المواد الموصلة وشبة الموصلة والعازلة

الكهرباء

المواد الموصلة والمواد العازلة

المادة الموصلة : هي مادة تسمح للكهرباء بالمرور من خلالها . تُستخدم أسلاك النحاس في توصيل الأجهزة الكهربائية في الدارات الكهربائية ، نقول أن النحاس مادة موصلة .

 









المادة العازلة : هي مادة لاتسمح للكهرباء المرور من خلالها . لاتستطيع استعمال حبل أو خيط لتوصيل التيار الكهربائي في دارة كهربائية حيث أن الخيط مكوّن من مادة عازلة .

 

الجدول التالي يحوي أسماء بعض المواد الموصلة أو العازلة .

المواد العازلة	المواد الموصلة
البلاستيك ، الخشب ، الصوف ، الورق ، الزجاج ، الخيوط ، النايلون ، المطاط ، الهواء.	النحاس ، الحديد ، الفضة ، القصدير ، الألمنيوم ، الذهب ،الزئبق ، الكربون.

 

نستنتج من هذا الجدول أن المعادن(الفلزات) Metals مواد موصلة وغير المعادن(اللافلزات) Nonmetals - والمواد الاخرى عموما مواد عازلة.

 

نجد جميع درجات التوصيل بين الجيدة والرديئة والعازلة وأنصاف أو أشباه الموصلات وذلك بين الحدين ,حد المواد جيدة التوصيل وحد المواد العازلة.

 

سؤال:أعط مثالاً لعنصر مشهور في عالم الإلكترونيات وهو شبه موصل؟

 

تستخدم المواد الموصلة لنقل التيار الكهربائي . فمثلاً يُنقل التيار الكهربائي في الدارة الكهربائية الموجودة في مكان سكنك عبر أسلاك نحاسية .

 

تستخدم المواد العازلة للحماية فمثلاً تُغطى القابسات الكهربائية ( أدوات التوصيل الكهربائي ) بمواد عازلة مثل المطاط والبلاستيك .

هل تعلم أن خوذة رجال الإطفاء مصنوعة من مادة الزجاج الليفي وهي مادة غير موصلة . رجال الإطفاء الذين يدخلون المباني المحترقة معرَّضون للخطر بسبب الأسلاك الكهربائية المعراة .

 

إذا أزيل العازل عن السلك ( الكيبل ) الكهربائي فعليك تغيير الكيبل ، ولاتغطي الأسلاك المعراة بشريط لاصق أبداً.

 

يعتبر الكربون من المواد الموصلة المهمة والمستخدمة بكثرة علماً بأنه مادة غير معدنية .

 

الكهرباء

هل كل المواد موصلات

من المفيد التذكر دائماً بأن المعادن " Metals " مواد موصلة وغير المعادن "Nonmetals"  مواد عازلة ، وعلى وجه العموم عند التكلم بدقة يوجد الكثير من المواد تشذ عن هذه القاعدة .

كل المواد موصلة إلى حدٍ ما  !

معظم المواد غير المعدنية لها مقاومات عالية جداً تجعل جزءاً ضئيلاً جداً من التيارات يمر من خلالها ، وفي الحقيقة فإن التيارات المارة في المواد غير المعدنية تكون عادةً  قليلة ( ضعيفة ) جداً إلى حد أنها تهمل ، ولذلك سميت هذه بالمواد العازلة.

 

إن درجة توصيل المواد الموصلة تختف من دارة إلى أخرى ودرجة العازلية أيضاً تختلف من مادة إلى مادة . فمثلاً معدن الفضة من أفضل المعادن للتوصيل الكهربائي يليه معدن النحاس . عمل العلماء على ترتيب المعادن في جدول حسب درجة توصيلها ، والأساس المتبع في الترتيب هو خاصية فيزيائية يسميها العلماء الموصلية . هذا ويمكن تعميم الخاصية لتشمل المواد العازلة أيضاً . الجدول التالي يبين أسماء بعض المواد ودرجة موصليتها .

الموصلية المادة 0.0001 الماء 0.00000001 المواد البلاستيكية 0.000000000000025 الهواء 0.00000000000001 المطاط

الموصلية المادة 66000000 الفضة 64000000 النحاس 44000000 الألمنيوم 5500000 الفولاذ

كلما ارتفعت قيمة الموصلية تكون المادة أفضل في توصيل الكهرباء .

 

إذا كانت الفولتية عالية فإن المواد قليلة الموصلية تمرر تياراً ولو صغيراً .

