ما هو الحث الكهروستاتيكي؟

تفسر الكهرباء الساكنة الخصائص الكهربية للأجسام دون مرور أي تيار كهربي خلالها. والحث الكهروستاتيكي هو واحد من الظواهر الهامة التي تفسر العديد من السلوكيات الكهربية للأجسام وكيف تتأثر بالشحنات الخارجية. ومن أشهر الظواهر الحياتية التي تفسرها تلك الظاهرة هي الصعق الكهربائي بالبرق. فما هو الحث الكهروستاتيكي؟ وكيف يفسر ذلك النوع من الصواعق الكهربية؟

حركة الشحنات الكهربية

تتكون الأجسام الكبيرة من جسيمات صغيرة لها خواص كهربية حيث تنقسم تلك الجسيمات إلى جسيمات موجبة الشحنة وجسيمات سالبة الشحنة. والجسيمات المتشابهة في الشحنة تتنافر أما المختلفة في الشحنة تتجاذب. تسمى الأجسام التي تحتوي على شحنات سالبة أكثر من الموجبة بجسم سالب الشحنة، والعكس للأجسام الموجبة الشحنة.[1]

وتتحرك الشحنات الكهربية في أي جسم حركة تساعدها للوصول إلى حالة اتزان كهروستاتيكي. والاتزان الكهروستاتيكي هو أن تترتب الشحنات ترتيب ما بحيث يكون الجسم متعادل كهربيًا. ولكن يتغير ترتيب الشحنات مع اقتراب أي مؤثر كهربي خارجي في ظاهرة تسمى الحث الكهروستاتيكي.

الحث الكهروستاتيكي

تتغير توزيعة الشحنات في الأجسام عند اقتراب جسم مشحون بشحنة ما من الجسم. فمثلًا اقترب جسم سالب الشحنة من جسم متعادل، فتترتب شحنات الجسم بحيث تكون الجسيمات الموجبة فيه في اتجاه الجسم السالب.  ومعنى أن تكون ترتيب الشحنات الموجبة أكثر من السالبة في مكان ما في الجسم يترتب على التكوين الداخلي الجسم.[1]

تسمي الجسيمات المكونة للأجسام بالذرات وتتكون الأجسام بترتيب معين لتلك الذرات. وتحتوي الذرة على نواة موجبة وإلكترون سالب الشحنة، ولكن الإلكترون له حرية الحركة داخل الجسم. فعندما يقترب جسم سالب من الجسم المتعادل فتتنافر الإلكترونات وتبقى النوى كما هي فيكون مجموع الشحنات في تلك المنطقة موجب. أما إذا اقترب من الجسم المتعادل جسم موجب تنجذب الإلكترونات تجاه ذلك الجسم وتكون شحنة تلك المنطقة سالبة.[1]

الشحن بالحث الكهروستاتيكي

يمكن استغلال الحث الكهروستاتيكي لشحن جسم متعادل كهربيًا بشحنة أما موجبة أو سالبة. فمثلًا عند اقتراب جسم سالب من جسم متعادل فالشحنات الموجبة تتجمع تجاه الجسم السالب. فإذا وصل الجسم عندها بالأرض موجبة الشحنة فستمتص الشحنات السالبة التي نفرت في اتجاه واحد من الجسم، وسيصبح عنده الجسم مشحونًا بشحنة موجبة. تظهر الفكرة أوضح في سبب الصعق بالبرق مثلًا أو تطبيقات مماثلة لنفس الفكرة.[1]

الصعق الكهربائي بالبرق

يفقد الإنسان شحنته السالبة عندما يسير على الأرض موجبة الشحنة ويتحول جسمه لجسم موجب الشحنة. أما البرق فهو عبارة عن تفريغ كهربي للجسيمات سالبة الشحنة في السحب إلى الأرض موجبة الشحنة. ولكن عندما يكون جسم ما مشحون بشحنة موجبة، ولكنه أقرب للسحب من الأرض، كالإنسان في تلك الحالة، فإن التفريغ الكهربي يكون أقرب إلى أن يحدث بين السحب وذلك الجسم.[2]

وتلك هي فكرة صنع أجسام تمتص الصواعق، حيث توجد في معظم البيوت مثل تلك الأجسام بمقاومة عالية حتى إذا ضربت صاعقة المنزل يحمي ذلك الجسم المنزل من أي ضرر. وبالتالي أولى خطوات تجنب الصواعق هي الابتعاد عن الأشجار أو الاجسام المعزولة الطويلة نسبيًا.

المصادر

[1] Fundamentals of physics / David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker. —9 th ed. Section 23 (GAUSS’ LAW).

[2] The Lightning Discharge