الدرس 1 : طرق التكهرب الثلاث (الدلك، اللمس، والتأثير) وتفسير انتقال الإلكترونات

## 1. وضعية الانطلاق والمفاهيم الأساسية أهلاً بكم أبنائي وبناتي تلاميذ السنة الرابعة متوسط (4AM) في رحلة التميز نحو شهادة التعليم المتوسط (BEM). بصفتي مفتشاً ومربياً، أؤكد لكم أن وحدة الظواهر الكهربائية تمثل حجر الأساس في امتحان الفيزياء، وغالباً ما تفتح الباب نحو العلامة الكاملة. نبدأ اليوم بالدرس الأول: طرق التكهرب الثلاث وتفسير انتقال الإلكترونات. نلاحظ في حياتنا اليومية ظواهر مذهلة؛ فمثلاً عند نزع الصوف عن جسمك في غرفة مظلمة في فصل الشتاء، تسمع فرقعة وترى شرارات خفيفة، أو عندما تقرب مسطرة بلاستيكية (Plastique) دلكت بقطعة صوف من قصاصات ورق صغيرة، فإنها تجذبها. هذه الظاهرة تسمى في الفيزياء التكهرب (Électrisation). التكهرب هو ظاهرة يتم من خلالها إكتساب الأجسام لشحنات كهربائية (Charges électriques) نتيجة دلكها أو لمسها أو التأثير عليها بجسم مشحون آخر. وتنقسم الشحنات الكهربائية في الطبيعة إلى نوعين أساسيين لا ثالث لهما: - شحنة كهربائية موجبة ($+$) (Charge positive). - شحنة كهربائية سالبة ($-$) (Charge négative). لكي نفهم من أين تأتي هذه الشحنات، يجب أن نغوص داخل بنية المادة (Structure de la matière). تتكون ذرة المادة من نواة مركزية تحمل شحنات موجبة وتدور حولها إلكترونات (Électrons) حرة أو مرتبطة تحمل شحنات سالبة. في الظواهر الكهربائية التي ندرسها، الجسم الوحيد القابل للحركة والانتقال من جسم إلى آخر هو الإلكترون (Électron). فالبروتونات (Protons) داخل النواة مستقرة وثابتة ولا تغادر مكانها أبداً. وعليه، عندما يفقد الجسم إلكترونات فإنه يصبح حاملاً لشحنة موجبة ($+$) لأنه أصبح يحتوي على فائض من البروتونات بالنسبة للإلكترونات المتبقية، وعندما يكتسب الجسم إلكترونات فإنه يصبح حاملاً لشحنة سالبة ($-$) بسبب فائض الإلكترونات المكتسبة. --- ## 2. القوانين والتفسيرات الفيزيائية مع البراهين لكي نتمكن من حل تمارين شهادة التعليم المتوسط بدقة، يجب أن نضبط بدقة الميكانيزم المجهري لانتقال الإلكترونات في كل ظاهرة من طرق التكهرب الثلاث: ### التكهرب بالدلك عند دلك جسمين ببعضهما (مثل قضيب إيبونيت (Ébonite) بقطعة صوف (Laine)، أو قضيب زجاج (Verre) بقطعة حرير (Soie))، يحدث احتكاك مجهري يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من أحد الجسمين إلى الجسم الآخر. - في حالة الإيبونيت والصوف: تنتقل الإلكترونات من قطعة الصوف إلى قضيب الإيبونيت. وبما أن الإيبونيت اكتسب إلكترونات، فإنه يصبح مشحوناً بشحنة سالبة ($-$)، بينما تصبح قطعة الصوف مشحونة بشحنة موجبة ($+$). - في حالة الزجاج والحرير: تنتقل الإلكترونات من قضيب الزجاج إلى قطعة الحرير. وبما أن الزجاج فقد إلكترونات، فإنه يصبح مشحوناً بشحنة موجبة ($+$)، بينما تصبح قطعة الحرير مشحونة بشحنة سالبة ($-$). ### التكهرب باللمس يحدث عندما يلامس