 

الهواء عازل بطبيعته .

 

أما بالنسبة للماء وهو مادة موصلة ضعيفة ، فإن مقدار الفولتية التي يحتاجها لتزداد موصليته ليست كبيرة نسبياً فعند فولتية مصادر الكهرباء المعتادة ( 230 فولت ) يستطيع الماء حمل تيار كهربائي كبير لدرجة أنه يستطيع قتل إنسان، لذلك عليك أن تكون حذراً وتبعد الماء عن الكهرباء .

 

هل تعلم : الجلد المبلل يوصل الكهرباء أكثر من الجلد الجاف .   توصل المعادن الكهرباء بالشكل الأمثل عند درجات الحرارة المنخفضة ، وعند درجة حرارة ـ270 ْ س تفقد بعض المعادن مقاومتها كلياً .

الكهرباء

المواد الموصلة والمواد العازلة

 

أسئلة:

1) ما هي المادة الموصلة ؟ ما هي المادة العازلة ؟

2) اشرح كيف لك اختبار مادة ما لترى إن كانت مادة موصلة أو مادة عازلة ؟

3) أ- لماذا تصنع الأسلاك الكهربائية من مادة النحاس ؟

ب- لماذا تغطى الأسلاك الكهربائية بالبلاستيك ؟

4) صنف المواد التالية إلى مواد موصلة ومواد عازلة :

الحبال ، قرص من النايلون الملفوف ، قطعة نقدية ، قماش صوفي ، شفرة سكين ، الفلين ، ورق القصدير المستخدم في المطبخ .

5) أ- لماذا لايستخدم رجال الإطفاء الخوذات المصنوعة من المعادن ؟

ب- صيد الأسماك بالقرب من أسلاك الكهرباء فيه خطر كبير ، ويزداد الخطر اذا استخدم في صيدها قضبان مصنوعة من ألياف الكربون. فسر هذا الأمر.

6) ارسم مصباحا كهربائياً ووضح على الرسم الأجزاء التي يتكون منها , أي منها يكون موصلاً وأي منها يكون عازلاً. 

 

شبه الموصل أو نصف الناقل (بالإنجليزية: Semiconductor)

 

 

 

 

 

هو مادة صلبة يتم التحكم موصليتها الكهربية بإضافة عناصر أخرى. شبه الموصل تكون مقاومته الكهربية ما بين الموصلات والعوازل، كما يمكن لمجال كهربي خارجي تغيير درجة مقاومة شبه الموصل. فالأجهزة والمعدات التي يدخل في تضنيعها مواد شبه موصلة هي أساس الألكترونيات الحديثة والتي تشمل الراديو، والكمبيوتر وا الهاتف والتلفزيون وأجهزة أخرى كثيرة. والأجزاء الألكترونية التي تعمل بأشباه الموصلات تشمل الترانستور، والخلايا الشمسية، الصمامات الثنائية، والثنائيات باعثة الضوء، وموحدات التيار التي تعمل بالسيليكون، والدوائر المتكاملة التشابهية والرقمية.

وكما تمثل ألواح الطاقة الشمسية أكبر مثال لأجهزة التي تعمل بالمواد شبه الموصلة، حيت تقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربية.

في الموصلات المعدنية تقوم الألكترونات بنقل التيار الكهربي، اما في أشباه الموصلات فينتقل التيار الكهربي عن طريق سيل من الالكترونات تتجه إلى القطب الموجب، مصحوبا بسيل من الفجوات (ذات شحنة موجبة) خلال البناء الذري للمادة تتجه إلى القطب السالب. يساعد على تكون تلك الفجوات الإلكترونية الموجبة تشويب المادة الشبه موصلة مثل الجرمانيوم بمشوب من مادة أخرى.

ويستخدم السيليكون لتصنيع مغظم الأجهزة التجارية التي تحتوي على مواد شبه موصلة، كما تستخدم مواد أخرى كثيرة منها الجرمانيوم وزنيخ الجاليوم الثلاثي وكربيد السيليكون. ويعرف شبه الموصل النقي بـشبه موصل "أصيل". ويتم تحسين التوصيلية، القدرة على توصيل الكهرباء، بإضافة عناصر أخرى تسمى "الشوائب" عن طريق صهرها وتركها لتبرد لتكون بلورة جديدة ومختلفة عن الأصلية وتسمى هذه العملية بعملية التشويب (إضافة شوائب إلى مادة نقية).