تريد أن تفهم الاختلافات بين المواد الموصلة والعازلة? لذلك هذا النص لك. الدفع!
الموصلات هي المواد التي تمكن من الحركة الشحنات الكهربائية بداخله بسهولة كبيرة. هذه المواد لديها كمية كبيرة من الإلكترونات مجانًا ، والتي يمكن إجراؤها عند تطبيق فرق محتمل عليها. المعادن مثل النحاس والبلاتين والذهب موصلات جيدة.
المواد عوازل هي تلك التي تعرض معارضة كبيرة لمرور الشحنات الكهربائية. في هذه المواد ، ترتبط الإلكترونات بشكل عام بقوة بالنواة الذرية ، وبالتالي لا يمكن توصيلها بسهولة. تعتبر المواد مثل المطاط والسيليكون والزجاج والسيراميك أمثلة جيدة للعوازل.
الموصلية × المقاومة
الخاصية المادية التي تشير إلى ما إذا كانت المادة هي موصل أو عازل هي لها المقاومة النوعية، والمعروف أيضًا باسم المقاومة المحددة. المقاومة التي رمزها هو ρ، يقاس بـ ميكرومتروفقًا للنظام الدولي للوحدات. بالإضافة إلى المقاومة ، هناك عظمة التوصيل، يُرمز إليه بالرمز σ, موصلية المادة هي عكس مقاومتها ، أي:
الموصلية والمقاومة كميات متناسبة عكسيًا.
التوصيل و المقاومة النوعية هي كميات متناسبة عكسيًا ، أي إذا كانت مادة ما ذات مقاومة عالية ، فإن موصليةها منخفضة والعكس صحيح. وبالمثل ، في ظل نفس الشروط ، لا تحتوي المادة الموصلة على خصائص المواد العازلة. وحدة قياس الموصلية هي
Ω-1.m-1.وفقًا للفيزياء الكلاسيكية ، يمكن حساب مقاومة مادة ما باستخدام الكميات المجهرية والكميات الأساسية ، مثل الشحنة و ال معكرونة من الإلكترونات ، بالإضافة إلى كميتين لهما أهمية كبيرة لدراسة الخواص الكهربائية للمواد: o مسار حر متوسط انها ال متوسط وقت الفراغ. تأتي هذه التفسيرات من النموذج المادي للقيادة المعروف باسم نموذج خشن.
يشير متوسط المسار الحر للإلكترونات إلى المسافة التي يمكن حملها داخل مادة ما دون الاصطدام بالذرات تشكل التركيب البلوري للمادة ، في حين أن متوسط وقت الفراغ هو الفاصل الزمني الذي تستطيع الإلكترونات أن تنتقل فيه على طول المسار الحر معدل. في المواد الموصلة ، يكون كل من يعني المسار الحر ومتوسط وقت الفراغ أطول بكثير من المواد العازلة ، حيث لا يمكن للإلكترونات التحرك بسهولة.
لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الإعلان ؛)
نرى أيضا: الشحنات الكهربائية في الحركة
وفقًا لنموذج درود ، تتحرك الإلكترونات (تهتز وتترجم) داخل المواد الموصلة ، بسبب درجة حرارتها ، ولكن أيضًا بسبب تطبيق الجهد الكهربائي. ومع ذلك ، فإن السرعة التي تتحرك بها الإلكترونات عالية للغاية ، على عكس سرعتك. سرعة القيادة، وهو من أجل القليل سم في الساعة. يحدث هذا لأنه على الرغم من التحرك بسرعات عالية ، فإن الإلكترونات تعاني من اصطدامات مستمرة مع الذرات التي تتكون منها المادة ، وبالتالي تفقد جزءًا من سرعتها.
الحركة الناتجة عن هذه الاصطدامات ليست خالية ، حيث تسحب الإلكترونات في اتجاه التيار الكهربائي، ومع ذلك فهي بطيئة للغاية. من ناحية أخرى ، في المواد العازلة ، يكون متوسط المسار الحر للإلكترونات صغيرًا جدًا بحيث لا يتم تشكيل تيار كهربائي ما لم يتم تطبيق فرق جهد كبير جدًا.
لماذا بعض المواد عازلة وبعضها الآخر موصل؟
حاليًا ، يعتمد تفسير قدرة توصيل التيار الكهربائي للمواد على الحجج النظرية المعقدة التي تتضمن الجوانب الكمية للمادة. النظرية وراء هذا التفسير تسمى نظريةفييربط.
وفقًا لنظرية النطاق ، في المواد العازلة ، يكون للإلكترونات مستويات طاقة أقل من الحد الأدنى اللازم لإجراء. من ناحية أخرى ، في المواد الموصلة ، تتمتع الإلكترونات بمستويات طاقة أكبر من الحد الأدنى من الطاقة لحدوث توصيلها.
