بحث عن الموصلات الكهربائية

كتابة: Wessam Mohamed آخر تحديث: 20 فبراير 2021 , 08:02

مقدمة بحث عن الموصلات الكهربائية

يتركز أي بحث عن التوصيل الكهربائي على العنصر الأساسي وهو الموصل الكهربائي، فهو عبارة عبارة عن مادة تتحرك فيها حاملات الشحنة الكهربائية “الإلكترونات” من ذرة إلى ذرة بإستخدام ما يعرف بالجهد الكهربي، أما الموصلية هى القدرة على نقل شيء ما مثل الكهرباء أو الحرارة، وتعد الفضة النقية أفضل مثال عن الموصلات الكهربائية بجانب النحاس والحديد والذهب والألمنيوم فهم موصلات جيدة أيضًا للكهرباء حيث تتكون الأنظمة الكهربائية من موصلات مصنوعة من معادن صلبة مصبوبة في أسلاك أو محفورة على لوحات الدوائر.

وتعد بعض السوائل موصلات كهربائية جيدة وتتمثل في الزئبق، ومحلول الماء المالح المشبع بينما الغازات فهى موصلات رديئة لأن الذرات فيها تكون متباعدة جدًا فلا تسمح بالتبادل الحر للإلكترونات لكن إذا كانت عينة الغاز تحتوي على عدد كبير من الأيونات فيمكن أن تكون بمثابة موصل كهربائي جيد لذلك تختلف الموصلات الكهربائية وانواعها. [1]

أنواع الموصلات الكهربائية

موصل النحاس

يختلف ترتيب المعادن من حيث توصيل الكهرباء، ويتمثل النحاس في أربعة أنواع “موصل النحاس المسحوب بقوة، وهو ذو قوة شد عالية ويوصل الكهرباء بشكل عالي كما أنه الأكثر ملائمة لأعمال التوزيع أما نحاس الكادميوم فيكون أسهل كتشغيل آلي وأفضل لمقاومة الظروف الجوية المختلفة والتآكل.

أما عن موصل النحاس الصلب فهو ذو قلب فولاذي، حيث تحيط طبقة أو طبقتان من خيوط النحاس بموصلات نحاسية ذات قلب صلب بالتالي يضيف القلب الصلب قوة الشد للموصل.

موصل الألمنيوم

يتنوع بين موصل الألمنيوم المسحوب بقوة وموصل الألمنيوم بالصلب المقوى، ويتم إستخدام هذا النوع من الموصلات الكهربائية كونه موفر اقتصادي جيد ونظرًا لإرتفاع سعر موصل النحاس لذلك يتم شراؤه لخطوط التوزيع، لكن موصل الألمنيوم ليس قويًا بشكل كافٍ لبناء خطوط طويلة فتم تعويض النقص عن طريق إضافة قلب صلب للموصل، يسمى هذا الموصل موصل الألمنيوم ذو القلب الصلب،  أما ألمنيوم الفولاذ المقوى فيحتوي على سبعة خيوط فولاذية تشكل قلبًا مركزيًا حوله طبقتان من 30 خيطًا من الألمنيوم، ويتميز بقوة شده العالية.

عُرفت سبائك الألمنيوم أيضًا كنوع من الموصلات حيث يتم معالجتها حراريًا لكنها باهظة الثمن ومُكلفة للغاية.

موصل الفسفور البرونزي

يعد موصل الفسفور البرونزي واحد من الموصلاا القوية والمستخدم على فترات طويلة جدًا، فهو أقوى من الموصل النحاسي ولكن موصليته منخفضة بعض الشئ كما أنه يتفوق على موصل  الألمنيوم البرونزي في الظروف الجوية التي تحتوي على غازات ضارة مثل الأمونيا.

موصل ألومويلد

هو نتيجة لحام مسحوق الألمنيوم على سلك من الفولاذ عالي القوة، حيث تكون 75٪ من مساحة الموصل مغطاة بالألمنيوم.

موصل ستانلس ستيل

هو نوع مقاوم للصدأ لذلك يتم إستخدامه على أسلاك وكابلات الرصاص الطبية، لكن موصليته تكون ضعيفة مقارنةً بموصلية النحاس وقد يكون مطليًا بالذهب لتحسين التوصيل. [2]

الفرق بين الموصل والعازل

تُعرف المادة التي لا توصل الكهرباء بالمادة العازلة وتتمثل في الغازات والبورسلين والزجاج والبلاستيك والماء المقطر، وهناك عدة فروق واضحة بينها وبين الموصل.

