المكشاف الكهربائي: التاريخ ، كيف يعمل ، ما الغرض منه - دوداس - 2026

و المكشاف الكهربائي هو جهاز يستخدم للكشف عن وجود شحنات كهربائية على الأشياء القريبة. يشير أيضًا إلى علامة الشحنة الكهربائية ؛ أي إذا كانت شحنة سالبة أو موجبة. تتكون هذه الأداة من قضيب معدني محصور داخل زجاجة زجاجية.

يحتوي هذا القضيب على صفيحتين معدنيتين رفيعتين للغاية (ذهبية أو ألمنيوم) متصلتين في الجزء السفلي منه. في المقابل ، يتم إغلاق هذا الهيكل بغطاء مصنوع من مادة عازلة ، وفي الطرف العلوي له كرة صغيرة تسمى "المجمع".

عند الاقتراب من جسم مشحون كهربائيًا إلى المكشاف الكهربائي ، يمكن ملاحظة نوعين من التفاعلات بواسطة الصفائح المعدنية الموجودة في الطرف السفلي من التكوين: إذا تم فصل الصفائح عن بعضها البعض ، فهذا يعني أن الجسم له نفس الشحنة الكهربائية من المكشاف الكهربائي.

من ناحية أخرى ، إذا اجتمعت الصفائح ، فهذا يدل على أن الجسم به شحنة كهربائية معاكسة لشحنة المكشاف الكهربائي. المفتاح هو شحن المكشاف الكهربائي بشحنة كهربائية ذات علامة معروفة ؛ وبالتالي ، من خلال التخلص ، سيكون من المجدي استنتاج علامة الشحنة الكهربائية للكائن الذي نحضره إلى الجهاز.

تعتبر المجهرات الكهربائية مفيدة للغاية في تحديد ما إذا كان الجسم مشحونًا كهربائيًا ، بالإضافة إلى تقديم أدلة حول علامة الشحنة وشدة الشحنة.

التاريخ

تم اختراع المكشاف الكهربائي من قبل الطبيب والفيزيائي الإنجليزي ويليام جيلبرت ، الذي عمل فيزيائيًا للملكية الإنجليزية في عهد الملكة إليزابيث الأولى.

يُعرف جيلبرت أيضًا باسم "أبو الكهرومغناطيسية والكهرباء" بفضل مساهماته العظيمة في العلوم خلال القرن السابع عشر. قام ببناء أول مكشاف كهربائي معروف في عام 1600 ، من أجل تعميق تجاربه على الشحنات الكهروستاتيكية.

أول مكشاف كهربائي ، يسمى فيرسوريوم ، كان عبارة عن جهاز مكون من إبرة معدنية تدور بحرية على قاعدة.

كان تكوين الصفيحة مشابهًا جدًا لتكوين إبرة البوصلة ، ولكن في هذه الحالة لم تكن الإبرة ممغنطة. كانت نهايات الإبرة متمايزة بصريًا عن بعضها البعض ؛ علاوة على ذلك ، كان أحد طرفي الإبرة موجب الشحنة والآخر سالب الشحنة.

استندت آلية عمل الصفيحة على الشحنات المستحثة في نهايات الإبرة ، من خلال الحث الكهروستاتيكي. وبالتالي ، اعتمادًا على نهاية الإبرة الأقرب إلى الكائن المجاور ، سيكون رد فعل هذه النهاية هو توجيه الجسم بالإبرة أو صده.

إذا كان الجسم مشحونًا بشكل إيجابي ، فإن الشحنات المتحركة السالبة على المعدن ستنجذب نحو الجسم ، وستشير النهاية السالبة الشحنة نحو الجسم مما يؤدي إلى رد الفعل في النسخ.

خلاف ذلك ، إذا كان الجسم مشحونًا بشحنة سالبة ، فسيكون القطب الذي ينجذب إلى الجسم هو الطرف الموجب للإبرة.

