مختبر الفيزياء

الأجسام المشحونة.

سؤال التجربة:

كيف يمكنك اختبار قدرة المواد على الاحتفاظ بالشحنات الموجبة والسالبة؟

التحليل:

1. لاحظ واستنتج. عندما قرّبت مواد مشحونة بعضها إلى بعض، هل لاحظت وجود قوة بين هذه المواد المشحونة؟ صِف هذه القوة.

نعم، إنها قوية بقدرٍ كافٍ لتحريك المسطرة.

2. صياغة النماذج. أنشئ رسماً لتوزيع الشحنة على المادتين لإحدى المحاولات، واستخدم الرسم لتوضيح لماذا أثرت المادتان إحداهما في الأخرى بتلك الطريقة خلال تجربتك.

يمكن أن يبين الرسم مسطرة معلّقة مرسوماً عليها شحنة سالبة تتنافر مع قضيب مطاطي مرسوم عليه شحنة سالبة أيضاً.

3. استخلص النتائج. أي المواد احتفظت بشحنة فائضة، وأيها لم تحتفظ بالشحنة جيداً؟

تحتفظ العوازل الجيدة – ومنها البلاستيك والمطاط – بالشحنة، أما الموصلات الجيدة – ومنها معظم الفلزات – فلا تحتفظ بها.

4. استخلص النتائج. أي المواد لها ميل لتشحن بشحنة سالبة، وأيها لها ميل لتشحن بشحنة موجبة؟

الصوف والزجاج والنايلون والحرير جميعها لها قابلية لتُشحن بشحنة موجبة، أما البوليسرتين والمطاط والبلاستيك فلها قابلية لتُشحن بشحنة سالبة.

5. فسّر البيانات. استخدم جدول بياناتك لتعد قائمة بالميول النسبية للمواد لتصبح موجبة الشحنة أو سالبة.

يمكن ترتيب عيّنة قائمة للمولد من الأكرب مي لتصبح سالبة إلى الأكبر مي لتصبح موجبة وفق التصنيف التالي: أنبوب PVC، غلاف طعام بلاستيكي، مسطرة بلاستيكية، مطاط، قطن، حرير، صوف، زجاج.

الاستنتاج والتطبيق:

1. وضّح المقصود بتعبير الشحنة الفائضة، وعدم التوازن في الشحنة عند الإشارة إلى الكهرباء الساكنة.

هناك جسيمات موجبة الشحنة في أجسام شحنتها الكلية سالبة، كما توجد جسيمات سالبة الشحنة في أجسام شحنتها الكلية موجبة، إذا كان لجسم أو مساحة معينة من جسم شحنة محصلة، فهذا يعني أن له أحد نوعي الشحنة بكمية أكبر من النوع الآخر.

2. هل تبقى الشحنة الفائضة في المادة أم تتبدّد مع مرور الوقت؟

على الرغم من أن الهواء عازل جيد للكهرباء، إلا أن بخار الماء الموجود في الهواء يُساعد على تفريغ الشحنة الكهربائية من المادة، لذا فإن المواد في التجرية تفقد شحنتها مع مرور الوقت.

3. هل يمكنك إكمال هذا النشاط باستخدام قضيب فلزي بدلاً من المسطرة البلاستيكية المعلّقة؟ وضّح إجابتك.

لا، فالمادة الموصلة، كالقضيب الفلزي، لا تحتفظ بالشحنة في موقع واحد، ولأن فصل الشحنات يحدث بسهولة بالحث في موصل متعادل، فإن القضيب الفلزي سينجذب إلى أي جسم مشحون، سواءً كان موجب الشحنة أو سالب الشحنة.

4. تستعمل الأغلفة البلاستيكية الشفافة لتغطية أوعية الطعام، فلماذا يلتصق الغلاف البلاستيكي الشفاف بعضه ببعض بعد سحبه عن أوعية الطعام التي كان يغطيها؟

عند سحب الغلاف البلاستيكي من لفافته، يحدث فيه عدم توازن للشحنة، وهذه العملية تشبه ما حدث عند سحبك شريطين لاصقين أحدهما عن الآخر، وهذا يؤدي إلى نشوء قوة تجاذب بني الأجزاء المختلفة للغلاف البلاستيكي.

التوسع في البحث:

راجع المعلومات في كتابك حول الكشاف الكهربائي، وأعِد تصميم النشاط على أن تستعمل الكشاف الكهربائي بدلاً من المسطرة البلاستيكية المعلّقة؛ لتفحص نوع الشحنة التي على الجسم.

يجب أن يعرف الطلاب كيف يشحنون كشافاً كهربائياً، وما إن يُشحن الكشاف الكهربائي بشحنة معلومة فإنه يتعني عليهم وصف حركة ورقتيه الناتجة عن تقريب أجسام مشحونة بشحنة مماثلة لشحنة الكشّاف مقارنة بحركتيهما الناتجة عن تقريب أجسام مشحونة بشحنة مخالفة لشحنة الكشّاف.

الفيزياء في الحياة:

للشاحنات غالباً حزام مطاطي أو سلسلة متدلية منها تتصل بسطح الطريق، لماذا؟

تساعد على تصريف الشحنات التي يمكن أن تتراكم عندما تتدحرج الإطارات على الطريق.