الموصل  العازل
هى مادة تسمح بمرور التيار الكهربي أو الحرارة من خلالها هى مادة تمنع وتقيد مرور التيار الكهربي أو الحرارة من خلالها
 يتواجد التيار الكهربي على السطح لكن يظل صفر داخل الموصل  لا يوجد تيار كهربي
 يتم تخزين الطاقة   لا تُخزن الطاقة
 الموصلية الحرارية تكون فيها عالية  الموصلية الحرارية تكون منخفضة
 الروابط التساهمية ضعيفة  الروابط التساهمية قوية
 تتحرك فيها الإلكترونات بحرية  لا تتحرك فيها الإلكترونات بحرية
 تختلف المقاومة من عالية إلى منخفضة  تكون المقاومة عالية
 معامل درجة الحرارة إيجابي للمقاومة  معامل درجة الحرارة سلبي للمقاومة
 يمتلئ شريط التوصيل بالإلكترونات  يكون شريط التوصيل فارغ
مثال : ألومنيوم، فضة، نحاس  مثال : خشب، مطاط، ورق
تستخدم لصنع الأسلاك الكهربائية  تستخدم كعزل في الكابلات والموصلات الكهربائية ودعم المعدات الكهربائية [3]

أشباه الموصلات

يُطلق على أشباه الموصلات هذا الإسم لأنها من المواد التي تمتلك مقاومة كهربائية تقع بين المقاومة النموذجية للمعادن والمقاومة النموذجية للعوازل لذلك، فهى نوع من شبه موصلات الكهربا والتي تدخل في العديد من الإستخدامات في الدوائر الكهربائية حيث يتم التحكم في تدفق الإلكترونات، وتستخدم أيضًا في بعض الأشياء الأخرى فنجد أن الخلية الشمسية واحدة من أشباه الموصلات الحساسة للطاقة الضوئية.

أمثلة أشباه الموصلات

أشباه الموصلات منها زرنيخيد الغاليوم، الجرمانيوم، السيليكون هم من أكثر أشباه الموصلات إنتشارًا حيث يستخدم السيليكون في تصنيع الدوائر الإلكترونية ويستخدم زرنيخيد الغاليوم في الخلايا الشمسية وثنائيات الليزر وما إلى ذلك.

الثقوب والإلكترونات في أشباه الموصلات

في أشباه الموصلات تكون حركة الإلكترونات أعلى بشكل كبير عن حركة الثقوب ويكون ذلك نتيجة لهياكل النطاق المختلفة، لذلك نجد أن الإلكترونات تقوم بالإنتقال في شريط التوصيل لكن الثقوب تنتقل خلال نطاق التكافؤ، فعندما يتم توصيل مجال كهربي تتحرك الإلكترونات بحرية كبيرة عكس حركة الثقوب المحدودة، ويؤدي إرتفاع الإلكترونات إلى إحداث بعض الثقوب في أشباه الموصلات، ولأن الثقوب متعرضة لقوة أكبر من الإلكترونات فإنها تكون صاحبة الحركة الأقل.

ما هي أنواع أشباه الموصلات

تنقسم انواع اشباه الموصلات إلى أشباه الموصلات الجوهرية، و أشباه الموصلات الخارجية :

أشباه الموصلات الجوهرية

تتمثل في عنصر الجرمانيوم والسيليكون، وتملك 4 إلكترونات تكافؤ، لكن موصليتها أقل.

أشباه الموصلات الخارجية

تنقسم أشباه الموصلات الخارجية إلى نوع N ونوع P، وتكون قائمة على استبدال بعض الذرات لتكون كفاءة أشباه الموصلات أعلى وأكثر كفاءة، ويبين هذا الجدول الفرق بين أشباه الموصلات الجوهرية وأشباه الموصلات الخارجية.

أشباه الموصلات الجوهرية أشباه الموصلات الخارجية
 تُعرف بـ أشباه الموصلات النقية  تُعرف بـ أشباه الموصلات غير النقية
تتساوى فيها كثافة الإلكترونات مع كثافة الثقوب   لا تتساوى فيها كثافة الإلكترونات مع كثافة الثقوب
 الموصلية الكهربائية منخفضة  الموصلية الكهربائية مرتفعة
تعتمد على درجة الحرارة فقط تعتمد على درجة الحرارة وكمية النجاسة
 لا يوجد بها شوائب يتواجد بها النجاسة الثلاثية، والنجاسة خماسية التكافؤ

استخدامات أشباه الموصلات الكهربائية

  • تستخدم في أجهزة استشعار درجة الحرارة.
  • تدخل في صناعة آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
  • تستخدم في الرقائق الدقيقة.
  • تدخل في صناعة الآلات الحاسبة، اللوحات الشمسية، أجهزة الحاسب الآلي وبعض الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
  • تدخل في صناعة الترانزستورات ومصابيح LED بالإضافة إلى الخلايا الشمسية. [4]

خاتمة بحث عن الموصلات الكهربائية

في نهاية الموضوع نكون تعرفنا على الموصلات الكهربائية والتي لها أكثر من نطاق وعدد كبير من الأشكال الأنواع التي تدخل جميعها في عدد لا يحصى من استخدماتنا اليومية حيث تساعد قوانين الكهرباء في الفيزياء على فهم الموصلات بشكل جيد، فكل نوع منها له وظيفته الخاصة وتدور فكرتها حول “الموصل” الذي يجب ألا تحتوي مادته على فجوة طاقة بين نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل، وقد يكون هذا الموصل عبارة عن معدن حيث تتمتع المعادن بموصلية عالية ومقاومة منخفضة فتسمح للإلكترونات بالتوزع بين ذرات تلك المادة بسرعة انجراف في نطاق التوصيل، منها المعادن أو السبائك المعدنية أو الإلكتروليت أو غير المعادن المتمثلة في الجرافيت والبوليمر الموصّل والتي تسمح بتدفق الشحنة الكهربية عبرها بسهولة. [5]

الوسوم

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق