إلكتروفوروس

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
إلكتروفوروس من القرن التاسع عشر.

في الكهرومغناطيسية ، يُعدّ الإلكتروفوروس مولدًا بسيطًا يدويًا يعمل بالسعة الكهربائية ، ويُستخدم لإنتاج الشحنة عبر عملية الحث الكهروستاتيكي . اخترع البروفيسور السويدي يوهان كارل ويلكه النسخة الأولى منه عام 1762. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ثم قام العالم الإيطالي أليساندرو فولتا بتحسين الجهاز ونشره عام 1775، [ 5 ] ويُنسب إليه أحيانًا، خطأً، اختراعه. [ 6 ] [ 7 ] وقد صاغ فولتا كلمة "إلكتروفوروس " من الكلمتين اليونانيتين ήλεκτρον ( إلكترون) و φορεύς ( فوريوس) ، وتعنيان "حامل الكهرباء". [ 8 ]

الوصف والتشغيل

يوضح الشكل الشحنة المستحثة على الصفيحة قبل التأريض.
تأريض الإلكتروفوروس عن طريق لمسه.

يتكون جهاز التوليد الكهربائي من صفيحة عازلة (كانت في الأصل عبارة عن "قرص" من مادة راتنجية مثل القار أو الشمع، ولكن في الإصدارات الحديثة يُستخدم البلاستيك) وصفيحة معدنية بمقبض عازل. [ 9 ] تُشحن الصفيحة العازلة أولاً بفعل التأثير الكهروستاتيكي عن طريق فركها بالفرو أو القماش. ولتوضيح ذلك، تخيل أن المادة العازلة تكتسب شحنة سالبة عند الفرك، كما هو موضح في الرسم التوضيحي أدناه. ثم توضع الصفيحة المعدنية فوق الصفيحة العازلة. لا تنقل المادة العازلة جزءًا كبيرًا من شحنتها السطحية إلى المعدن نظرًا لضعف التلامس المجهري. بدلاً من ذلك، يتسبب المجال الكهروستاتيكي للمادة العازلة المشحونة في فصل الشحنات في الصفيحة المعدنية. فتتكون منطقتان مشحونتان - تنجذب الشحنات الموجبة في الصفيحة إلى الجانب المواجه للأسفل باتجاه المادة العازلة، مما يشحنها بشحنة موجبة، بينما تتنافر الشحنات السالبة إلى الجانب المواجه للأعلى، مما يشحنها بشحنة سالبة، وتبقى الصفيحة متعادلة كهربائيًا ككل. بعد ذلك، يُؤرض الجانب المواجه للأعلى مؤقتًا (ويمكن القيام بذلك عن طريق لمسه بإصبع)، مما يؤدي إلى تفريغ الشحنة السالبة. وأخيرًا، يتم رفع الصفيحة المعدنية، التي تحمل الآن إشارة واحدة فقط للشحنة (موجبة في مثالنا). [ 4 ]

بما أن الشحنة على العازل لا تُستنفد في هذه العملية، يمكن استخدام الشحنة على الصفيحة المعدنية في التجارب، على سبيل المثال عن طريق ملامستها لموصلات معدنية للسماح بتفريغ الشحنة، ثم تُعاد الصفيحة المعدنية غير المشحونة إلى العازل وتُكرر العملية للحصول على شحنة أخرى. يمكن تكرار ذلك حسب الرغبة، لذا من حيث المبدأ، يمكن الحصول على كمية غير محدودة من الشحنة المستحثة من شحنة واحدة على العازل. لهذا السبب أطلق فولتا عليها اسم "إلكتروفورو بيربيتيو " (حامل الكهرباء الدائم). [ 10 ] في الاستخدام الفعلي، ستتسرب الشحنة على العازل في النهاية (في غضون أيام قليلة على الأكثر) عبر سطح الكعكة أو الغلاف الجوي لتتحد مع الشحنات المعاكسة المحيطة بها لاستعادة التعادل.

بُني أحد أكبر نماذج جهاز التفريغ الكهربائي عام 1777 على يد العالم الألماني جورج كريستوف ليشتنبرغ . [ 8 ] كان قطره 6 أقدام (حوالي 183 سنتيمترًا)، وكانت الصفيحة المعدنية تُرفع وتُخفض بواسطة نظام بكرات. ويُقال إنه كان قادرًا على إنتاج  شرارات بطول 15 بوصة (38 سنتيمترًا). استخدم ليشتنبرغ تفريغاته الكهربائية لإنشاء علامات غريبة تشبه الأشجار تُعرف باسم أشكال ليشتنبرغ .

مصدر الشحنة

الحفاظ على الشحنة أثناء استخدام جهاز الفصل الكهربائي.

