ما هي الشحنات الكهربائية؟

الشحنات الكهربائية

الشحنات الكهربائية (بالإنجليزية: electrical charges) هي الوحدة الفيزيائية الأساسية التي تعطي المادة القدرة على التأثر بالمجال الكهربائي أو المغناطيسي أو الكهرومغناطيسي، وتتواجد الشحنات الكهربائية في الذرات كوحدات منفصلة عن بعضها البعض، وعند ازدياد عددها تزداد الشحنة، ومن الجدير بالذكر، أن الشحنة الكهربائية كغيرها من المواد، لا يمكن أن تفنى أو أن تستحدث، فهي كمية محفوظة.^[١]

أنواع الشحنات الكهربائية

تتواجد الشحنات الكهربائية بنوعين، الشحنات الموجبة والشحنات السالبة، وتأتي هذه الشحنات من الأجسام دون الذرية المشحونة كهربائياً، حيث إن البروتونات تمتلك شحنة موجبة، والإلكترونات تمتلك شحنة سالبة، أما النيوترونات فهي غير مشحونة كهربائياً، وبالتالي لا تؤثر على الشحنة الكهربائية الكلية للذرة.^[٢]

بالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة أعداد كل من البروتونات إلى الإلكترونات هي التي تحدد الشحنة الكهربائية للذرة، فإن فاقت أعداد البروتونات أعداد الإلكترونات، تكون الشحنة موجبة، وإن فاقت أعداد الإلكترونات أعداد البروتونات تكون الذرة سالبة، وإن تساوت أعدادهما تكون الذرة متعادلة الشحنة، فالشحنات الكهربائية هي كمية تراكمية، أي تعتمد وتتأثر بنوعية الشحنات الكهربائية المتواجدة في الجسم وعلى أثرها التراكمي الكلّي.^[٢]

ومن الجدير بالذكر، أن الشحنات الكهربائية تسمح للمادة بالتأثر بالمجال الكهربائي، وتولد تأثيراً بين الجسيمات المشحونة، ولهذا التأثير نوعان، أولهما هو التجاذب، والذي يحدث بين الشحنات المتضادة، أي أن الجسيمات سالبة الشحنة تتجاذب نحو الجسيمات موجبة الشحنة، أما التأثير الثاني فهو التنافر، والذي يتولد بين الجسيمات متماثلة الشحنة، حيث تتنافر الجسيمات موجبة الشحنة عن بعضها بعضاً، وكذلك الحال بالنسبة للجسيمات سالبة الشحنة.^[٢]

وحدة الشحنات الكهربائية

تقاس الشحنات الكهربائية بوحدة الكلومب (بالإنجليزية: colomb)، بحيث أن الكولومب الواحد هو مقدار الشحنات الكهربائية التي تتحرك في مقطع موصل في الثانية الواحدة، ويتم التعبير عنها رياضياً من خلال معادلتين، وفيما يلي توضيح لكل منهما:^[٣]

المعادلة الأولى:

Q = I / T، حيث إن:

• Q تمثل الشحنة الكهربائية.
• I تمثل التيار الكهربائي.
• T تمثل الزمن المستغرق في الثانية.
• تصبح المعادلة: الشحنة الكهربائية= التيار الكهربائي / الزمن.

أما المعادلة الثانية، فهي:^[٣]

Q =N*E، حيث إن:

• Q تمثل الشحنة الكهربائية.
• N تمثل عدد الإلكترونات.
• T تمثل الشحنة الكهربائية للإلكترون الواحد والتي تبلغ 1.6 × 10^-19كولومب.
• تصبح المعادلة: الشحنة الكهربائية= عدد الإلكترونات * شحنة الإلكترون.

ومن الجدير بالذكر، أن المعادلة الأولى تستخدم رياضياً عند قياس الشحنة الكهربائية كمياً من خلال معرفة التيار الكهربائي الناتج عن انتقال وتحرك الشحنات في مقطع موصل للكهرباء، أما المعادلة فتستخدم عندما تقاس الشحنة الكهربائية عددياً اعتماداً على عدد الإلكترونات وشحنتها، بالإضافة إلى ذلك، يتم قياس الشحنة الكهربائية السالبة في كل من المعادلتين، يعود ذلك لكون الإلكترونات هي الجسيمات دون الذرية التي تتحرك في التيارات الكهربائية والتي تسبب مجالاً كهربائياً، كما أنها هي الأجسام التي تتأثر بالمجال المغناطيسي أيضاً.^[٣]