جسم مشحون (مثل قضيب إيبونيت سالب) جسماً آخر متعادلاً كهربائياً (مثل كشّاف كهربائي أو كرية نواس معدنية مغلفة بورق الألمنيوم). - التفسير المجهري: عند اللمس المباشر، يحدث انتقال للإلكترونات عبر نقطة التلامس. إذا كان القضيب سالباً، تنتقل بعض الإلكترونات الفائضة منه إلى الجسم المتعادل، فيكتسب هذا الأخير شحنة من نفس نوع شحنة الجسم المؤثر (أي شحنة سالبة). وإذا كان القضيب موجباً، فإن الإلكترونات تنتقل من الجسم المتعادل إلى القضيب الموجب لتعويض النقص، فيصبح الجسم المتعادل فاقداً للإلكترونات ومحسوماً بشحنة موجبة ($+$). إذن، في التكهرب باللمس، يكون الجسمان في نهاية المطاف حاملين لشحنتين من نفس الإشارة. ### التكهرب بالتأثير وهو الفرق الدقيق الذي يقع فيه الكثير من التلاميذ في شهادة التعليم المتوسط. في التكهرب بالتأثير، لا يوجد أي تلامس جسدي بين الجسم المؤثر والجسم المتأثر. - التفسير المجهري: نقرب جسماً مشحوناً (مثلاً قضيب إيبونيت سالب) من طرف جسم معدني متعادل غير ملامس له. تؤدي قوة التنافر الكهربائية بين شحنة القضيب والإلكترونات الحرة الموجودة داخل المعدن إلى هجرة أو إزاحة هذه الإلكترونات نحو الطرف البعيد للمعدن. نتيجة لذلك، يصبح الطرف القريب من القضيب فاقداً مؤقتاً للإلكترونات (حامل لشحنة موجبة ظاهرية)، بينما يصبح الطرف البعيد حاملاً لشحنة سالبة. - الخلاصة الهامة لـ BEM: التكهرب بالتأثير يولد شحنات متعاكسة على طرفي الجسم المتأثر، وتزول هذه الشحنات بمجرد إبعاد الجسم المؤثر (تأثير مؤقت ما لم يتم تأريض الجسم). --- ## 3. أمثلة وتطبيقات تجريبية وحسابية محلولة لنتأمل هذه التطبيقات المأخوذة من مواضيع امتحان شهادة التعليم المتوسط السابقة: ### التطبيق التجريبي الأول: نواس الكهرباء لدينا كرية نواس معدنية متعادلة كهربائياً ($Q = 0$). نقرب منها قضيباً من الزجاج دُلك جيداً بقطعة حرير دون أن يلامسها. 1. ما نوع شحنة الزجاج بعد الدلك؟ - بما أن الزجاج فقد إلكترونات لصالح الحرير، فشحنته موجبة ($+$). 2. ماذا تلاحظ على الكرية قبل اللمس؟ وما تفسير ذلك؟ - الملاحظة: تنحرف الكرية قليلاً نحو الزجاج. - التفسير: حدث تكهرب بالتأثير؛ حيث انجذبت الإلكترونات الحرة للكرية نحو الطرف القريب من الزجاج الموجب، فحدث تجاذب بين الشحنات المختلفة. ### التطبيق التجريبي الثاني: الكاشف الكهربائي نلمس قرص كاشف كهربائي متعادل بقضيب إيبونيت مشحون سالبًا. 1. صرح بما يحدث لورقتي الكاشف الكهربائي. - الملاحظة: تتباعد ورقتي الكاشف الكهربائي. - التفسير: حدث تكهرب باللمس، فانتقلت الإلكترونات السالبة من الإيبونيت عبر قرص الكاشف إلى الساق والورقتين. نتيجة لحمل الورقتين لنفس الشحنة السالبة ($-$)، يحدث تنافر كهربائي فتتباعدان. --- ## 4. تمرين نموذجي على طريقة شهادة التعليم المتوسط مع سلم التنقيط إليك وضعية إدماجية تحضيرية لامتحان شهادة التعليم المتوسط، مصحوبة بسلم تنقيط مفصل: ### النص: أجرى أستاذ العلوم الفيزيائية التجربة التالية في القسم أمام التلاميذ: أخذ قضيباً من الإيبونيت ($E$) ودلكه بقطعة من الصوف ($S$)، فأصبح القضيب ($E$) يحمل شحنة كهربائية سالبة. 