الشحنة في الكون محفوظة. يقوم جهاز الفصل الكهربائي ببساطة بفصل الشحنات الموجبة والسالبة. تستقر الشحنة الموجبة أو السالبة على الصفيحة المعدنية (أو أي موصل تخزين آخر)، بينما تُخزن الشحنة المعاكسة في جسم آخر بعد التأريض (في الأرض أو في جسم الشخص الذي يلمس الصفيحة المعدنية). يتطلب هذا الفصل شغلاً، لأن أدنى حالة طاقة تعني وجود أجسام غير مشحونة. يُبذل الشغل برفع الصفيحة المعدنية المشحونة بعيدًا عن الصفيحة الراتنجية ذات الشحنة المعاكسة. تتحول هذه الطاقة الإضافية المُضافة إلى النظام إلى طاقة كامنة على شكل فصل للشحنات (الشحنات المعاكسة التي كانت موجودة في الأصل على الصفيحة)، لذا فإن رفع الصفيحة المعدنية يزيد فعليًا من جهدها بالنسبة للصفيحة العازلة.

وبالتالي فإن جهاز الحث الكهروستاتيكي هو في الواقع مولد كهروستاتيكي يعمل يدويًا ، ويستخدم نفس مبدأ الحث الكهروستاتيكي مثل آلة ويمشورست ومولد فان دي غراف . [ 4 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ للحصول على معلومات حول بحث ويلكى حول الكهربي (أو "المكثف القابل للتشريح")، راجع ويلكى، جون كارل (1762) " Ytterligare rön och försök om Contrira electriciteterne vid laddningen och därtil hörande delar " ("نتائج وتجارب إضافية حول الشحنات الكهربائية المتعارضة [التي يتم إنشاؤها] أثناء الشحن والأجزاء المتعلقة بها") في Kongliga Svenska Vetenskaps Academiens Handlingar (وقائع الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم)، المجلد. 23، ص 206-229، 245-266. أعيد طبعه باللغة الألمانية باسم: جون كارل ويلكى (1765) "Fernere Unter suchung von den entgegengesetzten Elecktricitäten bei der Ladung und den dazu gehörenden Theilen" (مزيد من التحقيق في الشحنات الكهربائية المتعارضة [التي يتم إنشاؤها] أثناء الشحن والأجزاء التابعة لها)، Der Königliche schwedischen Akademie der Wissenschaften، Abhandlungen aus der Naturlehre ، …، المجلد. 24 ، ص 213-235، 253-274.
  2. ↑ هيلبرون، جيه إل. الكهرباء في القرنين السابع عشر والثامن عشر: دراسة للفيزياء الحديثة المبكرة (بيركلي، كاليفورنيا: مطبعة جامعة كاليفورنيا، 1979)، ص 418-419
  3. ↑ بانكالدي، جوليانو (2003). فولتا، العلم والثقافة في عصر التنوير . مطبعة جامعة برينستون. ISBN 0-691-12226-1.ص 73
  4. ١ ٢ ٣ جونز، توماس ب. (يوليو ٢٠٠٧). "إلكتروفوروس وملحقاتها" . موقع توماس ب. جونز الإلكتروني . جامعة روتشستر. مؤرشف من الأصل في ١٦ ديسمبر ٢٠٠٧. تم الاطلاع عليه في ٢٧ ديسمبر ٢٠٠٧ .
  5. ^ بانكالدي 2003، ص 75 – 105
  6. ↑ لويس، نانسي د. "أليساندرو فولتا، حامل الكهرباء الدائم" . الكهرباء: ملخص للعلماء واكتشافاتهم . مؤرشف من الأصل في 11 ديسمبر 2007. تم الاطلاع عليه في 27 ديسمبر 2007 .
  7. ↑ "أليساندرو فولتا" . عالم السير الذاتية. مؤرشف من الأصل في 22 مايو 2006. تم الاطلاع عليه في 27 ديسمبر 2007 .
  8. 1 2 هاريس، ويليام سنو (1867). رسالة في الكهرباء الاحتكاكية من حيث النظرية والتطبيق . لندن: فيرتشو وشركاه. ص 86 . 
  9. ↑ فليمنج، جون أمبروز (1911). "إلكتروفوروس" . في تشيشولم، هيو (محرر). الموسوعة البريطانية . المجلد 9 ( الطبعة الحادية عشرة). مطبعة جامعة كامبريدج. ص 237؛ انظر السطرين السابع والثامن. كان جهاز الإلكتروفوروس الخاص به، في أحد أشكاله، عبارة عن قرص من مادة غير موصلة، مثل القار أو الراتنج، موضوع بين صفيحتين معدنيتين، إحداهما مزودة بمقبض عازل.    
  10. ↑ شيفر، مايكل برايان (2003). استنزف البرق: بنجامين فرانكلين والتكنولوجيا الكهربائية في عصر التنوير . مطبعة جامعة كاليفورنيا. ISBN 0-520-23802-8. الصفحات 55-57

مراجع