الشحنة الكهربائية

ما هي الشحنة الكهربائية؟

الشحنة الكهربائية خاصية أساسية تجعل الجسيمات تتجاذب أو تتنافر عبر القوة الكهرومغناطيسية. تظهر الشحنة بشكلين: موجبة (البروتونات) وسالبة (الإلكترونات)؛ وتتنافر الشحنات المتماثلة بينما تتجاذب المختلفة.

منذ تعديل النظام الدولي عام 2019، تُعرَّف الشحنة الكهربائية عبر القيمة الثابتة المحددة بدقة للشحنة الأولية (e)؛ وبذلك لم تعد وحدة الكولوم تعتمد على قياس غير مباشر، بل على ثابت طبيعي عالمي.

وحدة الشحنة الكهربائية في النظام الدولي: الكولوم

الكولوم هو الوحدة المشتقة للشحنة الكهربائية في النظام الدولي ويُرمز له بالحرف C؛ سُمّي تيمنًا بالفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغستين دو كولوم. ويساوي الكولوم الواحد الشحنة الإجمالية لنحو 6.242 × 10¹⁸ إلكترون.

يمكن اشتقاق الكولوم أيضًا من حاصل ضرب التيار (الأمبير) في الزمن (الثانية): Q = I × t. وتُظهر هذه العلاقة الارتباط المباشر بين الشحنة الكهربائية والتيار الكهربائي -- فمرور تيار مقداره 1 أمبير لمدة ثانية واحدة ينقل شحنة مقدارها 1 كولوم بالضبط.

الشحنة الأولية: أصغر وحدة شحنة في الكون

مقدار شحنة الإلكترون أو البروتون (بغض النظر عن الإشارة) هي أصغر وحدة شحنة رُصدت في الكون، وتُسمى "الشحنة الأولية" (e)؛ وتبلغ قيمتها نحو 1.602176634 × 10⁻¹⁹ كولوم.

جميع الشحنات الحرة المرصودة في الطبيعة هي مضاعفات صحيحة لهذه الشحنة الأولية (رغم أن بعض الجسيمات الأساسية كالكواركات تحمل شحنة كسرية، لكنها لا تُرصد أبدًا حرة) -- وتُعرف هذه الخاصية بـ"تكميم" الشحنة.

سعة البطارية والأمبير ساعة

تُذكر سعة البطاريات والمراكم عادة ليس بالكولوم، بل بالأمبير ساعة (Ah) أو الميلي أمبير ساعة (mAh)؛ وهي وحدة أكثر بداهة في الحياة اليومية. ويساوي 1 أمبير ساعة 3600 كولوم بالضبط.

يمكن لبطارية هاتف ذكي بسعة "4000 mAh" نظريًا توفير تيار مقداره 1 أمبير لمدة 4 ساعات (أو 4000 مليأمبير لمدة ساعة واحدة) -- وتعتمد مدة الاستخدام الفعلية على استهلاك الجهاز للطاقة.

الكهرباء الساكنة وتراكم الشحنة

الكهرباء الساكنة اختلال في توازن الشحنة ينشأ عند انتقال الإلكترونات من سطح إلى آخر أثناء احتكاك مادتين مختلفتين؛ وهذا سبب الصدمة الكهربائية الصغيرة التي يشعر بها المرء في الشتاء عند لمس مقبض باب.

تقع الشحنات الساكنة عادة في نطاق الميكروكولوم أو النانوكولوم فقط، لكنها قد تقابل جهودًا مرتفعة جدًا (تصل أحيانًا إلى آلاف الفولتات)، لأن السعة منخفضة جدًا (وفق العلاقة U = Q/C).

حفظ الشحنة الكهربائية

حفظ الشحنة الكهربائية أحد أهم قوانين الحفظ الأساسية في الفيزياء: تبقى الشحنة الكلية لنظام مغلق ثابتة، ولا يمكن استحداثها أو إفناؤها، بل نقلها فقط من مكان إلى آخر.

يشكّل هذا المبدأ أساس الحسابات في مجالات كثيرة، من التفاعلات الكهروكيميائية (البطاريات، التحليل الكهربائي) إلى تجارب التصادم في فيزياء الجسيمات.

البدء الأسرع

إذا كنت تبحث عن تحويل مباشر، ابدأ من قائمة التحويلات الشائعة في أعلى الصفحة. وإذا كنت تريد توسيع التصفح خارج هذه الفئة، فانتقل إلى بوابة كل التحويلات أو راجع معجم الوحدات في هذه الصفحة.