تفصل كمية من الطاقة الإلكترونات التي يمكن إجراؤها عن تلك التي لا تستطيع ذلك. هذه الطاقة تسمى الفارق. في المواد العازلة الفارق إنه كبير جدًا وبالتالي من الضروري تطبيق كمية كبيرة من الطاقة عليه حتى تنتقل إلكتروناته من نقطة إلى أخرى. في المواد الموصلة ، فإن الفارق من الطاقة لا شيء أو صغيرة جدًا ، لذلك يمكن للإلكترونات أن تتحرك بسهولة داخلها.
في مواد مثل المطاط ، تكون فجوة الطاقة عالية جدًا
المواد الموصلة
تشترك المواد الموصلة في خاصية مشتركة: يمر التيار الكهربائي بسهولة من خلالها. ميزاته الرئيسية هي وفرة الإلكترونات الحرة ، بالإضافة إلى انخفاضها المقاومات الكهربائية.
عندما تكون المواد الكهربائية مشحونة كهربائيًا ، دون أن تحمل شحنات ، نقول إنها موجودة الرصيدكهرباء. في هذه الحالة ، تحتل الإلكترونات الطبقات الخارجية للمادة ، وتضع نفسها حصريًا على سطحها ، بسبب التنافر بين شحناتها وقدرتها الكبيرة على الحركة.
نرى أيضا: قانون كولوم
→ مثال على الموصلات الكهربائية
بشكل عام ، تعتبر المعادن موصلات كهربائية جيدة ، وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع في نقل التيار الكهربائي ، في الدوائر الكهربائية وفي الأجهزة الإلكترونية. بالإضافة إلى المعادن ، فإن بعض الأملاح ، عند إذابتها في وسط سائل ، تسمح أيضًا بتكوين التيارات الكهربائية. تحقق من بعض الأمثلة على المواد الموصلة:
نحاس
الألومنيوم
ذهب
فضة
الألومنيوم مثال على مادة موصلة للكهرباء.
المواد العازلة
أنت المواد العازلة إنها توفر مقاومة لمرور التيار الكهربائي ، وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع لمنع مروره. عندما تكون مشحونة كهربائيًا ، "تحبس" هذه المواد الشحنات بالداخل. يمكن استقطاب بعض المواد العازلة ، أي عند تعرضها لقوى الحقل الكهربائي خارجي ، يشكل في داخله مجالًا كهربائيًا معاكسًا ، مما يجعل تكوين التيارات الكهربائية أكثر صعوبة. المواد العازلة القادرة على إظهار مثل هذا السلوك تسمى المواد العازلة وتستخدم على نطاق واسع في المكثفات، على سبيل المثال.
نرى أيضا:الحقل الكهربائي
→ أمثلة على العوازل
تعارض العوازل بشدة حركة الأحمال ولذلك فهي تستخدم لعزل الأسطح الاتصال ، وتجنب حوادث الصدمات الكهربائية أو تقليل فقد الطاقة في الأسلاك الموصلة. تحقق من بعض الأمثلة على المواد العازلة:
ممحاة
بلاستيك
زجاج
سيراميك
تستقبل الأسلاك النحاسية المستخدمة في المحركات والدوائر طبقة من الورنيش العازل.
هل يمكن أن يصبح العازل موصلًا؟
في ظل ظروف خاصة ، مثل درجات الحرارة المرتفعة أو الإجهاد الميكانيكي أو اختلافات كبيرة في الجهد ، تصبح المواد العازلة موصلة للكهرباء. عندما يحدث هذا ، فإن التيار الكهربائي الذي يمر عبرها عادة ما يتسبب في قدر كبير من التسخين بسبب من تأثير جول ، أي بسبب الاصطدام بين الإلكترونات والذرات التي تشكل المادة في سؤال.
أبسط مثال على انهيار القوة العازلة هو تكوين الأشعة: المجال الكهربائي الذي يتشكل بين الغيوم المشحونة والأرض كبيرة جدًا لدرجة أن الهواء يتأين ، مما يسمح للإلكترونات بالارتداد من ذرة إلى ذرة. ومع ذلك ، حتى مع القدرة على توصيل التيار الكهربائي ، يصبح الهواء وسيطًا عازلًا مرة أخرى بعد التفريغ في الغلاف الجوي.
نرى أيضا:ما هو التدريع الالكتروستاتيكي؟
ملخص عن الموصلات والعوازل
توفر المواد الموصلة ، مثل الفضة والنحاس ، مقاومة قليلة لمرور التيار الكهربائي ؛
تحتوي المواد الموصلة على عدد كبير من الإلكترونات "الحرة" ، المرتبطة ارتباطًا غير محكم بالنواة الذرية ، تسمى إلكترونات التوصيل ؛
توفر المواد العازلة ، مثل الزجاج أو المطاط أو السيراميك ، مقاومة كبيرة لمرور التيار الكهربائي ؛
تحتوي المواد العازلة على عدد أقل من الإلكترونات ومعظمها مرتبط بإحكام بنواتها.
بي. رافائيل هيلربروك
