الدرس 2 : معرفة كيفية تصنيف المواد في الطبيعة وأتمنى أن يكون الدرس بالمستوى المطلوب

السلام عليكم ورحمة الله تعالى وبركاته كيف حالك عزيزي المكهرب :) أنا مهدي من موقع "iMhdi" سعيد جدا أن استضيفك في هذا الدرس الجديد اليوم سوف نتعرف في هذا الباب على المواد الموجودة في هذا الكون , ونعرف الاختلافات بينها .

يمكن تقسيم أي مادة في الكون إلى أقسام  من حيث :

 1) الحالة

 2) القدرة على توصيل الحرارة

3) القدرة على توصيل الكهرباء

فتقسم المواد من حيث الحالة إلى :

* مادة صلبة    * مادة سائلة   * مادة غازية

وتقسم المواد من حيث قدرتها على توصيل الحرارة إلى :

·        مواد جيدة التوصيل للحرارة  ( مثل الحديد والألمونيوم والقصدير والنحاس )

·        مواد رديئة التوصيل للحرارة ( مثل الخشب والزجاج والبلاستيك )

أما تقسيم المواد من حيث قدرتها على توصيل الكهرباء فيكون كالآتي.

وتقسيم المواد من حيث قدرتها على توصيل الكهرباء هو التقسيم الذي يهمنا في علم الكهرباء والإلكترونيات , حيث أنه لا تخلو دائرة كهربية  من مواد موصلة , ومواد عازلة .

وتظهر إستخدامات المواد شبة الموصلة في الدوائر الإلكترونية , ولكن قبل الدخول في موضوع الدوائر الكهربية والإلكترونية , أريد أن أوضح الفرق العلمي بين كل نوع من تلك المواد .

يوجد لكل مادة في الطبيعة , خاصيتين :

1)      خاصية التوصيلية ( The Conductivity )

2)      خاصية الإعاقة أو المقاومة ( The Resistivity )

خاصية التوصيلية : هي مقياس لقدرة المادة على توصيل التيار الكهربي .

خاصية الإعاقة : هي مقياس لقدرة المادة على إعاقة مرور التيار الكهربي فيها .

لذلك :

• المادة الموصلة : لها خاصية التوصيلية أعلى من خاصية المقاومة أو الإعاقة بكثير.
• المادة العازلة   : لها خاصية الإعاقة  أعلى من خاصية التوصيلية بكثير.
• المادة شبة الموصلة : لها خاصية التوصيلية مساوية تقريبا لخاصية الإعاقة , أي لا نستطيع أن نقول عنها أنها موصل جيد ولا عازل جيد , وسوف نتحدث عن تلك المواد في باب آخر.
• الموصلات الخارقة : هي مواد من صنع البشر , قدرتها على إعاقة التيار الكهربي " صفر " تماما , وبالتالي لها قدرة عالية على توصيل الكهرباء , ولكن لا يستطيع العلماء حتى الآن إنتاج هذه المواد إلا تحت ظروف ضغط وحرارة خاصة جدا , فلن نتعرض لها نهائيا.
• العوازل المثالية : هي مواد من صنع البشر أيضا , وهي بعكس الموصلات الخارقة , حيث أن قدرتها على توصيل الكهرباء " صفر " تماما , أي أنها تمنع مرور التيار الكهربي تماما , وأيضا يتم تصنيع تلك المواد تحت ظروف خاصة جدا من الضغط والحرارة , وكذلك لا تهمنا في دراستنا هذه.

أمثلة على المواد الموصلة  ( النحاس و الذهب و الحديد و الألمونيوم و القصدير )

أمثلة على المواد العازلة    ( الخشب و السيراميك والورق و الفبر و الزجاج والبلاستيك )

أمثلة على المواد الشبه موصلة ( السيليكون و الجرمانيوم )

س : ما الذي يعطي مادة ما خاصية التوصيل الجيد للكهرباء , ويعطي مادة أخرى خاصية العزل الجيد للكهرباء؟

كما درسنا في الباب السابق , أن أي مادة تحتوي على عدد  كبير من الذرات المكونة لجزيئاتها , وتلك الذرات تحتوي على عدد من الإلكترونات في مدارها الخارجي , تلك الإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي تسمى مجازا بــ " الإلكترونات الحرة" , نظرا لسهولة طردها من مدارها وجعلها تنتقل بسهوله إلى ذرة أخرى , ثم إلى ذرة أخرى , وهكذا , تسمى عملية مرور الإلكترونات ( أو تدفق الإلكترونات ) بــ " التيار الكهربي " , وسوف يتم شرحه في باب آخربالتفصيل , لذلك نستطيع القول بأن :

• المادة التي تحتوي على عدد كبير " وفرة "  من الإلكترونات الحره  تصبح  " جيدة التوصيل للكهرباء "
• المادة التي تحتوي على عدد قليل " ندرة " من الإلكترونات الحره   تصبح   " رديئة التوصيل للكهرباء "

والشكل التالي يوضح المادة الموصلة والمادة العازلة :

تأثير الحرارة على المواد الموصلة والعازلة

1)      المواد الموصلة  تزيد قيمة مقاومتها للتيار بزيادة درجة الحرارة , لأن الذرات في أي مادة تكون في حالة إهتزاز دائم في مكانها , وإكساب المادة الموصلة طاقة حرارية , يؤدي إلى زيادة هذا الإهتزاز , مما يجعل الذرات تصطدم بإلكترونات التيار الكهربي وتعيقه , مع ملاحظة أن الحرارة تؤدي إلى تحرير عدد من الإلكترونات الحرة والتي تزيد من قدرة المادة على التوصيل , ولكن تكون المحصلة هي زيادة الإعاقة .

2)      المواد العازلة  تزيد قدرتها على التوصيل الكهربي بزيادة الحرارة , لأن الحرارة تؤدي إلى تحرير عدد من الإلكترونات من ذرات المادة والتي تساعد في توصيل التيار الكهربي , وفي نفس الوقت فإن الحرارة تعمل على زيادة إهتزاز الذرات حول مركزها , ولكن تكون المحصلة النهائية هي زيادة التوصيل

س : كيف يتم تحرير الإلكترونات من مدارها الخارجي؟

عن طريق إكسابها طاقة خارجية إضافية , وهناك طرق لإكساب تلك الإلكترونات تلك الطاقة , ومنها :

1)      الحرارة  2) الإحتكاك  3) تأثير مادة كيميائية على المادة

4) تمرير المادة في مجال مغناطيسي

وفي نهاية هذا الباب نستفيد أنه لا يوجد مادة " في الطبيعة " توصل فقط التيار ولا تعيقه  , أو تعيق فقط التيار ولا توصله .

صديقي كيف كان الدرس ؟ وهل فهمت بالقدر المطلوب ؟ وهل تكهربت بالقدر المطلوب :) ؟

دمت سالما وألقاك في درس جديد على موقع "iMhdi" وأتمنا أن تزور صفحتنا على  التويتر و الفاسبوك أو مشاركة الدروس مع أصدقائك. كان معك مهدي من موقع « iMhdi » والسلام عليكم ورحمة الله تعالى وبركاته.

Posted in: علم الكهرباء