المواد الموصلة للكهرباء هي تلك التي تتكون من الإلكترونات في المدار الخارجي حيث يتم تحرير ذراتها ، وتتحرك في حركة عشوائية بين الذرات إذا تعرضت لفرق جهد.
والمقصود هنا أن الإلكترونات تعمل على تكوين تيار كهربائي. من أمثلة المواد الموصلة للكهرباء النحاس والفضة والألمنيوم ومعظم المعادن الأخرى. أما بالنسبة للمواد العازلة الكهربائية فهي مقاومة.
تلك المواد الصلبة لها قوة جذب النواة نحو إلكترونات المدار الخارجي فلا تتحقق القدرة على الهروب من الذرة ومن أمثلة المواد العازلة الكهربائية الورق والزجاج والبلاستيك.
تحتوي النواة على نوعين من الأجسام ، أحدهما موجب الشحنة ويسمى البروتونات ، والآخر محايد الشحنة ويسمى بالنيوترونات ، وتدور النواة حولهما ، وهي تسمى الإلكترونيات.
هذه المكونات الإلكترونية مشحونة سلبًا بمدارات ثابتة. يعتمد الإنسان في جميع مجالات الأنشطة اليومية على استخدام الكهرباء. يسمى تدفق الشحنات الكهربائية بالتيار الكهربائي.
ما هي الموصلات الكهربائية؟
تعتبر من المواد التي تسمح بمرور الكهرباء ، وتضاف إلى المعادن كمواد موصلة للكهرباء وغيرها من المواد مثل الأحماض والمحاليل والكربون والقواعد ، وتتميز هذه المواد باحتوائها على إلكترونات حرة.
في مداره الأخير يكون متحركًا عندما يكون هناك قوة خارجية تدفعه للتحرك ، وأفضل وأهم الموصلات الكهربائية هي المعادن والفضة والألمنيوم والنحاس والذهب.
يعتبر النحاس من المعادن المفضلة والأكثر شهرة في التمديدات الداخلية والأجهزة المنزلية ، ويرجع ذلك إلى جودته وقلة تكلفته على عكس الذهب والفضة ، لذا فإن تكلفته مرتفعة للغاية.
بعض السوائل ، مثل الماء والمحاليل مثل المحاليل الملحية ، فعالة في توصيل التيار الكهربائي. يوصى بتجنب وضع الكابلات الكهربائية في المقبس عندما تكون يدك مبللة بالماء.
ولكي لا يتعرض الشخص للصعق بالكهرباء يتم تحويل بعض الغازات عند تعرضها لدرجات حرارة عالية وتسمى البلازما وتعتبر من أنواع الموصلات الكهربائية ومصابيح الفلورسنت أمثلة على هذه البلازما.
وتتأثر كفاءة الموصلات الكهربائية بالحرارة ، لذلك يفضل وجود درجات حرارة منخفضة حولها تؤدي وظيفتها بقدرة وكفاءة عالية ، وكذلك التركيب الذري للمادة والمواد الموصلة والعازلة وتصنيفها.
الفرق بين الموصلات الكهربائية والعوازل.
المواد التي لا يمر من خلالها التيار الكهربائي تسمى العوازل ، أي أنها ليست موصلة للكهرباء ، ويرجع ذلك إلى قوة الرابطة الكبيرة الموجودة بين النواة والإلكترون ، وهي حرة.
تشمل الأمثلة الغازات بجميع أنواعها ، وبعض السوائل والمواد الصلبة أو القوية المستبعدة من الكربون والمعادن والمواد العازلة التي تعتبر ضرورية ومهمة عند ملامستها للتيار مثل البلاستيك.
الفرق بين الموصلات الكهربائية وأشباه الموصلات.
أشباه الموصلات هي تلك التي تسمح بمرور ضعيف للكهرباء ، بالإضافة إلى كونها عازلاً ، فهي تسمح بضبط قدرتها على التوصيل الكهربائي ، والمواد المستخدمة هي السيليكون.
يوجد الجرمانيوم في الإلكترونات التي يتكون منها التلفزيون والراديو والترانزستورات والآلات الحاسبة ، وتسمى الموصلات الكهربائية الموصلات الكهربائية. تعد المعادن من بين أكثر المواد الموصلة للكهرباء.
أشهر المعادن الموصلة للكهرباء.
هناك معادن معروفة ومميزة يمكنها توصيل الكهرباء ، ومنها الفضة ، وهي من المواد الموصلة المفضلة للتيار الكهربائي ، لاحتوائها على إلكترونات حرة.