1. فسر مجهرياً سبب حصول قضيب الإيبونيت على شحنة سالبة أثناء الدلك. (1,5 ن) 2. بعد ذلك، قام الأستاذ بتقريب قضيب الإيبونيت ($E$) المشحون من كرة معدنية متعادلة ($K$) مغلفة بورق الألمنيوم ومثبتة بخيط حريري، دون أن يلمسها. - أ. ما هي ظاهرة التكهرب الملاحظة في هذه الحالة؟ (0,5 ن) - ب. صف ماذا يحدث للكرية ($K$) لحظة التقريب مع التفسير المجهري. (2 ن) 3. إذا لامس قضيب الإيبونيت ($E$) الكرية ($K$) مباشرة، فما هي نوع الشحنة التي ستكتسبها الكرية؟ وما هو اسم هذه الظاهرة؟ (1 ن) --- ### التصحيح النموذجي وسلم التنقيط: 1. **تفسير سبب حصول الإيبونيت على شحنة سالبة:** - أثناء الدلك، تنتقل الإلكترونات الحرة من قطعة الصوف إلى قضيب الإيبونيت (01 ن). - وبما أن الإيبونيت اكتسب فائضاً من الإلكترونات، فقد أصبح يحمل شحنة سالبة (0,5 ن). 2. **أ. تسمية الظاهرة:** - ظاهرة التكهرب بالتأثير (0,5 ن). 3. **ب. وصف وتفسير ما يحدث للكرية ($K$) لحظة التقريب:** - الملاحظة: تنجذب الكرية ($K$) نحو قضيب الإيبونيت ($E$) وتلتصق به مؤقتاً (01 ن). - التفسير المجهري: أدى تقريب القضيب السالب إلى تنافر الإلكترونات الحرة للكرية نحو الطرف البعيد، وبقاء الطرف القريب حاملاً لشحنة موجبة ظاهرية، مما يسبب تجاذباً كهربائياً بين السالب والموجب (01 ن). 4. **تحديد الشحنة واسم الظاهرة عند اللمس:** - نوع الشحنة التي تكتسبها الكرية: شحنة سالبة ($-$) (0,5 ن). - اسم الظاهرة: التكهرب باللمس (0,5 ن). --- ## 5. ملخص الختام ونصائح المفتش لتفادي الأخطاء الشائعة أبنائي التلاميذ، لكي تضمنوا العلامة الكاملة في أسئلة التكهرب في شهادة التعليم المتوسط، إليكم هذه النصائح الذهبية من خبير الأوراق الامتحانية: 1. **الإلكترون هو الملك:** تذكر دائماً أنه في كل التفسيرات المجهرية، المتكلم الوحيد والمتحرك الوحيد هو الإلكترون ($-$). لا تذكر أبداً انتقال البروتونات أو النواة، فهذا خطأ علمي فادح يؤدي إلى ضياع كل نقاط السؤال. 2. **الفرق بين التأثير واللمس:** - في التأثير: لا يوجد تلامس، وتظهر شحنات متعاكسة على طرفي الجسم، والظاهرة مؤقتة. - في اللمس: يوجد تلامس مباشر، وينتقل الجسمان ليحملا نفس نوع الشحنة الكهربائية. 3. **الإيبونيت والزجاج كالأبيض والأسود:** احفظ جيداً أن الإيبونيت يكتسب دائماً إلكترونات (سالب)، بينما الزجاج يفقد إلكترونات (موجب) عند الدلك بالصوف والحرير على الترتيب. 4. **كتابة الإجابات العلمية:** استخدم المصطلحات الدقيقة مثل "انتقال الإلكترونات"، "فائض"، "نقصان"، "تنافر"، و"تجاذب"؛ فالمصحح في شهادة التعليم المتوسط يبحث عن هذه الكلمات المفتاحية ليمنحك العلامة الكاملة بكل سرور. بالتوفيق والنجاح الدائم في مشواركم الدراسي نحو شهادة التعليم المتوسط بمرتبة الشرف والامتياز.