محتويات
فلزات تسمح بانتقال الكهرباء و الحرارة
فلزات تسمح بانتقال الكهرباء و الحرارة هي الموصلات .
والمقصود بالموصلات أنها أجسام قادرة على نقل التيار الكهربائي أو الحراري من خلالها وتمريره، وفي الكيمياء تعريفها الدقيق بأنها المواد القادرة على تمرير الإلكترونات من خلالها، ونقلها إلى أجسام أخرى.
وهذا يكون نحو الشريط الكهربائي في أي آلة كهربائية نستخدمها، وبشكل عام تعد معظم المعادن ناقل ممتاز للكهرباء والحرارة، وأفضل أنواع المعادن نقلاً للتيار الكهربائي والحرارة الفضة والنحاس والذهب، ويستخدم النحاس في صنع الأسلاك الكهربائية لأن الذهب والفضة سعره عالٍ مقارنةً بالنحاس. [1]
ما المقصود بالموصلات
الموصلات هي أجسام أو مواد قادرة على نقل التيار الكهربائي أو الحرارة أو الصوت، وهي عكس العوازل.
والمعادن نحو النحاس والفضة والذهب عوازل من النوع الممتاز، فيتم استخدام الذهب في التوصيل ببعض الأجهزة الإلكترونية والكمبيوترات، حيث يتم تغطيتها بطبقة رقيقة جداً الهدف منها حماية الأسلاك من التآكل، أما النحاس والفضة فأغلب استعمالاته في لوحات التحكم (الدوائر المطبوعة)، ليس فقط المعادن لديها خاصية التوصيل الكهربائي والحراري، بل أن الماء أيضًا موصل للتيار الكهربائي والحرارة أيضًا في حال احتوى على أي نوع من الشوائب.
من الامثله على الموصلات
يلعب شكل المادة وتأصلها دوراً كبيراً في أن تكون المواد عوازل للتيار الكهربائي والحرارة أو موصلات لها، وهناك الكثير من المواد المنتشرة في الطبيعة من حولنا والتي تتسم بطبيعتها النقالة للتيار الكهربائي والحرارة، ولعل أبرز هذه النواقل ما يلي:
- الألمنيوم: تصنع منه العديد من الأواني لأنه ينقل الحرارة بشكل جيد.
- الحديد: تصنع منه العديد من الأغراض منها المدافئ والكثير من الأجهزة الكهربائية لأنه ينقل الحرارة والكهرباء.
- النحاس: أبرز استخداماته في الأسلاك الكهربائية والتوصيلات الأخرى.
- الفضة والذهب: تستخدم في بعض أنواع الأجهزة بسبب سعرها الباهظ.
- الماء: يصبح موصل جيد في حال احتوى على شوائب.
ما هي أنواع الموصلات
- الموصلات الجيدة.
- أشباه الموصلات.
- المقاومات.
- العوازل.
تتعدد أنواع الموصلات الكهربائية أو الحرارية بحسب درجة إيصالها لها، وأنواعها أربعة، يتم بيانها في الشرح المفصل المرفق أدناه:
الموصلات الجيدة: معظم المعادن بشكل تقريبي تعتبر من نواقل الكهرباء والحرارة، وهناك بعض المواد الأخرى المنتشرة في الطبيعة أيضًا تنقل التيار الكهربائي والحرارة، ومنها الجرافيت فهو ناقل للتيار والحرارة مع أنه يأتي من الكربون المتأصل والذي يعتبر من المواد رديئة التوصيل، والنحاس والحديد والفضة أعلى المعادن نسبةً في نقل التيار الكهربائي وهي تستخدم على نطاق واسع في أغلب الأجهزة الكهربائية، وخاصة النحاس.
أشباه الموصلات: أشباه الموصلات تكون عبارة عن مواد صلبة ناقلة للتيار الكهربائي، لكنه ينتقل بها بصعوبة، وهي مواد غير معدنية تمتلك هذه الخاصية، وتكون بين المواد الموصلة والعازلة في النقل، تدخل هذه المواد في صناعة معظم الأجهزة الإلكترونية الحديثة، وهذا نحو الخلايا الشمسية، ومقاومات التيار المتردد، وأبرز المواد شبه الموصلة السيليكون والجرمانيوم، يمكن أن تحول أشباه النواقل إلى نواقل حرارية في حال تم إضافة بعض الشوائب إليها.
المقاومات: المقاوم هو عبارة عن جهاز إلكتروني صغير يتمتع في خاصية المقاومة للتيار الكهربائي، يتحكم هذا الجهاز في تدفق التيار الكهربائي أو الحراري في الجهاز، فيزود أو يقلل التيار الكهربائي أو الحراري عن الجهاز المستخدم فيه، والهدف من وجود المقاومات في الأجهزة حفظ الأجهزة من التلف الناتج عن كثرة استخدام الجهاز.
