تكهرب

التكهرب electrisation يقصد بها هنا تكهرب الأجسام، وليس كهربة المدن والقرى التي تعني إيصال التيار الكهربائي إليها.

تحوي الذرة في حالتها الاعتيادية، غير المؤينة، عدداً متماثلاً من حوامل الشحنة الموجبة وهي البروتونات، ومن حوامل الشحنة السالبة وهي الإلكترونات، حيث تتجمع البروتونات في نواة الذرة بينما تتحرك الإلكترونات حول النواة وعلى أبعاد مختلفة عنها ومحدّدة، مما يجعل قوة ارتباطها بالنواة مختلفة فتكوِّن ما يسمى قشوراً (طبقات) إلكترونية. يكون ارتباط الإلكترونات بالنواة ضعيفاً في القشور السطحية بحيث يمكن انتزاعها منها بسهولة إذا أعطيت هذه الإلكترونات كمية صغيرة من الطاقة. تغادر هذه الإلكترونات السطحية بعض ذرات المواد، كالمعادن، وتتحرك حركة عشوائية ضمن المادة. تسمى هذه الإلكترونات «الإلكترونات الحرة». وتتعلق ناقلية مادة ما (كهربائيتها) بعدد الإلكترونات الحرة الموجودة في واحدة الحجم منها عند درجة حرارة الجسم العادية. فالناقل الجيد كالمعادن يحتوي عدداً كبيراً نسبياً من الإلكترونات الحرة في الدرجة العادية من الحرارة، أما الناقل الضعيف (العازل) كالزجاج والإيبونيت فيحوي عدداً قليلاً جداً من الإلكترونات الحرة في الدرجة العادية، وتكون معظم الإلكترونات السطحية مرتبطة بذراتها ارتباطاً قوياً لا يمكنها من الانتقال بين ذرة وأخرى. لهذا السبب تتكهرب العوازل بسهولة لأن الشحنة التي تصل إليها تبقى متوضعة في النقاط المولودة منها.

إن لشحنتي البروتون والإلكترون القيمة المطلقة نفسها وتساوي e =1.602.10-19 كولون، لكنهما من نوعين مختلفين، أطلقت الصفة الإيجابية على الأولى (البروتونات) والسلبية على الثانية (الإلكترونات)، وهذه التسمية اعتباطية لا علاقة لها بالمعنى الرياضي للزائد والناقص، وإنما أطلقت للتمييز بين النوعين فقط، إذ وجد تجريبياً أن الشحنات من النوع الواحد تتنافر، بينما تتجاذب شحنات النوعين المختلفين. ويقال عن الذرة حيادية حين تحوي عدداً متساوياً من البروتونات والإلكترونات في الحالة الاعتيادية. بقي الاعتقاد بأن شحنة الإلكترون (أو البروتون) هي أصغر شحنة كهربائية موجودة في الطبيعة، وأن الشحنات الكهربائية التي تحملها الأجسام هي مضاعفات صحيحة لهذه الشحنة العنصرية، وذلك منذ اكتشف العالم تومسون (1856- 1940) J.J.Thomson الإلكترون عام 1897 حتى ستينات القرن العشرين. لكن اكتشاف الكواركات quarks، التي تعد اليوم المكوِّنات الأساسية للبروتونات والنترونات، أظهر أنها تملك شحنة تساوي ثلث أو ثلثي هذه الشحنة العنصرية.

والتكهرب هو فصل دائم أو مؤقت لأحد نوعي الشحنة عن النوع الآخر بحيث يطغى عدد أحدها على عدد النوع الآخر. فاقتلاع عدد من إلكترونات المادة، مثلا، يجعل الشحنة الموجبة مسيطرة. ونقول عن المادة أنها مكهربة إيجابياً، وبالعكس فإن إضافة عدد من الإلكترونات إلى المادة يجعل الشحنة السالبة هي المسيطرة وبذلك نقول إن المادة مكهربة سلبياً، وإن هذا التغير في عدد الإلكترونات صغير نسبياً موازنة مع عدد الذرات فهو من مرتبة1010. وبعبارة أكثر عمقاً يمكن القول إن التكهرب هو قدرة الأجسام المادية على توليد مجال تأثير حولها يدعى الحقل الكهربائي يؤثر في الشحنات عند وجودها ضمنه، وقد تكون هذه الحقول الكهربائية عالية الشدة حتى على المستوى الذري أو النووي.

