دورة أساسيات الكهرباء: استكشاف الظواهر الكهرستاتيكية
تهدف هذه المقالة إلى استكشاف ظاهرة الكهرباء وأجهزتها القياس والاختبار للإشارة الكهربائية. سنغطي في هذا الدرس مفهوم الكهرباء، وتاريخ اكتشافها، وكيفية توليدها عن طريق الاحتكاك واللمس والتأثير.
I- ظاهرة الكهرباء I- LE PHÉNOMÈNE D'ÉLECTRICITÉ
1- وجود الظاهرة 1- Existence du phénomène :
الكهرباء ليست اكتشافًا حديثًا. بل هي معروفة منذ عهد الإغريق! وكان الكهرمان الأصفر (الراتنج المتحجر) أحد العناصر التي سمحت لنا بهذا الاكتشاف. في الواقع، لوحظ أنه عند فرك قطعة من الكهرمان بجلد قطة، يمكن جذب الغبار أو نشارة الخشب الصغيرة بشكل عفوي. وقد لوحظت نفس الظاهرة مع قضيب زجاجي.
L'électricité n'est pas une découverte moderne. Elle est connue depuis les Grecs ! L'ambre jaune (résine fossilisée) fût l'un des éléments qui nous a permis cette découverte. En effet, on observait qu'en frottant une baguette d'ambre avec une peau de chat, on pouvait attirer spontanément des poussières ou des petits copeaux de sureau. On observait le même phénomène avec une baguette de verre.
قام المخترع بنيامين فرانكلين، من بين مخترعين آخرين للصواعق، بإجراء تجارب أخرى وتحدث عن الكهرباء الموجبة والسالبة. وكانت أعماله متنوعة وشكلت أساسًا للباحثين المستقبليين. تحققت العديد من التطورات بفضل رجال مثل أليساندرو فولتا وأندريه ماري أمبير ومايكل فاراداي.
Inventeur entre autres du paratonnerre, Benjamin FRANKLIN fît d'autres expériences et parla d'électricité positive et négative. Ses travaux furent variés et servirent de base aux futurs chercheurs. De nombreux progrès furent possibles grâce à des hommes comme Alessandro Volta, André-Marie Ampère, Michael Faraday...
- التكهرب - Électrisation :
لنأخذ قضيبًا من الراتنج (كهرمان أصفر = إلكترون باللغة اليونانية) ونفركه بقطعة من الصوف؛ يكتسب القضيب خاصية جذب الأجسام الخفيفة مثل قصاصات الورق أو الكرات الصغيرة من لب الخشب. ويقال إن قضيب الراتنج قد كهرب، وهناك تكهرب للراتنج (الشكل 1).
Prenons un bâton de résine (ambre jaune = élektron en grec) et frottons le avec un morceau de laine ; le bâton acquiert la propriété d'attirer les corps légers comme les confétis de papier ou des petites sphères de moelle de sureau. On dit que le bâton de résine s'est électrisé, il y a électrisation de la résine (figure 1).
الشكل 1
2- التكهرب بالاحتكاك 2- Électrisation par frottement :
إذا كررنا التجربة بقضيب من النحاس ممسوك باليد، فلن نلاحظ أي تأثير على الأجسام الخفيفة. ولكن إذا اتخذنا الحذر بالإمساك بقطعة النحاس بمقبض زجاجي، فإن التكهرب يظهر.
Répétons l'expérience avec un bâton de cuivre tenu à la main, nous n'observons plus aucune action sur les corps légers. Si nous prenons la précaution de tenir le morceau de cuivre par un manche de verre, l'électrisation apparaît.
- الشرح - Explication :
بشكل عام، يمكن لجميع الأجسام أن تتكهرب بالاحتكاك، ولكن يجب تصنيفها إلى مجموعتين:
- تلك التي تتصرف مثل الراتنج حيث تظل الشحنة الكهربائية متمركزة على جزء الجسم المحتك. تحتوي هذه المجموعة على جميع الأجسام التي نسميها العوازل؛ الراتنج والزجاج والإيبونيت والكبريت ... إلخ.
D'une façon générale, tous les corps peuvent s'électriser par frottement, mais il faut les classer en deux groupes :
- Ceux qui se comportent comme la résine dont la charge électrique reste localisée sur la partie du corps frotté. Ce groupe contient tous les corps que nous appelons les isolants ; résine, verre, ébonite, soufre...
