البرق والكهرباء – الشحنات الكهربائية الساكنة والمتحركة

البرق والكهرباء (Lightning and electricity) ظاهرتان رائعتان تتقاطعان مع اتساع كوننا بقوة لا تُحصى. اليوم يسمح لنا العلم أخيرًا برفع الحجاب عن هذه الظواهر. من خلال فهم العلاقة بين البرق والكهرباء، يمكننا استيعاب الطاقة الكهربائية الساكنة الهائلة التي تتحرك عبر السحب والتي تعتبر إحدى الركائز الأساسية التي يقوم عليها عالمنا الحديث. هذا المقال سيأخذنا عبر ارتفاعات العواصف الرعدية وتعقيدات الشحنات الكهربائية، مما يسمح لنا بفهم أفضل للعالم الكهرومغناطيسي والطبيعة النشطة من حولنا.

العلاقة بين البرق والكهرباء

الكهرباء والبرق ظاهرتان مترابطتان بشكل وثيق، لكنهما متميزتان ، تشتركان في مجموعة من الأصول المشتركة في عالم الكهرومغناطيسية. لفهم علاقتهم العميقة، من الضروري الخوض في الآليات الأساسية التي تحكم هذه الظواهر الكهربائية الطبيعية.

طبيعة الكهرباء – Electricity

قبل استكشاف علاقتها، من الضروري فهم ماهية الكهرباء في حد ذاتها. الكهرباء هي نوع من أنواع الطاقة الناتجة عن حركة الجسيمات المشحونة، مثل الإلكترونات ، عبر موصل. يمكن توليدها بطرق مختلفة ، مثل الاحتكاك (كهرباء ساكنة) أو فرق الجهد الكهربائي (التيار الكهربائي).

تكوين البرق

البرق في السحب الرعدية عندما تتراكم كمية كبيرة من الشحنات الكهربائية كبيرة. ترفع عمليات الحمل الحراري قطرات الماء وبلورات الجليد وجزيئات الغبار إلى السحابة، مما يؤدي إلى فصل الشحنات. تتجمع الجسيمات ذات الشحنات الموجبة عمومًا باتجاه قمة السحابة، بينما تتجمع الشحنات السالبة باتجاه القاعدة، ينتج عن كل برق وشرارة كهربائية بقوة ضخمة في السماء وتدفقها إلى الأرض.

التفريغ الكهربائي

عندما يصبح فصل الشحنات مكثفًا بدرجة كافية ، فإنه يخلق مجالًا كهربائيًا قويًا بين السحابة وسطح الأرض. عندما يتجاوز هذا المجال الكهربائي القدرة العازلة للهواء ، يحدث تفريغ كهربائي ، مما يؤدي إلى حدوث البرق. عادة ما يكون هذا التفريغ سلبيًا بطبيعته، ويخرج من السحابة ويتجه نحو الأرض.

القناة المؤينة 

ينشئ البرق قناة بلازما عالية التأين ، أي مسار موصل بين السحابة والأرض. توفر هذه القناة المتأينة المسار الأقل مقاومة للشحنات السالبة للانتقال بسرعة وأمان بين النقطتين.

تفريغ البرق 

تتضمن عملية تفريغ البرق حركة هائلة للشحنات الكهربائية على طول القناة المتأينة. يولد تدفق الشحنات الكهربائية تيارًا كهربائيًا قويًا للغاية ، قادرًا على الوصول إلى عشرات الآلاف من الأمبيرات. هذا التيار مسؤول عن الآثار المدمرة للصواعق على كل شيء يلمسه ، من الأشجار إلى المباني إلى الكائنات الحية.

كل من البرق والكهرباء التي نراها في حياتنا اليومية هي مظاهر طبيعية لنفس الظاهرة الأساسية: حركة شحنات كهربائية. على الرغم من أن البرق أكثر قوة ودراماتيكية ، فإن المبادئ الأساسية للكهرباء التي تخلقه تشبه تلك المستخدمة في شبكات الطاقة والإلكترونيات والمعدات.