عندما تمر الكهرباء عبر المعادن ، فإنها تحرك الإلكترونات في المعدن حتى تتمكن من المرور خلالها ، وبالتالي كلما زاد عدد الإلكترونات الحرة في المعدن ، زادت الموصلية الكهربائية.
لذلك فهي لا تعتبر من أكثر المواد استخداما في مجال التوصيل الكهربائي ، ويرجع ذلك إلى ارتفاع تكلفتها الباهظة ، حيث يعتبر النحاس من المواد التي توصل الكهرباء بأقل من الفضة ، ولكنها منخفضة التكلفة.
بتكلفة أقل للفضة ، يتم استخدامها بشكل شائع عند الحاجة إلى عدد كبير من المواد الموصلة للكهرباء.الألومنيوم أكثر قدرة على التوصيل مقارنة بالوزن من النحاس بسبب تكلفته المنخفضة.
ومع ذلك ، فإن استخدام الألمنيوم ينطوي على سلسلة من العيوب ، ومن أهمها وأشهرها ميل الألمنيوم لتشكيل أو تكوين ما يسمى بأكسيد للتوصيل الكهربائي للمحولات الكهربائية.
وهو ما يمكن أن يسبب زيادة في درجة حرارة الموصل ، لذلك يتم استخدام هذه المادة في خطوط النقل التي تتميز بالجهد العالي والمغلفة بالفولاذ لمنحها حماية إضافية ، بينما الذهب هو موصل.
يعتبر من الموصلات الجيدة للكهرباء ، بالإضافة إلى أنه لا يتأكسد عند تعرضه للهواء كالصلب والنحاس ، لأنه غالي الثمن في السعر ، لذلك يستخدم الذهب فقط لاستخدامات محددة ومحددة. أمور.
في الموصلات الكهربائية الصغيرة ، الفولاذ عبارة عن سبيكة من الحديد وهو موصل مهم وجيد للكهرباء ، ولكنه مادة أكالة للغاية في الهواء ، لذلك يتم استخدامه لإحاطة الموصلات الأخرى.
المعادن التي لا تعتبر موصلات كهربائية جيدة هي البلاستيك ، والخشب الجاف ، والزجاج ، والمطاط ، والماس ، والهواء والماء فقط ، وتتميز المياه المالحة بموصلية كهربائية جيدة وهامة.
الموصلية الكهربائية
تُعرّف الموصلية الكهربائية بأنها قدرة المادة على تحمل تدفق الشحنات ، على سبيل المثال ، عندما يتم توصيل طرفي البطارية بجلفانومتر وشريط حديد ، فإن الجلفانومتر هو جهاز يستخدم في الكهرباء.
لقياس التدفق الكهربائي والذي سيُظهر تدفق التيار الكهربائي عبر الشريط الحديدي ، فهذا يعني أن مادة الحديد هي إحدى المواد الموصلة للتيار الكهربائي وأن المعادن مختلفة.
بفضل قدرتها على توصيل الكهرباء ، سيكون للألمنيوم والفضة قراءات أعلى للجلفانومتر مما قد يظهر باستخدام الحديد ، وعند استخدام الرصاص ، ستعطي قراءة أقل ، نظرًا لضعفها.
مكونات أشباه الموصلات
تتكون أشباه الموصلات بشكل أساسي من الجرمانيوم والسيليكون ، بالإضافة إلى زرنيخيد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم أو كبريتيد الرصاص.
هناك العديد من المواد الأخرى التي يمكن استخدامها كأشباه موصلات ، وبعض المواد البلاستيكية تصنع كأشباه موصلات وتستخدم في صناعة الثنائيات.
التي ينبعث منها الضوء وتعرف باسم LEDs ، ولأن البلاستيك مادة مرنة يمكن تشكيلها في أشكال مختلفة ، فإن التركيب الذري للمادة والمواد الموصلة والعازلة وتصنيفها مهم.
أنواع أشباه الموصلات
تتشكل أشباه الموصلات بعد إضافة الشوائب إلى المواد ، وتعتمد كمية النقص أو الزيادة في موصلية العنصر على كمية ونوع الشوائب المضافة ، وبالتالي توصف بأنها أشباه موصلات.
يحتوي على نوعين رئيسيين ، وهما أشباه الموصلات السالبة ، والتي تحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات الحرة ، مما يعني أنها تتمتع بموصلية أعلى ، والنوع الثاني من أشباه الموصلات.
أشباه الموصلات الموجبة هي أشباه موصلات تحتوي على عدد قليل من الإلكترونات الحرة ، مما يعني أن موصليةها أقل ، وقد استخدم المصطلح لأول مرة في العالم.
