مقدمة: لماذا نسلك الكهرباء؟

لماذا تُغلف أسلاك شواحن الهواتف بالبلاستيك بينما تصنع الأسلاك الداخلية من النحاس؟ ولماذا لا يمكنك شحن ملعقة معدنية بالدلك بينما تمسكها بيدك، في حين يمكنك شحن مسطرة بلاستيكية بسهولة؟

السر يكمن في "حرية الحركة". في هذا الدرس، سنغوص داخل المادة لنفهم سلوك الإلكترونات الذي يقسم المواد إلى موصلات وعوازل، وسنتعلم خدعة فيزيائية ذكية تمكننا من شحن الأجسام دون لمسها، وهي الشحن بالحث.

📚 1. الفرق الجوهري (نظرية الإلكترون للمادة):

يعتمد تصنيف المواد كهربائياً على مدى حرية حركة "إلكترونات التكافؤ" (الإلكترونات في المدارات الخارجية للذرة):

💡 2. تفريغ الشحنة (التأريض - Earthing):

التأريض هو وصل الجسم بالأرض لتفريغ شحنته الزائدة.

• في الموصلات: العملية سهلة جداً؛ لأن الإلكترونات حرة، فهي تتدفق من أو إلى الأرض فوراً ليعود الجسم متعادلاً.
• في العوازل: العملية صعبة وبطيئة لأن الشحنات مقيدة. يتم تفريغها غالباً عبر التسخين (تأيين الهواء) أو الرطوبة الجوية.

🧮 3. الشحن بالحث الكهربائي (Induction):

هو طريقة ذكية لشحن الموصلات دون ملامستها بالجسم المشحون، ويعتمد على مبدأ إعادة توزيع الشحنات.

أ) الحالة الأولى: شحن موصل واحد بشحنة مخالفة (باستخدام التأريض):

1. التقريب: نقرب قضيباً مشحوناً (مثلاً موجب $+ $) من الموصل المتعادل. تنجذب الإلكترونات السالبة للطرف القريب، وتبقى الشحنة الموجبة في الطرف البعيد.
2. التأريض: نصل الطرف البعيد بـ الأرض (بالإصبع). تصعد الإلكترونات من الأرض لتعادل الشحنة الموجبة في الطرف البعيد.
3. القطع: نقطع الاتصال بالأرض أولاً (لحبس الشحنة).
4. الإبعاد: نبعد القضيب المشحون. تتوزع الشحنة السالبة المكتسبة على الموصل.
5. النتيجة: يكتسب الموصل شحنة مخالفة لشحنة القضيب.

ب) الحالة الثانية: شحن موصلين متلامسين بشحنتين متساويتين ومختلفتين:

1. نضع كرتين معدنيتين (A و B) متلامسين ومعزولين.
2. نقرب قضيباً مشحوناً (سالب مثلاً) من الكرة A. تتنافر الإلكترونات وتهرب إلى الكرة البعيدة B، وتترك شحنة موجبة على A.
3. نفصل الكرتين عن بعضهما مع وجود القضيب.
4. النتيجة: الكرة A تصبح موجبة، والكرة B تصبح سالبة.

🚀 الفيزياء في حياتنا ومستقبلنا

تطبيقات عملية (Real World):

• شاشات اللمس (Capacitive Touch Screens): تعتمد شاشات الهواتف الحديثة على خاصية التوصيل الكهربائي لجسم الإنسان. عند لمس الشاشة، يغير إصبعك المجال الكهربائي في تلك النقطة، فيستجيب الجهاز. لهذا لا تعمل هذه الشاشات إذا كنت ترتدي قفازات صوفية (عازلة)!
• الطلاء الكهروستاتيكي: يتم شحن هيكل السيارة بشحنة، ورذاذ الطلاء بشحنة مخالفة، فينجذب الطلاء بقوة ويغطي كل الزوايا بانتظام دون هدر.

الدراسة المستقبلية (Future Studies):

هذا الدرس هو مدخلك لعلم الإلكترونيات (Electronics) وعلم المواد (Material Science). فهم الفرق بين الموصل والعازل قاد العلماء لاكتشاف "أشباه الموصلات" (Semiconductors) التي صُنعت منها الترانزستورات والرقائق الإلكترونية التي تشغل جهازك الآن.