تجربة كيف تتفاعل الاجسام المشحونة عن بعد

تجربة كيف تتفاعل الاجسام المشحونة عن بعد هي من أهم التجارب الأساسية في علم الفيزياء، وهي من أول التجارب التي يقوم بها الطلاب في مخابر المدرسة، وفي هذا المقال سيتم تعريف الشحنة الكهربائية وتفسير خصائصها، التي تتحكم في نتائج مختلف التجارب المتعلقة بالأجسام،  والمواد في علم الفيزياء.

تعريف الشحنة الكهربائية

قبل تقديم الاسم العلمي والنموذجي لتجربة كيف تتفاعل الاجسام المشحونة عن بعد من الضروري تعريف الشحنة الكهربائية، وهي خاصية فيزيائية مميزة للمادة المكونة من جسيمات أولية، وهي التي تحدد استجابتها لقوة المجال كهرومغناطيسي، وهي تنقسم إلى نوعين: الشحنة الموجبة والشحنة السالبة، وتُكوّن هذه الشحنات المجال الكهربائي، فإذا كانت متحركة تشكل المجال المغناطيسي، حيث إن مجموع المجال الكهربائي، والمجال المغناطيسي يسمى المجال الكهرومغناطيسي، وتقاس الشحنة الكهربائية وفقًا لنظام الوحدات الدولي بوحدة الكولوم، بينما يعبر عنها في الكهرباء الهندسية بوحدة  أمبير في الساعة.[1]

تجربة كيف تتفاعل الاجسام المشحونة عن بعد

تسمى تجربة كيف تتفاعل الاجسام المشحونة عن بعد التجربة الاستهلالية، ويمكن تحقيقها باستخدام بوالين بلاستيكية، وشريط لاصق، وخيوط صوف، حيث يقوم الطالب بربط بالونين بعد نفخهما بالخيوط الصوفية وتعليقهما باستخدام الشريط اللاصق في نقطة واحدة، ومن ثم شحن البالونين عن طريق تدليكهما بالمئز، فنلاحظ تباعد البالونين، وهو ما يفسر علميًا بأن الأجسام ذات الشحنة المتشابهة تتنافر، بينما تتجاذب الأجسام ذات الشحنات المختلفة عند تقريبها من بعضها البعض، والبوالين في هذه التجربة تكتسب الشحنة السالبة، وبالتالي تتنافر.[2]

خصائص الشحنة الكهربائية

بعد تحديد الاسم النموذجي لتجربة كيف تتفاعل الاجسام المشحونة عن بعد وتوضيح كيفية انجازها بمكونات بسيطة، من الضروري التأكيد على خصائص الشحنة الكهربائية، وهي كما يأتي:

خاصيّة الإضافة

وهي خاصية تسمح بإضافة الشحنات الكهربائية السالبة والموجبة واعتبارهما من الكميات القياسية، ونذكر على سبيل المثال، أنه إذا كان هناك نظام كهربائي يتكون من شحنتين مقدار أحداهما س ومقدار الأخرى ع فإنّ مجموع الشحنات في النظام يساوي ع + س.[3]

خاصية حفظ المادة

تعد الشحنة الكهربائية محفوظة وفقًا لقانون حفظ المادة، فهي لا تفنى ولا تستحدث من العدم ولكنها تنتقل بين الأجسام حسب طرق الشحن المختلفة، ففي نظام معين يساوي مقدار الشحنات التي يخسرها الجسم الأول، مقدار الشحنات التي يكتسبها الجسم الثاني.[3]

الشحنة الكهربائية مكممة

تحسب كمية الشحنات في جسم ما ويعبر عنها بقيمة ثابتة ووحدة معينة، والتي تساوي كتلة الإلكترون أو البروتون، وقد يعبر عنها بالصيغة الرياضية الآتية e*n = q، حيث إن  “q” هي مقدار الشحنة التي يحملها الجسم، بينما “n” هو أي عدد صحيح، و”e  هي الوحدة الأساسية للإلكترون السالب أو البروتون الموجب.[3]

تجربة كيف تتفاعل الاجسام المشحونة عن بعد هي من التجارب العلمية التي أدت إلى اكتشافات واختراعات كثيرة بدءًا من الأدوات الكهرومنزلية، وصولًا إلى المعدات الفضائية،  كما أحدثت دراسات الشحنة الكهربائية ثورة في عالم الفيزياء، وساهمت في تفسير العديد من الظواهر الفيزيائية في الكرة الأرضية كالبرق، والصواعق.