العوازل: العوازل هي أجسام أو مواد لا تسمح بمرور التيار الكهربائي أو الحراري من خلالها، والسبب في ذلك ارتباط الإلكترونات فيما بينها، بحيث لا تسمح بتدفق التيار من خلالها، وحتى لو تم تعريضها لجهد قوي لا تنفصل عن بعضها البعض، وأبرز الأمثلة الشائعة عن العوازل الخشب والزجاج والبلاستيك والمطاط والمثير من المواد الأخرى غيرها، تستخدم هذه المواد في تغطية جوانب المواد الناقلة لمنعها من تفريغ الطاقة أو فقدانها، وللحفاظ على أمن وسلامة مستخدمي هذه الأجهزة. [2]
ما الفرق بين الموصلات واشباه الموصلات
يكمن الفرق بين الموصلات وأشباه الموصلات في عدة نقاط، يمكن حصر هذه النقاط بما يأتي:
- درجة النقل: فالموصلات ناقل جيد، بينما أشباه الموصلات ناقل رديء.
- إمكانية التحويل: كلا نوعي الموصلات يمكن جعله مثل الآخر في حال إضافة شوائب عليه، وهذا نحو: إضافة شوائب لأشباه الموصلات كي تصبح مواد موصلة والعكس صحيح.
- حركة تدفق الإلكترونات: في الموصلات حركة تدفق الإلكترونات سريعة، بينما في أشباه الموصلات بطيئة.
- نقل التيار الكهربائي: في الموصلات ينتقل التيار الكهربائي من خلال سيل من الإلكترونات السالبة، أما في أشباه الموصلات يتخلل سيل الإلكترونات فجوات ذات شحنة موجبة لذلك تقلل من موصليته للكهرباء والحرارة.
خصائص الموصلات الكهربائية
تتعدد خصائص المواد الموصلة للتيار الكهربائي والحرارة، وأبرز هذه الخصائص ما يأتي:
- حركة الإلكترونات: تسمح الأجسام الموصلة بتدفق حركة الإلكترونات والأيونات في داخلها.
- النفوذية: تسمح بمرور التيار الكهربائي والحرارة من خلالها.
- المجال الكهربائي: تكون درجة المجال الكهربائي صفر في الأجهزة الموصلة للتيار الكهربائي أو الحرارة مما يسمح مرورها من خلالها.
- كثافة الشحنة: تكون كثافة الشحنة داخل الأجهزة الموصلة للتيار الكهربائي والحرارة صفر.
- الإمكانات: لجميع نقاط الجهاز الموصل الكهربائي أو الحراري نفس الإمكانات. [3]
ما هو دور الموصل الكهربائي
إن دور الموصل الكهربائي هو إيصال الكهرباء إلى الأجهزة الكهربائية.
حيث أن الموصلات الكهربائية عبارة عن أجسام أو مواد ناقلة للتيار الكهربائي، والتوصيل الكهربائي أو الحراري هي خاصية تمتلكها الكثير من المواد المنتشرة في الطبيعة من المعادن أو من اللا معادن، وفي الكيمياء يكون سبب نقلها للتيار الكهربائي والحرارة لأن جزيئاتها تحتوي على سيل إلكترونات، ولا تحتوي على فجوات تجعل تدفق الإلكترونات بطيئاً.
العوامل التي تؤثر على الموصلية الكهربائية
تؤثر عدة عوامل طبيعية على مدى توصيل المواد للتيار الكهربائي أو الحرارة حتى، ومن أبرز هذه العوامل ما يلي:
- درجة الحرارة: تتناسب درجة الحرارة مع الموصلية الكهربائية لأي جسم عكساً، أي كلما ارتفعت درجة حرارة المادة قلت خاصية الإيصال الكهربائي لديها والعكس صحيح.
- الشوائب: إن وجود الشوائب في أي مادة يؤثر على كفاءة إيصالها للتيار الكهربائي سلباً، والسبب في حدوث ذلك أن الشوائب تشكل فجوات تقلل من تدفق الإلكترونات داخل المادة.
- المجالات الكهرومغناطيسية: تؤثر المجالات المغناطيسية سلباً على الموصلية الكهربائية، فكلما كان المجال المغناطيسي قريباً من الجهاز الكهربائي يعيق من مرور حركة الإلكترونات فيه، مما يعيق مرور التيار الكهربائي.
- التردد: يتناسب التردد طرداً مع الموصلية الكهربائية، فكلما كان التردد عالٍ، ازدادت قيمة التوصيل وكفاءته، أي أن التردد العالي يقوم بنقل التيار الكهربائي ليتدفق حول المادة الموصلة للتيار بدلاً من أن يمر من خلالها، والعكس صحيح.
- التركيب البلوري والحالة الفيزيائية للمادة: فالبنية البلورية لأي مادة أي الخلايا التي تشكلها تؤثر في طريقة معالجة هذه المادة لخاصية الإيصال الكهربائي أو الحراري، كذلك الحالة الفيزيائية للمادة سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية تلعب دوراً في الموصلية الكهربائية، وتقل بشكل عام بين كل حالة وأخرى. [4]