على الرغم من أن السبب الشائع للتكهرب هو حدوث نقص أو زيادة في عدد إلكترونات المادة، لكن هذا ليس ضرورياً في جميع حالات التكهرب، إذ إن الجسم المستقطب الذي لا يتطابق مركزا شحناته الموجبة والسالبة فيه سيولد حقلاً كهربائياً بجواره مع تساوي الشحنتين.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 كيفية حدوث التكهرب

يمكن إحداث التكهرب عملياً بإحدى طرائق ثلاث: التكهرب بالدلك والتكهرب باللمس والتكهرب بالتأثير.

1ـ التكهرب بالدلك: وهي أقدم طرائق التكهرب التي عرفها الإنسان، فقد اكتشف اليونان منذ القدم (600ق.م) أنه إذا دلك قضيب من الكهرمان بالصوف اكتسب خاصة جذب الأجسام الخفيفة إليه مثل قصاصات الورق الصغيرة. ثم تبيَّن وجود مواد أخرى كالزجاج والإيبونيت تكتسب هذه الخاصة عند دلكها بالصوف. وقد أطلق اسم التكهرب على خاصة الجذب هذه نسبة إلى كلمة كهرمان اليونانية (إلكترا electra) وسمي الجسم الذي اكتسبها الجسم المكهرب. ودعيت الشحنة التي يكتسبها الزجاج المدلوك بالصوف شحنة موجبة، كما دُعيت الشحنة التي يكتسبها الإيبونيت المدلوك بالصوف شحنة سالبة. فلدى دلك الزجاج بالصوف يخسر الزجاج عدداً من إلكتروناته التي تأخذها قطعة الصوف، في حين يكسب الإيبونيت بعض إلكترونات قطعة الصوف، فيصير الإيبونيت ذا شحنة سالبة وقطعة الصوف ذات شحنة موجبة. نرى أن الصوف تكهرب في المرة الأولى فصار يحمل شحنة سالبة ومرة أخرى صار يحمل شحنة موجبة، بمعنى أن نوع كهربائية الجسم في حالة التكهرب بالدلك على مادتي الجسمين المدلوكين، وقد صنفت الأجسام تبعاً لذلك في سلسلة تبين أن دلك جسمين من هذه السلسلة فسيتكهرب الجسم المتقدم في السلسلة إيجابياً في حين يتكهرب المتأخر أو التالي سلبياً، على سبيل المثال لدينا هذه السلسلة: الزجاج المصقول، الصوف، وبر الهرة، الحرير، الخشب، المعدن، الإيبونيت، السللوئين.

2ـ التكهرب باللمس: إن مجرد ملامسة جسم مكهرب بأحد نوعي الكهربية لجسم آخر معتدل فإن كمية من شحنة الجسم المكهرب ستنتقل إلى الجسم المعتدل، ويتباعد هذان الجسمان نتيجة لذلك إذا كانا قادرين على الحركة. فإذا علّقت كرة من مخ البيلسان بخيط شاقولي عازل ثم لمست بقضيب من الزجاج المدلوك بالصوف، فإن الكرة ستبتعد عن القضيب لاكتسابها جزءاً من الشحنة الموجبة نفسها. وتكرر الحادثة نفسها عند استبدال القضيب الزجاجي بقضيب من الإيبونيت والاختلاف فقط في نوع الشحنة.