تطور

في منتصف عام 1782 ، قام الفيزيائي الإيطالي البارز أليساندرو فولتا (1745-1827) ببناء المكشاف الكهربائي للتكثيف ، والذي كان له حساسية مهمة للكشف عن الشحنات الكهربائية التي لم تكتشفها المكشافات الكهربائية في ذلك الوقت.

ومع ذلك ، فإن أعظم تقدم في المكشاف الكهربائي جاء من يد عالم الرياضيات والفلك الألماني يوهان جوتليب فريدريش فون بونينبيرغر (1765-1831) ، الذي اخترع المكشاف الكهربائي ذو الرقائق الذهبية.

إن تكوين هذا المكشاف الكهربائي مشابه جدًا للهيكل المعروف اليوم: يتكون الجهاز من جرس زجاجي به كرة معدنية في الأعلى.

في المقابل ، تم توصيل هذه الكرة من خلال موصل إلى لوحتين رفيعتين من الذهب. انفصلت "الأرغفة الذهبية" أو انضمت إلى بعضها البعض عندما اقترب جسم مشحون إلكتروستاتيكيًا.

كيف يعمل؟

المكشاف الكهربائي هو جهاز يستخدم للكشف عن الكهرباء الساكنة في الأجسام القريبة ، مع الاستفادة من ظاهرة فصل الصفائح الداخلية بسبب التنافر الكهروستاتيكي.

يمكن أن تتراكم الكهرباء الساكنة على السطح الخارجي لأي جسم ، إما عن طريق الشحن الطبيعي أو عن طريق الفرك.

تم تصميم المكشاف الكهربائي لاكتشاف وجود هذه الأنواع من الشحنات ، بسبب انتقال الإلكترونات من الأسطح المشحونة بشدة إلى الأسطح الأقل شحنة كهربائية. علاوة على ذلك ، اعتمادًا على تفاعل الصفائح ، يمكن أن توفر أيضًا فكرة عن حجم الشحنة الكهروستاتيكية للجسم المحيط.

تعمل الكرة الموجودة في الجزء العلوي من المكشاف الكهربائي ككيان مستقبِل للشحنة الكهربائية لموضوع الدراسة.

عن طريق تقريب الجسم المشحون كهربائيًا من المكشاف الكهربائي ، فإنه يكتسب نفس الشحنة الكهربائية مثل الجسم ؛ أي ، إذا اقتربنا من جسم مشحون كهربائيًا بعلامة موجبة ، فسيكتسب المكشاف الكهربائي نفس الشحنة.

إذا كان المكشاف الكهربائي مشحونًا مسبقًا بشحنة كهربائية معروفة ، فسيحدث ما يلي:

- إذا كان للجسم نفس الشحنة ، فإن الصفائح المعدنية الموجودة داخل المكشاف الكهربائي ستنفصل عن بعضها البعض ، حيث سيتنافر كلاهما.

- في المقابل ، إذا كان الجسم يحتوي على شحنة معاكسة ، فإن الصفائح المعدنية الموجودة في أسفل الزجاجة ستبقى متصلة ببعضها البعض.

يجب أن تكون الصفائح الموجودة داخل المكشاف الكهربائي خفيفة جدًا ، بحيث يتم موازنة وزنها بفعل القوى الكهروستاتيكية الطاردة. وبالتالي ، من خلال تحريك موضوع الدراسة بعيدًا عن المكشاف الكهربائي ، ستفقد الصفائح استقطابها وستعود إلى حالتها الطبيعية (مغلقة).

كيف يتم شحنها كهربائيا؟

حقيقة شحن المكشاف الكهربائي أمر ضروري حتى نتمكن من تحديد طبيعة الشحنة الكهربائية للكائن الذي سنقترب منه بالجهاز. إذا كانت الشحنة الموجودة على المكشاف الكهربائي غير معروفة مسبقًا ، فسيكون من المستحيل تحديد ما إذا كانت الشحنة الموجودة على الجسم مساوية لتلك الشحنة أم معاكسة لها.

