في هذه التجربة سنعمل ما قد يبدو مستحيلاً - فصل الملح عن الفلفل - من خليطهما - خلال بضع ثوان.
المواد والأدوات
- ملح
- فلفل
- صحن
- بالون (أو وعاء بلاستيكي له سطح عريض نسبياً)
- شَعَر (أو جارزة من الصوف الطبيعي)
مجرى التجربة
شاهدوا مجرى التجربة في الفيديو التالي:
التفسير
تتكوّن المواد التي نتعامل معها في حياتنا اليومية من جزيئات وذرات، وتتكوّن الذرة من إلكترونات ذات شحنة كهربائية سالبة تدور حول البروتونات ذات الشحنة الكهربائية الموجبة والموجودة في مركز الذرة. المواد التي نلمسها تكون عادة متوازنة كهربائياً، أي أن الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة فيها متساوية فتكون المادة غير مشحونة كهربائياً. تتكوّن الكهرباء الساكنة عند حكّ مادتين ببعضهما البعض، مثل الشعر والبلاستيك، حيث يؤدي التصاقهما ببعضهما وانفصالهما إلى "انتزاع" إلكترونات من إحداهما وانتقالها إلى المادة الأخرى. بهذه الطريقة تتكوّن شحنة كهربائية في كلتا المادتين - تُشحن المادة التي أضيفت إليها إلكترونات بشحنة سالبة بينما تشحن المادة التي انتُزعت منها الإلكترونات بشحنة موجبة.
تنجذب الشحنات الكهربائية المتعاكسة (الموجبة والسالبة) إلى بعضها البعض، بينما تتنافر الشحنات الكهربائية المتشابهة (السالبة مع السالبة أو الموجبة مع الموجبة). هذه الحقيقة تفسّرُ انجذاب الشعر إلى البالون بعد عملية الحكّ - ينتزع البالون إلكترونات من الشعر (يُشحن المطاط عادة بشحنة سالبة)،ويشحن بشحنة سالبة فيجذب إليه الشعرَ الذي يُشحن بشحنة موجبة. ولكن لماذا تنجذب الأشياء الصغيرة مثل الفلفل والملح إلى البالون؟ إنها غير مشحونة كهربائياً!
يمكن تفسير ذلك بواسطة ظاهرة الاستقطاب الكهربائي: عندما نقرّب بالوناً مطاطياً مشحوناً بكهرباء ساكنة إلى مادة أخرى، تمر هذه المادة بـ "استقطاب كهربائي"، كما يحدث للذرات والجزيئات، وذلك عن طريق عملية الحثّ - إذ تنتظم الإلكترونات التي في المادة وفقاً للقوة الكهربائية التي يؤثر بها البالون المشحون عليها. إذا كان البالون مشحوناً بشحنة كهربائية سالبة، فإن الإلكترونات التي في المادة التي يقترب البالون إليها تبتعد قليلاً نحو الاتجاه المعاكس فتصبح المادة مستقطبة، أي أن الجزء من المادة الذي يصبح فيه فائض نسبي من الإلكترونات هو الجزء البعيد عن البالون، بينما يكون الجزء الذي تنقصه إلكترونات (بشكل نسبي) قريباً من البالون وهو موجب الشحنة الكهربائية.
النتيجة هي تكوّن قوة تجاذب كهربائية تعمل بين البالون وبين المادة التي اقترب منها البالون (بين شحنة البالون الكهربائية وبين القطب الكهربائي القريب منه، والذي شحنته الكهربائية معاكسة لشحنة البالون). لهذا السبب تنجذب حبيبات الملح والفلفل إلى البالون. تتعلق قوة التجاذب الكهربائية بالمسافة - فهي تزداد عندما تقل المسافة - ولذلك تتغلب قوة التجاذب الكهربائية بين الشحنات السالبة التي في البالون وبين الشحنات الموجبة التي في الحبيبات على قوة التنافر الكهربائية التي تؤثر بها الشحنات السالبة البعيدة (التي في الحبيبات).
وهناك قوة أخرى - قوة الجاذبية إلى الكرة الأرضية والتي تجذب الحبيبات إلى الأسفل. بما أن كتلة حبيبات الفلفل أقل من كتلة حبيبات الملح تكون قوة جاذبية الكرة الأرضية العاملة عليها (أي على حبيبات الفلفل)، أصغر، فهي إذاً أخف، ولذلك تنجذب أولاً إلى الأعلى نحو البالون. وإذا قربنا البالون أكثر وأكثر إلى الخليط تزداد قوة الجذب الكهربائية - كما ذكر أعلاه، فهي تتعلق بالمسافة - وعندها ينجذب الملح أيضاً إلى البالون. أي أنه إذا أردنا القيام بفصل جيد بين الملح والفلفل، علينا أن نجد البعد الدقيق الذي يصعد فيه الفلفل لوحده إلى أعلى ويلتصق بالبالون بينما يبقى الملح في الصحن.
الترجمة للعربيّة: خالد مصالحة