3ـ التكهرب بالتأثير: تحدث طريقة التكهرب هذه بمجرد اقتراب جسم مشحون من قضيب ناقل معتدل ومعزول حيث تكون في أوضح صورها. إذ تظهر الشحنات ذات الإشارة المعاكسة لشحنات الجسم المشحون عند الطرف القريب للقضيب من الجسم بينما تظهر شحنات مماثلة بالإشارة عند الطرف البعيد (إن الإلكترونات هي التي تتحرك بسهولة في هذه الحالة فتنجذب إلى أحد الطرفين تاركة الطرف الآخر موجباً). ويمكن التأكد من ذلك بربط كرتين من مخ البيلسان بطرفي سلك معدني، وتعليق هذا السلك من منتصفه عند أحد طرفي القضيب فيلاحظ تباعد الكرتين، أما إذا علقتا عند منتصف القضيب فلا يلاحظ تباعدهما مما يدل على عدم وجود شحنات في منتصف القضيب. كذلك إذا لمسنا القضيب الذي شحن بالتأثير (أي وصلناه بالأرض) سنلاحظ انطباق الكرتين المعلقتين عند الطرف البعيد مما يشير إلى انفراغ الشحنة الكهربائية عند هذا الطرف وهروبها إلى الأرض. أما إذا قطع الاتصال مع الأرض وأبعد الجسم المشحون فإن الكرتين المعلقتين ستتباعدان أينما وضعتا على طول القضيب نتيجة توزع الشحنة، التي كانت متجمعة في الطرف القريب مع الجسم المشحون على سطح القضيب بكامله.

يشار إلى أن أهمية التكهرب لا تقتصر آثارها على مسألة اللذعة الكهربائية التي يعانيها راكب السيارة عند ملامسة معدنها بعد سفر، أو مسألة البرق والصواعق الناجمة عن تكهرب الغيوم بل برزت الآن أهميتها من جديد على صعيد الإلكترونيات الحديثة نتيجة إمكانية توليد حقول كهربائية عالية بوساطة شحنات طفيفة إذا كانت المسافات الفعالة قريبة جداً مما يجعل تأثير هذه الحقول مخرباً إذا لم يحسب حسابه.

 تطوير المولدات، والمولدات الكهربائية المغناطيسية

المقالة الرئيسية: electric generator

 المحركات الكهربائية

•  مقالة مفصلة: محرك كهربائي

 Direct current electric motors

•  مقالة مفصلة: DC motor

 Alternating current electric motors

•  مقالة مفصلة: AC motor

 Alternating versus direct current

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 Poly-phase current

Three-phase rotating magnetic field of an AC motor. The three poles are each connected to a separate wire. Each wire carries current 120 degrees apart in phase. Arrows show the resulting magnetic force vectors. Three phase current is used in commerce and industry.

 نقل وتوزيع الطاقة

انظر أيضاً: Electric power transmission § History, and War of currents

 الشبكة الكهربائية

•  مقالة مفصلة: الشبكة الكهربائية

 التوربينات البخارية

A 1899 Parsons steam turbine linked directly to a dynamo

 كهربائية شارع السكة الحديد (الترام أو عربات)

•  مقالة مفصلة: الترام

 فوائد كهربة

 ما قبل الطاقة الكهربائية

{{رئيسي | Line shaft}

Threshing machine in 1881.

 تأثير الاقتصادية لكهربة

•  مقالة مفصلة: تاريخ الإنتاج الضخم #

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 مصادر الطاقة لتوليد الكهرباء

الطاقة الكهرومائية.

•  مقالة مفصلة: الطاقة الكهرومائية

توربينات الرياح

الحرارية

Diesel-electric transmission

 رواد الكهربة

• توماس اديسون
• نيكولا تسلا
• Samuel Insull
• جنرال إلكتريك
• Tennessee Valley Authority

 مرونة الطاقة

•  مقالة مفصلة: مرونة الطاقة

 انظر أيضا

ابحث عن تكهرب في
قاموس المعرفة.

• Electric vehicle
• Mains electricity by country Plugs, voltages and frequencies
• Railway electrification system
• Renewable electricity
• Renewable energy development
• Rural electrification

 المصادر

Notes

قائمة المراجع

Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 3: The Transmission of Power. Cambridge, Massachusetts, London: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9. {{cite book}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)

• McNeil, Ian (1990). An Encyclopedia of the History of Technology. London: Routledge. ISBN 0-415-14792-1. {{cite book}}: Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (help); Invalid |ref=harv (help)
• Nye, David E. (1990). Electrifying America: Social Meanings of a New Technology. The MIT Press. {{cite book}}: Invalid |ref=harv (help); Text "Cambridge, MA, USA and London, England" ignored (help)
• Zambesi Rapids - Rural electrification with water power [1]