قبل شحن المكشاف الكهربائي ، يجب أن يكون في حالة محايدة ؛ أي مع نفس عدد البروتونات والإلكترونات بالداخل. لهذا السبب ، يُقترح توصيل المكشاف الكهربائي بالأرض قبل الشحن ، لضمان حيادية شحنة الجهاز.

يمكن تفريغ المكشاف الكهربائي عن طريق لمسه بجسم معدني ، بحيث يقوم الأخير بتصريف الشحنة الكهربائية داخل المكشاف على الأرض.

هناك طريقتان لشحن المكشاف قبل اختباره. فيما يلي تفاصيل الجوانب الأكثر صلة بكل من هذه.

حثي

يتعلق الأمر بشحن المكشاف الكهربائي دون الاتصال المباشر به ؛ أي ، الاقتراب فقط من كائن معروف شحنته في المجال المستقبل.

عن طريق الاتصال

عن طريق ملامسة الكرة المستقبلة من المكشاف الكهربائي مباشرة بجسم معروف الشحنة.

لما هذا؟

تستخدم المجهرات الكهربائية لتحديد ما إذا كان الجسم مشحونًا كهربائيًا ، ولتمييز ما إذا كان لديه شحنة سالبة أو موجبة. حاليًا ، تُستخدم المجاهر الكهربائية في المجال التجريبي ، للتعبير عن استخدامها في الكشف عن الشحنات الكهروستاتيكية في الأجسام المشحونة كهربائيًا.

ومن أبرز وظائف المجهرات ما يلي:

- الكشف عن الشحنات الكهربائية على الأجسام القريبة. إذا كان المكشاف الكهربائي يتفاعل مع اقتراب الجسم ، فذلك لأن الأخير مشحون كهربائيًا.

- تمييز نوع الشحنة الكهربائية التي تمتلكها الأجسام المشحونة كهربائيًا ، عند تقييم فتح أو إغلاق الصفائح المعدنية للمكشاف الكهربائي ، اعتمادًا على الشحنة الكهربية الأولية للمكشاف الكهربائي.

- يستخدم المكشاف الكهربائي أيضًا لقياس الإشعاع من البيئة في حالة وجود مادة مشعة حولها ، بسبب نفس مبدأ الحث الكهروستاتيكي.

- يمكن أيضًا استخدام هذا الجهاز لقياس كمية الأيونات الموجودة في الهواء ، من خلال تقييم سرعة شحن وتفريغ المكشاف الكهربائي داخل مجال كهربائي متحكم فيه.

تستخدم المجاهر الكهربائية اليوم على نطاق واسع في الممارسات المختبرية في المدارس والجامعات ، لتظهر للطلاب من مختلف المستويات التعليمية استخدام هذا الجهاز ككاشف شحنة كهروستاتيكية.

كيف تصنع منظار كهربائي محلي الصنع؟

من السهل جدًا صنع مكشاف كهربائي محلي الصنع. يتم الحصول على العناصر الضرورية بسهولة ويتم تجميع المكشاف الكهربائي بسرعة كبيرة.

المدرجة أدناه هي الأدوات والمواد اللازمة لبناء مكشاف كهربائي محلي الصنع في 7 خطوات سهلة:

- قنينة زجاجية. يجب أن تكون نظيفة وجافة جدًا.

- فلين لإغلاق الزجاجة بإحكام.

- سلك نحاسي قياس 14.

- كماشة.

- مقص.

- رقائق.

- مسطرة.

- بالون.

- قطعة قماش صوفية.

معالجة

الخطوة 1

اقطع السلك النحاسي حتى تحصل على مقطع أطول بحوالي 20 سم من طول الحاوية.

