نشاط عملي يوّضح كيفية توليد شرارة كهربائية

2011 الطقس والمناخ

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية توليد شرارة كهربائية شرارة كهربائية الفيزياء

الأهداف:

1- إعادة تمثيل الظروف التي يتجه فيها البرق نحو الأرض.

2- صنع صاعقة اصطناعية.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– غطاء أو ملاءة من البلاستيك

– شريط لاصق

– قفازات مطاطية

– وعاء حديدي أو فولاذي (غير الألمنيوم) مزود بمقبض بلاستيكي

– شوكة حديدية أو فولاذية

– مسطرة من البلاستيك

 

خطوات العمل:

1- ثبت الغطاء البلاستيكي (الملاءة) بواسطة الشريط اللاصق على سطح طاولة.

2– ارتدِ القفازين المطاطيين.

3- امسك الوعاء من قبضته وافركه بقوة على الغطاء البلاستيكي.

4- امسك الشوكة بيدك الثانية وقرّب شعبيها نحو قاعدة الوعاء. عندما تصبح المسافة بين الوعاء والشوكة قصيرة، ينبغي أن تنطلق بينهما شرارة صغيرة من الكهرباء الساكنة.

5- كرر التجربة واستخدم هذه المرة مسطرة بلاستيكية.

 

بعد أن جربت الشوكة حاول توليد شرارة بمواد أخرى كرقاقة قصدير (إلى الأسفل) ووعاء معدني ثان.

بإمكانك إجراء التجربة بطريقة معكوسة، وذلك بدلك الشوكة على غطاء البلاستيك ومن ثم ملامستها للوعاء. هل تلاحظ أي فرق في حجم الشرارة؟

هل يؤثر مقدار الدلك أو الحك على غطاء البلاستيك في حجم الشرارة والمسافة التي تنطلق فيها الشرارة نحو الشوكة؟

تستطيع اختبار ذلك بعدّ المرات التي تدلك فيها الوعاء مقارنة مع حجم الشرر المتولد.

 

تحليل النشاط:

عند دلك الوعاء جيئة وذهاباً على غطاء البلاستيك يصبح الوعاء مشحوناً بالكهرباء الساكنة التي تتحرر أو تتفرغ لدى اقتراب أداة تأريض، كالشوكة الفولاذية.

تقوم بعض المواد بتوصيل الكهرباء أفضل من غيرها. وتنجذب الصواعق إلى هذه الموصِّلات قبل أن تصيب مواد أخرى، لذلك تُصنع مانعات الصواعق دائماً من المعدن، فهي تبعد الصاعقة عن المباني وتحفظها من حدوث الأضرار.

يساعد المطر في أغلب الأحيان رجال الإطفاء على إخماد الحرائق المندلعة في الغابات وغيرها من الأماكن، لكن بعض العواصف الرعدية لا تساعد على إخماد الحرائق، بل إنها في الحقيقة تشعل الحرائق.

 

تحدث هذه العواصف بشكل رئيس في غرب الولايات المتحدة وتسمى عواصف رعدية جافة. إن الرطوبة (مستوى الرطوبة في الهواء) في هذه المنطقة تكون منخفضة في معظم الأحيان لدرجة أن الأمطار التي تهطل أثناء العاصفة الرعدية تتبخر (تتحول إلى الحالة الغازية) قبل وصولها إلى الأرض.

تدعى هذه الأمطار المتبخرة «الشهاب المائي». تهب العواصف غالباً في المناطق العليا فوق الأرض مع طبقة ضخمة من الهواء الجاف جداً بين قعر الغيمة والأرض يساعد هذا الهواء الجاف الشهاب المائي على التبخر.

مع أن المطر لا يتمكن من الوصول إلى الأرض إلا أن البرق الذي يحصل بفعل الغيوم يستطيع الوصول إلى الأرض. إذا كانت الغابات جافة فإن البرق يستطيع إشعال الحرائق.

 

كما أن عدم هطول المطر يعني عدم وجود مساعدة طبيعية لإخماد الحرائق. يشتعل 75 ألف حريق في الغابات كل عام في الولايات المتحدة بسبب ضربات الصواعق.

تضرب الصاعقة المكان ذاته في معظم الأحيان أكثر من مرة واحدة. فعلى سبيل المثال، تتعرض ناطحة السحاب «إمباير ستيت» في مدينة نيويورك لضرب الصواعق حوالي 500 مرة كل سنة.

إن أكثر مكان آمن خلال ضربة الصاعقة هو داخل السيارة، والسبب في ذلك أن الكهرباء تمرّ عبر هيكل السيارة المعدني وتنتقل بشكل آمن إلى الأرض، أما أقل الأماكن أمناً خلال العاصفة الرعدية فيكون وسط حقل مكشوف.

 

كما يجب ألا تحتمي من العاصفة أبداً بالوقوف تحت شجرة أيضاً، فالشجرة تؤدي وظيفة موصّل ممتاز للكهرباء لأنها غالباً تكون أطول جسم موجود في الحقل المكشوف.

ومن أجل تخفيف مخاطر الإصابة بالبرق من الأفضل الوقوف بعيداً عن الأشخاص الآخرين والجثوم أو الانحناء أقرب ما يمكن من الأرض وإبقاء الرأس منخفضاً والمحافظة على مقاربة القدمين من بعضهما البعض.

 

كما أن الاستلقاء أو التمدد ببسط الذراعين والرجلين يقلل من فرص التحول إلى هدف لضربة الصاعقة.

وقد أصيب بعض الناس أيضاً بالصواعق وهم داخل منازلهم لأن الصواعق تستطيع عبور المداخن أو الفجوات الموجودة في السقف.

 

ما العمل إذا لم أتمكن من مشاهدة الشرارة؟

إن شرارة الكهرباء الساكنة التي تولدها بهذه الطريقة هي صغيرة جداً. ستتمكن من رؤيتها بشكل أفضل إذا أسدلت الستائر أو أجريت التجربة في غرفة معتمة.

 

نصائح للسلامة !

يجب أن تلبس قفازين مطاطيين لأن الوعاء سيحتفظ بالشحنة الكهربائية. حاول استخدام وعاء أو مقلاة لها مقبض عازل.

 

الطوابق العالية

تتعرض الزرافات في عالم الحيوان إلى ضرب الصواعق أكثر من باقي الحيوانات لأن الزرافات طويلة جداً، كما أن الزرافات تنتقل ضمن مجموعات، وهذا ما يزيد فرصة تعرضها لضربات الصواعق.

لكن الزرافات ليست الحيوانات الوحيدة المعرضة للخطر، ففي العام 2000 نفق سبعة أفيال بضربة صاعقة واحدة في محمية ”كروغر“ الوطنية بجنوب إفريقيا.

وتتعرض الحيوانات ذات القوائم الأربع أيضاً لضربات الصواعق القاتلة.

إذا كان الحيوان يقف بالقرب من أرض تضربها صاعقة فإن الكهرباء ستنشر في الأرض وتنتقل إلى قوائم الحيوان، وتستطيع هذه الصعقة الكهربائية إيقاف قلب الحيوان وقتله.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]