المفاهيم الأساسية

الكيمياء

الضوء

الكهرباء الساكنة

الفلورية

مقدمة

هل تعلم أنه يمكن أن تحدث ظاهرة برق مصغرة في فمك حينما تقضم قطعة حلوى صلبة؟ ألن يكون من الرائع أن تتمكن من ملاحظة هذه الومضات الضوئية؟

ولربما كانت حلوى أقراص النعناع هي الأداة المُثلى التي نحتاج إليها لملاحظة هذه الظاهرة العلمية! اكسرها واكتشف ما الذي يجعل هذا الوميض مرئيًّا. كم شرارةً ترى؟

معلومات أساسية

البرق هو إطلاقٌ ضخمٌ للكهرباء الساكنة، وتبدأ هذه الظاهرة حينما تحتكُّ قطرات المطر المتجمدة بالهواء. ويمكن لعملية الاحتكاك هذه أن تتسبب في توليد الكهرباء الساكنة، التي تستطيع أحيانًا أن تقفز عبر الفجوات الهوائية، وهو ما يُطلَق عليه التفريغ، أو إطلاق الشرارات. وفي داخل السحب أو بينها وبين الأرض يكون مقدار التفريغ عظيمًا، بحيث يتسبب في تسخين الهواء المحيط إلى درجة تجعله يومض بضوء أبيض، وهذا الضوء الأبيض الساطع هو البرق الذي نراه.

وكثيرًا ما تحدث هذه التراكمات المصغرة من الكهرباء الساكنة، فلعلك تذكر تلك المرة التي وقف فيها شعرك منتصبًا بعد استخدام الفرشاة، أو المرات المتعددة التي تلتصق فيها الملابس بعضها ببعض حينما تخرجها من آلة التجفيف، ففي كلتا الحالتين، تسبب الاحتكاك في تكوين الكهرباء الساكنة. كما أن سحق بعض البنى البلورية مثل السكر أو الملح الصلب يمكنه أن يتسبب في توليد الكهرباء الساكنة كذلك.

وحيثما وجدت الكهرباء الساكنة، يمكن أن يحدث تفريغ. ولربما رأيت تفريغ هذه الكهرباء أو أحسست به عند لمس مقبض باب معدني بعد السير على السجاد. وعلى الرغم من أن التفريغ يحدث كثيرًا، فإننا نادرًا ما نرى وميض ضوء؛ إذ يثير هذا الإطلاق المصغر الهواء الذي يحيط به، الذي يقوم بدوره بإطلاق الضوء فوق البنفسجي، الذي لا تستطيع العين البشرية أن تراه. ولا نستطيع أن نرى تلك الومضات الخافتة من الضوء إلا عند وجود مادة مفلورة بجوارها، إذ تستطيع هذه المادة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ثم تعيد إطلاقها على هيئة ضوء مرئي. وهذا بالضبط ما يحدث في البرق، وهذا ما سنفعله في هذا النشاط أيضًا.

أدوات التجربة

  • أقراص حلوى النعناع
  • أقراص حلوى النعناع الخالية من السكر
  • حلوى أخرى صلبة (اختياري)
  • كماشة
  • غرفة مظلمة
     

الإعداد للتجربة

  • أحضر كل المواد اللازمة التي ستستخدمها إلى الغرفة التي سوف تجري هذا النشاط فيها، ثم استعد لإطفاء النور.
  • ملحوظة: التفريغ الكهربائي الذي سوف ينتج عن هذا النشاط ضئيل وغير مضر؛ فعلى الرغم من أن هذه الظاهرة هي بالضبط ما يحدث في البرق، فإن البرق في العواصف ينشأ عن تفريغ هائل للطاقة، كما أنه يمثل خطورة.
     

