كيف نرى "غير المرئي"؟

الكهرباء الساكنة قوة خفية لا تُرى بالعين المجردة، لكن هل يمكننا "رؤية" تأثيرها وقياسه؟

هنا يأتي دور الكشاف الكهربائي (The Electroscope). هذا الجهاز البسيط هو عين الفيزيائي التي تكشف عن وجود الشحنات، وتحدد نوعها. من التجارب المدرسية البسيطة إلى قياس الإشعاع النووي في المفاعلات، تظل مبادئ عمل هذا الجهاز واحدة وأساسية لفهم عالم الكهرباء.

📚 1. مما يتركب الكشاف الكهربائي؟

يعتمد الكشاف في عمله على مبدأ التنافر بين الشحنات المتماثلة. يتكون من:

• القرص المعدني (القبعة): لاستقبال الشحنة المؤثرة.
• الساق المعدنية: موصل جيد ينقل الشحنة من القرص إلى الورقتين.
• الورقة الذهبية: وهي الجزء الأهم. تُصنع من الذهب أو الألومنيوم لتكون رقيقة وخفيفة جداً، مما يجعلها حساسة لأقل قوة تنافر كهربائية.
• الغلاف (وعاء زجاجي): وظيفته حماية الورقة الحساسة من التيارات الهوائية التي قد تؤثر على حركتها، وعزل النظام كهربائياً.

💡 2. استخدامات الكشاف (كيف يعمل؟):

أ) الكشف عن وجود شحنة:
عند تقريب جسم مشحون من القرص، يحدث تنافر للشحنات المشابهة نحو الورقة، فتنفرج الورقة مبتعدة عن الصفيحة. (انفراج الورقة = الجسم مشحون).

ب) تحديد نوع الشحنة (الاختبار):
للقيام بذلك، يجب أن يكون الكشاف مشحوناً مسبقاً بشحنة معلومة (مثلاً سالبة).

• إذا زاد الانفراج: الجسم المقرب يحمل شحنة مشابهة (سالبة).
• إذا قل الانفراج: الجسم المقرب يحمل شحنة مخالفة (موجبة).

القاعدة الذهبية: زيادة التنافر (الانفراج) هي الدليل القاطع الوحيد على تشابه الشحنات.

🧮 3. كيف نشحن الكشاف بالحث؟

للحصول على شحنة دائمة ومخالفة للمؤثر، نتبع الخطوات التالية بدقة:

1. التقريب: نقرب قضيباً مشحوناً (سالب مثلاً) من القرص. تنفر الإلكترونات إلى الورقة فتنفرج.
2. التأريض: نصل القرص بالأرض (بلمسه بالإصبع) مع بقاء القضيب. الإلكترونات المتنافرة تهرب إلى الأرض، فتنطبق الورقة.
3. الفصل: نقطع الاتصال بالأرض (نرفع الإصبع) أولاً، والقضيب لا يزال موجوداً (لحبس الشحنة الموجبة المتبقية).
4. الإبعاد: نبعد القضيب المؤثر. تتوزع الشحنة الموجبة على كامل الكشاف، فتنفرج الورقة مجدداً.

النتيجة: كشاف مشحون بشحنة موجبة (عكس القضيب السالب).

🚀 الفيزياء في حياتنا ومستقبلنا

الكشاف الكهربائي ليس مجرد أداة تاريخية، بل هو الأساس لتطبيقات متطورة:

1. مقياس الجرعة الإشعاعية (Dosimeter):

في المحطات النووية، يرتدي الموظفون جهازاً صغيراً (قلم) هو في الواقع كشاف كهربائي دقيق مشحون. عند التعرض للإشعاع، يتأين الهواء داخل الكشاف ويصبح موصلاً، فتتسرب الشحنة ويقل الانفراج. مقدار هذا النقص يحدد بدقة كمية الإشعاع الخطرة التي تعرض لها الجسم.

2. حماية الإلكترونيات (ESD Protection):

الرقائق الإلكترونية (Microchips) تدمرها الكهرباء الساكنة بسهولة. تُستخدم أجهزة استشعار متطورة (تطوير رقمي للكشاف) في المصانع لمراقبة الشحنات على ملابس العمال وتفريغها قبل لمس المكونات الحساسة.

3. الفولتميتر الكهروستاتيكي:

يستخدم لقياس الجهود الكهربائية العالية جداً (آلاف الفولتات) في محطات الطاقة، حيث يعتمد على قوة التنافر الكهربائي للقياس دون استهلاك أي تيار من الدائرة، مما يجعله مثالياً للقياسات الدقيقة.