قانون حفظ الشحنات الكهربائية

مقال حول قانون حفظ الشحنات الكهربائية

كل مادة في الكون تتكون من ذرات. تتكون الذرات من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. البروتون موجب الشحنة، والإلكترونات سالبة الشحنة، والنيوترونات متعادلة الشحنة. داخل الذرة، يوجد عدد من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. إذا كان عدد الإلكترونات مساويًا لعدد البروتونات، فإن الشحنة الكهربائية الكلية للذرة تساوي صفرًا، وتكون الذرات في هذه الحالة متعادلة كهربائيًا. أما إذا كان عدد الإلكترونات أكبر من عدد البروتونات، فإن الذرة تصبح سالبة الشحنة. وإذا كان عدد الإلكترونات أقل من عدد البروتونات، فإن الذرة تصبح موجبة الشحنة.

تتكون كل مادة من ذرات، فإذا كان عدد الإلكترونات في الذرات المكونة لجسم ما مساوياً لعدد البروتونات، فإن الجسم يكون متعادلاً وغير مشحون. وعلى العكس، إذا كان عدد الإلكترونات في الذرات أكبر من عدد البروتونات، فإن الجسم يكون مشحوناً بشحنة سالبة. وبالمثل، إذا كان عدد الإلكترونات في الذرات أقل من عدد البروتونات، فإن الجسم يكون مشحوناً بشحنة موجبة.

العديد من الأشياء الموجودة في حياتنا اليومية متعادلة كهربائياً. ومع ذلك، يمكن تحويل هذه الأشياء إلى أجسام مشحونة كهربائياً. يمكن تحويل الأشياء المتعادلة إلى مشحونة كهربائياً عن طريق الاحتكاك أو الحث. في طريقة الاحتكاك، يتم ملامسة الأجسام المراد شحنها كهربائياً بأجسام أخرى.

على العكس من ذلك، في طريقة الحث، لا تتلامس الأجسام المشحونة كهربائياً، بل تكون قريبة فقط من أجسام أخرى مشحونة كهربائياً.

يتحول البلاستيك المتعادل كهربائيًا إلى مادة مشحونة كهربائيًا بعد فركه بشعر جاف. والدليل على ذلك هو قضيبان بلاستيكيان تم فركهما مسبقًا بشعر جاف، حيث يتنافران. يتنافران لأن كليهما يحمل شحنة متشابهة. وكما هو موضح في موضوع الشحنة الكهربائية، وبناءً على نصيحة بنجامين فرانكلين (1706-1790)، تُحدد الشحنة الكهربائية للبلاستيك على أنها سالبة. البلاستيك مشحون سالبًا لأن عدد الإلكترونات فيه يفوق عدد البروتونات. في حالة البلاستيك المتعادل، يمكن استنتاج أن فائض الإلكترونات فيه يأتي من الشعر. تنتقل الإلكترونات من الشعر إلى البلاستيك أثناء الاحتكاك بينهما. الشعر متعادل كهربائيًا في البداية، لذا عندما تنتقل الإلكترونات إلى البلاستيك، يفقد الشعر الإلكترونات والبروتونات الزائدة. يصبح البلاستيك مشحونًا سالبًا، ويصبح الشعر مشحونًا موجبًا.

لا تُفقد الشحنة أثناء الاحتكاك؛ فالشحنة لا تتولد أثناء الاحتكاك، بل ما يحدث هو انتقال الشحنة. يصبح البلاستيك مشحونًا بشحنة سالبة، ويصبح الشعر مشحونًا بشحنة موجبة.

ينص قانون حفظ الشحنات الكهربائية على أنه في نظام مغلق، لا تُستحدث الشحنات الكهربائية ولا تُفنى، بل تنتقل فقط من جسم إلى آخر. ويكون صافي كمية الشحنة الكهربائية الناتجة في أي عملية صفرًا.

عندما يُشحن جسم ما بشحنة موجبة، يُشحن جسم آخر في الوقت نفسه بشحنة سالبة، مع تساوي الشحنات الكلية لكليهما. يُوضح النظام المغلق المذكور أعلاه كما يلي. على سبيل المثال، عند احتكاك البلاستيك بالشعر، يُفترض أن انتقال الشحنة الكهربائية يقتصر على البلاستيك والشعر فقط، دون أن يشمل الهواء.