هل البرق كهرباء ساكنة؟

ترتبط الكهرباء الساكنة بشكل فعال بالشحنات الكهربائية الثابتة والمتراكمة على الأشياء، غالبًا بسبب الاحتكاك أو التلامس مع مادة أخرى. يمكن أن يتسبب هذا في اختلاف الجهد الكهربائي بين الأجسام المشحونة، ولكن لا توجد حركة للشحنات على طول مسار موصل.

البرق، من ناحية أخرى، هو ظاهرة كهربائية متحركة تحدث في السحب الرعدية. ينتج عن تراكم الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة داخل السحابة، أو بين السحابة وسطح الأرض. عندما يصبح فرق الجهد الكهربائي عالياً بدرجة كافية ، يحدث تفريغ كهربائي مفاجئ ، مما ينتج عنه وميض من الضوء وتيار كهربائي قوي يتدفق بسرعة على طول قناة متأينة.

الفرق بين الكهرباء الساكنة و التيار الكهربائي

هما شكلان مختلفان من الكهرباء، ولكل منهما خصائص مميزة. فيما يلي الاختلافات الرئيسية بين الكهرباء الساكنة والكهرباء الديناميكية (التيار):

– تشير الكهرباء الساكنة إلى تراكم شحنات كهربائية ثابتة، تتولد هذه الشحنات عادةً عن طريق الاحتكاك أو الفصل أو التلامس بين مادتين مختلفتين. عندما يتم إنشاء هذه الشحنات، فإنها تظل في مكانها ولا تتدفق.

– الكهرباء المتحركة، أو التيار الكهربائي، هي تدفق مستمر للشحنات الكهربائية عبر دائرة كهربائية. تكون في حركة مستمرة على طول مسار موصل، مثل الأسلاك النحاسية.  عندما يتدفق التيار عبر دائرة ، فإنه يولد تأثيرات مغناطيسية وحرارية ، مما يسمح بتشغيل العديد من الأجهزة الكهربائية.

– إقرأ أيضا:
فيزياء الكهرباء الساكنة.
خصائص الكهرباء الساكنة.

البرق كمصدر للطاقة المتجددة

غالبًا ما تُعتبر إمكانات كهرباء البرق واستغلاله كمصدر للطاقة المتجددة أمرًا صعبًا، إن لم يكن مستحيلًا، ولكن لا ينبغي الاستهانة بتأثير التطورات التكنولوجية. حيث كان تحليل وفهم ظاهرة البرق في السابق يبدو بعيد المنال ، أثار التقدم في الكشف عن التفريغ الكهربائي وتطوير طرق تخزين أكثر كفاءة اهتمامًا جديدًا بهذه الفكرة الجريئة. على الرغم من استمرار وجود تحديات كبيرة، مثل الموقع الجغرافي المحدود للعواصف وتكاليف التنفيذ، فإن استكشاف مصدر الطاقة هذا يمكن أن يكمل في النهاية مزيج الطاقة لدينا من خلال دمج التقنيات المبتكرة لتلبية احتياجات الطاقة المستقبلية.

خاتمة

البرق والكهرباء ظاهرتان متصلتان ارتباطًا وثيقًا تكشفان أسرار الكهرومغناطيسية في كوننا. البرق ، ككهرباء ديناميكية ، يذهلنا بقوته المذهلة ومضاته المبهرة. من ناحية أخرى ، تذكرنا الكهرباء الساكنة، الموجودة في حياتنا اليومية، بتعقيدات الشحنات الكهربائية الثابتة. يتيح لنا فهم العلاقة بين هذين الشكلين من الكهرباء أن نفهم بشكل أفضل القوى الطبيعية التي تحيط بنا والتطبيقات العملية التي تعزز حياتنا. ,على الرغم من أن فكرة استخدام البرق كمصدر للطاقة المتجددة تمثل تحديات، إلا أن التطورات التكنولوجية المستمرة تفتح آفاقًا رائعة للمستقبل.