الخطوة 2

قم بلف أحد طرفي السلك النحاسي ، مما يجعل نوعًا من الحلزوني. هذا الجزء سيكون بمثابة مجال الكشف عن الشحنة الكهروستاتيكية.

هذه الخطوة مهمة للغاية ، لأن الحلزون سيسهل انتقال الإلكترونات من جسم الدراسة إلى المكشاف الكهربائي ، نظرًا لوجود مساحة سطح أكبر.

الخطوه 3

مر عبر الفلين بالأسلاك النحاسية. تأكد من أن الجزء المجعد باتجاه الجزء العلوي من المكشاف الكهربائي.

الخطوة 4

قم بعمل انحناء طفيف عند الطرف السفلي من السلك النحاسي ، على شكل حرف L.

الخطوة الخامسة

قطع ورقتي الألمنيوم إلى مثلثات يبلغ طولها حوالي 3 سم. من المهم أن يكون كلا المثلثين متطابقين.

تأكد من أن الصفائح صغيرة بما يكفي حتى لا تتلامس مع الجدران الداخلية للزجاجة.

الخطوة 6

قم بتضمين فتحة صغيرة في الزاوية العلوية لكل رقاقة وأدخل قطعتين من الألومنيوم في الطرف السفلي من السلك النحاسي.

حاول الحفاظ على صفائح القصدير ناعمة قدر الإمكان. إذا انكسرت مثلثات الألومنيوم أو تجعدت كثيرًا ، فمن الأفضل تكرار العينات حتى يتم الحصول على التأثير المطلوب.

الخطوة 7

ضع الفلين على الحافة العلوية للزجاجة ، بحذر شديد حتى لا تتلف رقائق الألمنيوم أو تضيع المجموعة المصنوعة.

من المهم للغاية أن تكون كلا الصفيحتين على اتصال عند إغلاق الحاوية. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسيتعين عليك تعديل ثني السلك النحاسي حتى تلامس الأوراق بعضها البعض.

اختبر المكشاف الكهربائي

لإثبات ذلك ، يمكنك تطبيق المفاهيم النظرية الموضحة مسبقًا في المقالة ، كما هو مفصل أدناه:

- تأكد من عدم شحن المكشاف الكهربائي: للقيام بذلك ، المسه بقضيب معدني للتخلص من أي شحنة متبقية على الجهاز.

- شحن جسم كهربائيًا: افرك بالونًا على قطعة قماش صوفية لشحن سطح البالون بشحنة كهروستاتيكية.

- تقريب الجسم المشحون من اللولب النحاسي: بهذه الممارسة ، سيتم شحن المكشاف الكهربائي عن طريق الحث ، وسيتم نقل الإلكترونات من الكرة الأرضية إلى المكشاف الكهربائي.

- راقب تفاعل الألواح المعدنية: مثلثات رقائق الألومنيوم ستبتعد عن بعضها البعض ، لأن كلا الصفيحتين تشتركان في شحنة بنفس العلامة (سالبة في هذه الحالة).

حاول إجراء هذا النوع من الاختبار في الأيام الجافة ، حيث تميل الرطوبة إلى التأثير على هذا النوع من التجارب المنزلية لأنها تجعل من الصعب على الإلكترونات الانتقال من سطح إلى آخر.

المراجع

1. كاستيلو ، ف. (سادس). ما هو المكشاف الكهربائي: التاريخ والأنواع والوظيفة والأجزاء. تم الاسترجاع من: parquesirve.tv
2. كيفية عمل مكشاف كهربائي (بدون تاريخ). تم الاسترجاع من: es.wikihow.com
3. كيف يعمل المكشاف الكهربائي (2017). تم الاسترجاع من: como-funciona.co
4. مكشاف أوراق الذهب (بدون تاريخ). تم الاسترجاع من: museocabrerapinto.es
5. المكشاف الكهربائي (2010). تم الاسترجاع من: radioelectronica.es
6. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2018). مكشاف كهربائي. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org
7. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2016). مخزن. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org