- تلك التي تتصرف مثل النحاس حيث تنتقل الشحنة الكهربائية على طول الجسم المحتك. في هذه الحالة، تنتقل هذه الشحنة على طول قضيب النحاس، وعبر جسم المجرب، وتعود إلى الأرض. يظهر التكهرب فقط إذا تم الإمساك بها بواسطة مقبض عازل؛ تحتوي هذه المجموعة على جميع الأجسام التي نسميها الموصلات: المعادن، الجرافيت...
- Ceux qui se comportent comme le cuivre dont la charge électrique se déplace le long du corps frotté. Dans ce cas cette charge a circulé le long du bâton de cuivre, a traversé le corps de l'expérimentateur et est retournée à la terre. L'électrisation n'apparaît que s'ils sont tenus par un manche isolant; ce groupe contient tous les corps que nous appelons les conducteurs : métaux, graphite...
عندما لا يكون الجسم مكهربًا، يقال إنه في حالة متعادلة.
Quand un corps n'est pas électrisé, il est dit à l'état neutre.
3- التكهرب بالتماس 3- Électrisation par contact :
نعلق كرة صغيرة من لب الخشب بخيط من الحرير. نقرب قضيب زجاجي مكهرب من كرة لب الخشب ونلاحظ ما يلي:
- تنجذب كرة لب الخشب (الشكل 2أ).
Nous suspendons une petite balle de moelle de sureau à un fil de soie. Approchons un bâton de verre électrisé de la balle de sureau et observons :
- La balle de sureau est attirée (figure 2a).
الشكل 2أ
- تتلامس الكرة مع قضيب الزجاج (الشكل 2ب).
- Elle vient en contact avec le bâton de verre (figure 2b)
الشكل 2ب
- ثم يتم دفعها بواسطة نفس القضيب (الشكل 2ج).
-Elle est ensuite repoussée par ce même bâton (figure 2c).
الشكل 2ج
الآن نقرب قضيب راتنج مكهرب:
- تنجذب كرة لب الخشب (الشكل 2د).
Approchons maintenant un bâton de résine électrisé :
- La balle de sureau est attirée (figure 2d).
الشكل 2د
- الشرح - Explication :
كانت كرة لب الخشب في حالة متعادلة في بداية التجربة. لقد تكهربت عند ملامسة قضيب الزجاج واكتسبت شحنة كهربائية. هناك تكهرب عن طريق التلامس.
قضيب الزجاج والكرة، الآن لديهما نفس الشحنة الكهربائية، فهما يتنافران. يقال إن لديهما نفس الإشارة.
La balle de sureau était à l'état neutre au départ de l'expérience. Elle s'est électrisée au contact du bâton de verre et à acquit une charge électrique. Il y a électrisation par contact. Le bâton de verre et la balle étant maintenant de même charge électrique, ils se repoussent. On dit qu'ils sont de même signe.
عند تقريب قضيب الراتنج، تنجذب كرة لب الخشب لأنها تحمل شحنة كهربائية مختلفة عن شحنة قضيب الراتنج. يقال إن لهما إشارات متعاكسة.
A l'approche du bâton de résine la balle de sureau est attirée parce qu'elle est de charge électrique différente du bâton de résine. On dit qu'ils sont de signes contraires.
الخلاصة Conclusion:
هناك نوعان من الكهرباء:
- أحدهما يشبه ذلك الناتج على الزجاج ويسمى موجب (+).
- والآخر يشبه ذلك الناتج على الراتنج ويسمى سالب (-).
- الشحنات من نفس العلامة تتنافر.
- الشحنات ذات العلامات المتعاكسة تتجاذب.
Il y a deux espèces d'électricité :
- l'une semblable à celle produite sur le verre est appelée positive (+).
- l'autre semblable à celle produite sur la résine est appelée négative (-).
- Les charges de mêmes signes se repoussent.
- Les charges de signes contraires s'attirent.
4- التكهرب بالتأثير 4- Électrisation par influence :
لنقرب مادة عازلة من جسم مشحون بشحنة موجبة. ستجذب الشحنات الموجبة الزائدة في الجسم المشحون الموجب إلكترونات العازل التي ستتركز في الجزء الأقرب إلى الجسم (الشكل 3أ).
Approchons un isolant d'un corps chargé positivement. Les charges positives en excès du corps chargé positivement vont attirer les électrons de l'isolant qui vont se concentrer sur la partie la plus proche du corps (figure 3a).
الشكل 3أ
هناك تكهرب.
Il y a électrisation