لماذا يحدث الشحن دومًا عبر انتقال الإلكترونات؟

1 إجابة واحدة

الذرّة هي أصغر مقدار من العنصر الكيميائي بحجم النانومتر، تتكوّن من جسيمات تحت ذريّة، هي:

  • البروتونات (protons): هي جسيمات موجبة الشحنة توجد في نواة الذرة ويعبّر عن عددها باسم العدد الذرّي ويختلف بين العناصر ويميّزها.
  • النيوترونات (Neutrons): هي جسيمات معتدلة الشحنة داخل النواة.
  • الإلكترونات (Electrons): هي جسيمات سالبة الشحنة تتحرك حول النواة بسرعة كبيرة وفق مستويات طاقيّة، تساوي عدد البروتونات وتتجاذب معها وفق قانون كولوم (الشحنات المختلفة تتجاذب والشحنات المتشابهة تتنافر) لتحقق الاستقرار للذرة وكلّما زاد بعد الإلكترون أي يقع في مستوى طاقي بعيد، قلّ انجذابه مع البروتونات داخل النواة، تتوزع الإلكترونات بقاعدة 2^n حيث n هو رقم المستوى، ماعدا المستوى الأخير الذي يستطيع احتواء 8 إلكترونات فقط تُدعى إلكترونات التكافؤ، رُبّما تتواجد الذرة بشكل غير مستقر بسبب وجود عدد نيوترونات غير متوقّع وعند ذلك يصبح باسم متناظر ذرّي.

يتم إنشاء الحقول الكهربائيّة بواسطة البروتونات والإلكترونات وبشكل خاص إلكترونات التكافؤ بسبب الحركة المقيّدة للبروتونات داخل النواة، وبذلك الشحنات الكهربائيّة تعني فائض أو نقص في الإلكترونات وتقاس بالكولوم وهي ذات قيمة ثابتة لكنّها تتحول من شكل لآخر، وكما ذكرنا الذرة تكون مستقرة شحنيّاً نتيجة تساوي عدد البروتونات والإلكترونات، لكن يتم في بعض الحالات انتقال إلكترون أو أكثر فتصبح الذرة التي خسرت الإلكترون مشحونة بشحنة سالبة بينما الذرة التي حصلت على إلكترون تصبح مشحونة بشحنة سالبة.

لا بُدّ من التعرّف على أنواع المواد قبل شرح أنواع الشحن:

  • الموصلات (conductors): هي المواد التي تكون قوّة ارتباط إلكترونات التكافؤ بها منخفضة فتصبح إلكترونات حرّة وتتحرّك بسهولة الشحنات الكهربائيّة التي تشكل التيار الكهربائي، أي المادة الموصلة تسمح بمرور التيار الكهربائي، كالمعادن مثل النحاس والفضّة والألمونيوم، فعند تطبيق جهد كهربائي تتنشط الإلكترونات منتقلة إلى الطرف الأخر الموجب وبالتالي يُمكن قول ان هذه المواد ذات مقاومة منخفضة للكهرباء.
  • العوازل (insulators): هي المواد التي تكون قوّة ارتباطها بإلكتروناتها عالية، فلا تتحرك الإلكترونات بسهولة ولا يحدث شحن كهربائي عند تطبيق جهد كهربائي، كالمطاط والزجاج والخشب، ونعبّر عن ذلك بقول المادة تملك مقاومة عالية للكهرباء.
  • أنصاف النواقل (Semiconductors): تكون هذه المواد عازلة تحت شروط معيّنة كدرجة الحرارة الباردة وموصلة تحت شروط أخرى كارتفاع درجة الحرارة، أشهر مثال عليها هي السليكون والجرمانيوم.

أنواع الشحن الكهربائي:

  • الشحن بالاحتكاك: يتم فرك مادة مع أخرى فتنتقل إلكترونات التكافؤ من إحداهما إلى الأخرى، يكون هذا مفيداً في الأجسام العازلة.
  • الشحن بالتوصيل: إذا لمس جسم ما جسم موصل ستنتقل الشحنات بين الجسمين ليصبحا مشحونين بنفس الشحنة الكهربائيّة، هذه الطريقة فعّالة لشحن الموصلات كالمعادن.
  • الشحن بالتأثير: يتم تقريب جسم مشحون من موصل كهربائي دون لمس، سيتم شحن الموصل بشحنة مخالفة للجسم المشحون، هذه الطريقة مفيدة لشحن الموصلات كالمعادن بشرط وجود الموصل بدون تأريض (اتصال أرضي) لأن ذلك يفرّغ الشحنة.

يتم استخدام هذا المبدأ في شحن البطاريات (Batteries) حيث تتحوّل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة كهربائيّة، فيتم فيها انتقال الشحنات باتجاه واحد غير عكوس وبالتالي التيار الكهربائي الناتج هو تيار مستمر DC وليس متناوب AC والذي يعني انتقال الشحنات باتجاهين ذهاباً وإياباً.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "لماذا يحدث الشحن دومًا عبر انتقال الإلكترونات؟"؟