الوحدة الخامسة: الكهرباء السّكونيّة · الدرس الثالث: ظواهر مرتبطة بالكهرباء السّكونيّة

الشرارة الكهربائية والبرق

يفسّر حدوث الشرارة الكهربائية بانتقال الشحنات السالبة المتجمّعة على جسم عبر الهواء إلى جسم آخر، ويقارنها بحدوث البرق.

المحاكاة التفاعلية

محاكاة تفاعلية: جون والكهرباء الساكنة — من PhET

لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.

لا تعمل المحاكاة؟ افتحها في موقع PhET مباشرة

في كتابك

  • نشاط (٤): أحاكي البرق — الجزء الثاني، ص ٥٣

خطوات التجربة

  1. افتح المحاكاة. ترى جون واقفًا على سجّادة قرب باب له مقبض فلزّي.

  2. اسحب قدم جون يمينًا ويسارًا على السجّادة عدة مرات، وراقب الشحنات السالبة تتجمّع على جسمه. هذا يشبه تشغيل مولّد فان دي غراف حتى تتجمّع الشحنات على قبّته.

  3. اسحب يد جون ببطء نحو مقبض الباب، وراقب ما يحدث حين تقترب اليد من المقبض. هذا يشبه تقريب الكرة من القبّة في نشاط الكتاب.

  4. لاحظ الشرارة، ولاحظ ما حدث لعدد الشحنات على جسم جون بعدها.

  5. أبعد اليد عن المقبض، ثم كرّر الدلك مرات قليلة فقط وقرّب اليد. ثم كرّر الدلك مرات كثيرة وقرّب اليد. قارن: متى قفزت الشرارة من مسافة أبعد؟

  6. قارن ما شاهدته بحدوث البرق كما يطلب الكتاب: ما الذي يشبه السحابة، وما الذي يشبه الشرارة؟

الفكرة العلمية

حين يحتكّ حذاء جون بالسجّادة تنتقل إليه شحنات سالبة، فتتجمّع على جسمه وتبقى ساكنة فترة، وهذه كهرباء سكونيّة. والهواء لا يسمح للشحنات بالمرور بسهولة، لكن حين يقترب جسم مشحون كثيرًا من جسم فلزّي، تقفز الشحنات السالبة عبر الهواء دفعة واحدة، فتظهر شرارة كهربائية. وهذا ما رأيته بين مولّد فان دي غراف والكرة، وبين يد جون ومقبض الباب. والبرق شرارة قويّة جدًّا تنتج عن انتقال الشحنات السالبة بين سحابتين مشحونتين. وإذا انتقلت بين السحابة وجسم على الأرض سُمّيت صاعقة. لاحظ أن المحاكاة تستخدم شخصًا وسجّادة بدل مولّد فان دي غراف، لكن الظاهرة نفسها: تجمّع شحنات ثم تفريغها بشرارة.

قوّم نفسك

جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.

  1. من أين جاءت الشحنات السالبة التي تجمّعت على جسم جون؟

    • صنعها جسمه حين تحرّك
    • جاءت من مقبض الباب
    • انتقلت إليه من السجّادة بالدلك
    • جاءت من الهواء
    اعرض الإجابة

    ج) انتقلت إليه من السجّادة بالدلك

    الدلك ينقل الشحنات السالبة من جسم إلى آخر، وهنا انتقلت من السجّادة إلى قدم جون. والجسم لا يصنع الشحنات بحركته، وهذا خطأ شائع. أما المقبض فهو الذي تذهب إليه الشحنات بعد ذلك لا الذي تأتي منه.

  2. ماذا حدث لعدد الشحنات على جسم جون بعد الشرارة؟

    • زاد، لأن الشرارة أضافت شحنات
    • قلّ كثيرًا، لأن الشحنات انتقلت إلى المقبض
    • بقي كما هو
    • صارت الشحنات موجبة
    اعرض الإجابة

    ب) قلّ كثيرًا، لأن الشحنات انتقلت إلى المقبض

    الشرارة هي انتقال الشحنات السالبة المتجمّعة من الجسم إلى المقبض الفلزّي عبر الهواء، فيقلّ عددها على الجسم. ومن ظنّ أنها أضافت شحنات عكس اتّجاه الانتقال: الشرارة تفريغ للشحنات لا شحن.

  3. في المقارنة بالبرق، ماذا يشبه جسمُ جون المشحون؟

    • المطر
    • صوت الرعد
    • مانعة الصواعق
    • السحابة المشحونة
    اعرض الإجابة

    د) السحابة المشحونة

    جسم جون تتجمّع عليه الشحنات السالبة كما تتجمّع على السحابة، ثم تنتقل في شرارة كما ينتقل البرق. أما مانعة الصواعق فهي أداة تنقل الشحنات بأمان إلى الأرض، فهي أقرب إلى دور المقبض الفلزّي لا الجسم المشحون.

  4. دلكت القدم مرات قليلة ثم مرات كثيرة. متى قفزت الشرارة من مسافة أبعد؟ ولماذا؟

    اعرض الإجابة

    قفزت من مسافة أبعد بعد الدلك مرات كثيرة. فكثرة الدلك تجمع شحنات سالبة أكثر على الجسم، وكلّما كثرت الشحنات استطاعت أن تقفز عبر مسافة أطول من الهواء. أما بعد دلك قليل فيجب تقريب اليد كثيرًا حتى تحدث الشرارة.

  5. قد تشعر بلسعة خفيفة حين تلمس مقبض باب بعد المشي على سجّادة. فسّر ذلك بما رأيته في المحاكاة.

    اعرض الإجابة

    المشي على السجّادة يدلك الحذاء بها، فتتجمّع على جسمي شحنات سالبة. وحين تقترب يدي من المقبض الفلزّي تقفز هذه الشحنات إليه بشرارة صغيرة، فأشعر باللسعة. وهي شرارة صغيرة جدًّا تشبه البرق في طريقة حدوثها.