كاشفات أشباه الموصلات
عندما تدخل الحزمة المؤينة إلى أشباه الموصلات ، يتم إطلاق الإلكترونات من ذراتها ، وتتشكل الثقوب الموجبة الشحنة لأنها فقدت الإلكترونات ، ويكون التكوين عند أقطاب أشباه الموصلات مع التيار.
من الممكن التضخيم باستخدام مكبر إلكتروني ، ومن ثم يمكن عده ، ويتم عمل أو تصميم كاشفات أشباه الموصلات باستخدام العديد من التقنيات المتقدمة ، بما في ذلك المنشطات واستخدام المجالات الكهربائية.
في المجالات الكهربائية لأشباه الموصلات ، من أجل نقل وتضخيم الشحنات الناتجة عن أشباه الموصلات ، يتسبب الإشعاع المؤين الداخلي في تكوين أزواج من الإلكترونات سالبة الشحنة وكذلك الثقوب.
وهي مشحونة موجبة وتوجه كل منها إلى قطب العداد ليتم شحنها بأشباه الموصلات ، وتستند إلى سلسلة من أزواج الإلكترونات والثقوب التي يمكن توليدها في الفراغات.
يختلف تكوين السحابة المشحونة في أشباه الموصلات ، وهذا يعتمد على نوع الحزمة المؤينة المتساقطة ، ومن الممكن أن تتولد الجسيمات الأولية المشحونة وتنطلق في أشباه الموصلات.
في شحنات أشباه الموصلات يتم إطلاقها في مسارها ، ومن ناحية أخرى ، تسقط الفوتونات ، بالتأثير الكهروضوئي ، عند نقطة الاصطدام بإحدى ذرات أشباه الموصلات ، وتمتص الفوتون تمامًا.
استخدامات كاشفات أشباه الموصلات
تتميز كاشفات أشباه الموصلات بالقدرة الكبيرة والعالية على التمييز بين طاقات الجسيمات المتساقطة ، ومن الممكن أيضًا عمل تصميم محدد لتحديد اتجاه سقوط الحزمة واستخدامها في البحث.
قام بالعديد من الأبحاث العلمية ، مثل دراسة طيف الأشعة تحت الحمراء ، وتحليل مضان الأشعة السينية ، وكذلك دراسة الجسيمات الأولية ، ويستخدم أيضًا في بناء كاشف أطلس.
أحد مصادر الهادرونات الكبيرة ، يستخدم كاشف أشباه الموصلات لأجهزة الاستشعار البصرية وكاشفات البكسل في الكاميرات الرقمية ، والتي يمكن تصنيع عدة ملايين منها.
كيفية التطعيم على أشباه الموصلات
المنشطات الإلكترونية هي عملية تصنيع تقوم بتحويل نواة أشباه الموصلات من شبه موصل داخلي إلى شبه موصل خارجي عن طريق إضافة كمية صغيرة من المواد.
مادة غنية بالإلكترونات ، أو بإضافة مادة ناقصة في الإلكترونات ، وهذه الأخيرة تسمى فجوة الإلكترون ، وتتحرك الكهرباء في الجهاز مع حركة الإلكترونات.
وهي سالبة الشحنة وتحرك الثقوب الموجبة الشحنة ، ويستخدم الزرنيخ الثلاثي الغاليوم النقي كحامل للسبيكة ، حيث أنه شبه موصل وعندما يتم إضافة كمية منه ، يمكن أن يكون صغيرًا.
من مادة مانحة وتحتوي على خمسة إلكترونات ، مثل الفوسفور والزرنيخ والأنتيمون أو العناصر الأخرى الموجودة في المجموعة الخامسة من الجدول الدوري ، إلى السيليكون النقي.
ثم يتم تشريب بلوراته أو تضمينها في هذا الوقت مع بلورة شبه موصلة سالبة ، ولكن إذا تمت إضافة مادة متطايرة إلى البلورة النقية ، فهي أحد العناصر الموجودة في المجموعة الثالثة وهي كذلك.
تحتوي ذراته على ثلاثة من الإلكترونات ، لذلك ستشكل الإلكترونات الثلاثة رابطة تساهمية مع إلكترونات الذرات المجاورة لها ، وتبقى الرابطة الرابعة غير مكتملة.
هذه الرابطة غير مكتملة تمامًا ، والتي من المحتمل أن تؤدي إلى تكوين فجوة إلكترونية تسمى البلورة ، وهذا النوع عبارة عن بلورة شبه موصلة موجبة ، والتركيب الذري مهم.