه الطرق هي: التوصيل، والاستقطاب، والاحتكاك.

جميع الطرق الثلاث موصوفة أدناه، ومع ذلك، بغض النظر عن كيفية نقل الإلكترونات، تظل الشحنة الإجمالية.

كما هي دائمًا؛ تتحرك الإلكترونات، لكنها لا تدمر، وهذا هو قانون حفظ الشحنة.

التوصيل

إن نقل الإلكترونات من مولد فان دي جراف إلى الفتاة هو مثال على التوصيل، حيث يحدث التوصيل.

عندما يكون هناك اتصال مباشر بين المواد، التي تختلف في قدرتها على التخلي عن الإلكترونات أو قبولها.

كما ينتج مولد فان دي جراف شحنة سالبة على القبة، لذلك يميل إلى التخلي عن الإلكترونات.

والأيدي البشرية مشحونة بشكل إيجابي، لذلك تميل إلى قبول الإلكترونات، لذلك، تتدفق الإلكترونات من القبة إلى يد الفتاة عندما تكون على اتصال.

لا تحتاج إلى مولد فان دي جراف لإجراء التوصيل، فقد يحدث عندما تمشي على سجادة من الصوف في حذاء مطاطي.

حيث يميل الصوف إلى التخلي عن الإلكترونات، ويميل المطاط إلى قبولها، لذلك، ينقل السجاد الإلكترونات إلى حذائك في كل مرة تضع قدمك.

وبالتالي ينتج عن نقل الإلكترونات أن تصبح سالبًا، بينما تصبح السجادة ذات شحنة موجبة.

الاستقطاب

افترض أنك قد مشيت عبر سجادة من الصوف في أحذية ذات نعل مطاطي، وأصبحت مشحونًا بشحنة سالبة.

إذا وصلت بعد ذلك إلى لمس مقبض الباب المعدني، فسيتم صد الإلكترونات الموجودة في المعدن المحايد، وتتحرك بعيدًا عن يدك حتى قبل لمس المقبض.

بهذه الطريقة، يصبح أحد طرفي مقبض الباب مشحونًا بشكل إيجابي، ويصبح الطرف الآخر مشحونًا بشكل سلبي، وهذا ما يسمى الاستقطاب.

ويحدث الاستقطاب عندما تتحرك الإلكترونات داخل جسم محايد، بسبب المجال الكهربائي لجسم مشحون قريب.

حيث يحدث دون اتصال مباشر بين الكائنين، ويوضح الشكل أدناه كيفية حدوث الاستقطاب.

وهنا يأتي السؤال: ماذا يحدث عندما يتم وضع القضيب البلاستيكي المشحون، بالسالب في الرسم البياني، بالقرب من اللوحة المعدنية المحايدة؟

والجواب هو: يتم طرد الإلكترونات في اللوحة، بواسطة الشحنات السلبية في القضيب، تتحرك الإلكترونات بعيدًا عن القضيب.

مما يتسبب في أن يكون جانب واحد من اللوحة مشحونًا بشكل إيجابي، والجانب الآخر، يصبح مشحونًا بشكل سلبي.

الاحتكاك

هل قمت بفرك بالون منتفخ على شعرك؟ يمكنك أن ترى ما يحدث في الشكل أدناه، يتسبب الاحتكاك بين البالون والشعر.

و>لك في “فصل” الإلكترونات من الشعر على البالون، وذلك لأن البالون يجذب الإلكترونات بقوة أكثر من الشعر.

وبعد نقل الإلكترونات، يصبح البالون مشحونًا بشكل سلبي، ويصبح الشعر مشحونًا بشكل إيجابي.

وتدفع الشعيرات الفردية بعيدًا عن بعضها البعض، وتقف عند النهاية، لأن الشحنات تتنافر مع بعضها البعض.

كما يجذب البالون والشعر بعضهما البعض، لأن الشحنات المتقابلة تجذب.

يتم نقل الإلكترونات بهذه الطريقة، كلما كان هناك احتكاك بين المواد التي تختلف في قدرتها على التخلي عن الإلكترونات أو قبولها.

اخترنا لك: ما هي المركبات الكهربائية؟

كيفية انتقال الشحنات الكهربائية عندما تنتقل الإلكترونات بين الأشياء، تصبح المادة المحايدة مشحونة؛ على سبيل المثال، عندما تفقد الذرات إلكترونات أو تكتسبها، فإنها تصبح جزيئات مشحونة تسمى أيونات.