خطوات التجربة

  • ضع قرص نعناع بين فكي الكماشة ثم أطفئ النور، انتظر دقيقةً أو اثنتين حتى تعتاد عيناك على الظلام، ثم راقب الحلوى وأنت تكسرها. هل لاحظت شيئًا؟
  • كرر الخطوة السابقة مع النوع الآخر من أقراص النعناع. هل لاحظت أي شيء مع تغيير نوع أقراص النعناع؟
  • ولكي تتأكد من صحة النتائج التي توصلت إليها، كرِّر هذا النشاط عدة مرات. هل تتكرر الظاهرة نفسها التي لاحظتها مع النوع نفسه من أقراص النعناع في حين لا تحدث مع النوع الآخر؟
  • لعلك لاحظت على الأرجح حدوث الظاهرة مع نوع واحد من أقراص النعناع. هل يمكنك التعرُّف على المكونات المسؤولة عن هذه الظاهرة؟ ربما تحتاج إلى بعض مهارات المحقِّقين لكي تعرف الإجابة! أين يمكنك أن تجد مكوِّنات كل نوع من أنواع الحلوى؟ ما هو الاختلاف في مكونات أقراص النعناع التي لاحظت فيها حدوث هذه الظاهرة؟
  • الآن، سوف نبدأ في استقصاء السبب المحدد وراء الوميض. خذ قرصًا آخر من حلوى النعناع، من النوع الذي لاحظت فيه هذه الظاهرة، وابدأ في الاستكشاف. نحن نعلم بالفعل أن الوميض يحدث حينما نكسر الحلوى بالكماشة، لكن هل يحدث ذلك أيضًا حينما تحك أجزاء الحلوى المكسورة بعضَها ببعض، أو حينما تضغط فقط على قطعة الحلوى بالكماشة من غير أن تكسرها؟
     
  • نشاط إضافي: إذا كنت تتساءل عما إذا كانت هذه الظاهرة تحدث حينما تمضغ الحلوى، جرب ذلك. امضغ هذا النوع من أقراص النعناع في غرفة مظلمة أمام مرآة، وافتح فمك على اتساعه بين كل مضغة والتي تليها. هل ترى وميضًا؟
  • نشاط إضافي: استكشف أنواع الحلوى الأخرى التي تحتوي على بلورات السكر الصلبة والمكونات الخاصة. هل يمكنك الحصول على وميض باستخدام هذه الأنواع أيضًا؟
  • نشاط إضافي: حاول أن تولِّد برقًا مصغرًا عن طريق حك قطعة ورق بالصوف بقوة لمدة دقيقة، ثم ضع قطعةً من المعدن (من قبيل ورق الألمونيوم) في منتصف الورقة، ثم أبعد الورقة وقرب إصبعك من المعدن. هل يمكنك توليد شرارة صغيرة؟

الملحوظات والنتائج

هل لاحظت وميض الضوء حينما كسرت أقراص النعناع المحتوية على السكر، في حين لم تلاحظ ذلك في حالة النوع الآخر من حلوى النعناع؟ هذا هو المتوقع؛ إذ إنك تحتاج الى بلورات السكر الصلبة إضافةً إلى مادة النكهة الاصطناعية في قرص النعناع لكي تولِّد الوميض.

يتسبب تكسير بلورات السكر في توليد الكهرباء الساكنة، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى تفريغ مصغر، أو برق مصغر نوعًا ما. لكنك نادرًا ما ترى وميض ضوء بسبب أن التفريغ عادةً ما يصاحبه إطلاق أشعة فوق بنفسجية لا تراها عين الإنسان. لاحظ أن العديد من الحيوانات، مثل الحشرات والطيور، يمكنها رؤية الأشعة فوق البنفسجية؛ لأن عيونها لديها القدرة على رصد الأشعة فوق البنفسجية، على عكس عيون البشر.

تحتوي أقراص النعناع المحلاة (وبعض أنواع الحلوى الأخرى) على مادة مفلورة، إذ تستطيع هذه المادة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية وإطلاقها على هيئة ضوء تستطيع عيوننا أن تراه. عند تكسير أقراص النعناع المحلاة، تمتص المادة المفلورة الأشعة فوق البنفسجية الناتجة عن تكسير بلورات السكر الصلبة، ثم تطلقها في شكل الضوء المرئي الذي يمكننا رؤيته. وهذا هو وميض البرق الذي صنعته في هذا النشاط!

وعلى الرغم من أن الكثير من المواد البلورية الصلبة تطلق الأشعة فوق البنفسجية حينما يتم تكسيرها، فإن بلورات المواد البديلة للسكر لا تستطيع فعل ذلك، ومن ثَم فإنها لا تطلق أشعة فوق بنفسجية، ومن ثَم لا نرى ضوءًا عند تكسير أقراص النعناع الخالية من السكر.

الانتهاء من التجربة

اغسل أجزاء الكماشة التي التصقت بها الحلوى بالماء والصابون وجففها جيدًا، أيضًا نظِّف أجزاء الحلوى التي تناثرت في المنطقة التي أجريت فيها النشاط.