تختلف ناقلية المواد للكهرباء من مادة إلى أخرى، سنتحدث في هذا المقال عن أهم أنواع الموصلات الكهربائية. كما سنتعرف شروط التي يجب أن تتوافر في مادة ما حتى تكون ناقلة للتيار الكهربائي. و كيف تختلف المواد نصف الناقة عن المواد الغير ناقلة أو العازلة للكهرباء.
ما هي الموصلات الكهربائية؟
المواد الموصلة هي تلك التي يمكنها توصيل الكهرباء بدرجة أكبر أو أقل. تسمح هذه الأنواع من المواد للإلكترونات بالتدفق بحرية وانسيابية من نقطة إلى أخرى إذا كانت متصلة بمصدر طاقة. المعادن مثل النحاس والحديد والذهب والألمنيوم والفضة هي أفضل المواد لتوصيل الكهرباء.
يتم قياس الموصلية الكهربائية للمادة من خلال الأقطاب الكهربائية في محلول مائي معياري عند درجة حرارة معينة. نتيجة القياس هي المحتوى الأيوني للمادة ، مما يجعل من الممكن تحديد قدرتها على التوصيل الكهربائي.
شروط اعتبار مادة ما موصلة للتيار الكهربائي:
- لا تقدم أي مقاومة للتيار الكهربائي الذي يمر عبرها ، مما يضمن تداولها الحر.
- إنها تسمح بالتدفق الحر للإلكترونات بين الجسيمات ، مما يسهل توصيل الكهرباء. يستخدم النحاس كمرجع لقياس ومقارنة مستويات الموصلية للمواد الأخرى.
- لديهم عدد كبير من الإلكترونات الحرة التي تتحرك من خلالها ، مما يسهل انتقال الشحنة من جسم إلى آخر.
- لديهم بنية ذرية تسمح للكهرباء بالتدفق دون الحاجة إلى كمية كبيرة من الطاقة لمرور الإلكترونات بين ذرة وأخرى.
- إنها مرنة للغاية – أي يمكن التعامل معها دون أن تنكسر.
- تتمتع بمقاومة عالية ضد التآكل ، ويمكن أن تتعرض لظروف قاسية ، مثل درجات الحرارة المرتفعة ، دون أن تتأثر.
- لديهم طبقة عازلة بحيث لا يتلامس التيار الكهربائي مع السطح حيث يتم استخدامه محليًا أو صناعيًا.
ما هي أنواع الموصلات الكهربائية الموجودة؟
تصنف المواد الموصلة حسب طريقة توصيل الكهرباء.
- الموصلات المعدنية: تحمل الإلكترونات الحرة الشحنة ، لذلك يكون التوصيل كهربائيًا. تنتمي كل من المعادن والسبائك (اندماج واحد أو أكثر من المعادن) إلى هذا التصنيف.
- الموصلات الغازية: تكون في حالة غازية وتخضع لعملية تأين حيث تكتسب أو تفقد إلكترونات ؛ هذا يمنحهم القدرة على توصيل الكهرباء.
- الموصلات الإلكتروليتية: يحدث التوصيل الكهربائي في هذه المواد من خلال تفاعل كيميائي يقسم المادة الحاملة للشحنة إلى أقطاب موجبة وسالبة. مع هذا النوع من المواد ، يتدفق التيار الكهربائي كما يتم إزاحة المادة.
كيف تختلف الموصلات الكهربائية عن نصف الناقلة و العازلة ؟
على عكس المواد الموصلة ، تمنع المواد العازلة تدفق الشحنات الكهربائية ، وقد تسمح أشباه الموصلات بتوصيل الطاقة الكهربائية وتوقفها. تحمي المواد العازلة أيضًا التيارات الكهربائية من الاتصال بالمصادر والتيارات الأخرى. من ناحية أخرى ، تقوم مواد أشباه الموصلات بتوصيل الكهرباء في ظل ظروف محددة وفي اتجاه واحد فقط مع منعها من التدفق في الاتجاه المعاكس.
تشمل المواد العازلة المطاط والخشب والبلاستيك والسيراميك ؛ بعض أشباه الموصلات هي السيليكون والجرمانيوم والكبريت.
أمثلة عن المواد الناقلة للتيار الكهربائي:
- الفضة: تعتبر أفضل موصل للكهرباء بالرغم من أنها تستخدم في حالات معينة فقط بسبب تكلفتها العالية.
- نحاس مصلد: هذه هي المادة الموصلة بامتياز. في حين أنه لا يحتوي على نفس الموصلية مثل الفضة ، فإن تكلفته المنخفضة تعني أنه يتم استخدامه في معظم أنظمة الأسلاك في الآلات والأجهزة.
- الذهب: مثل الفضة ، يستخدم كموصل في تطبيقات محددة مثل الهواتف أو الساعات.
- الصلب والألمنيوم: يتميزان بتكلفتهما المنخفضة وقابليتهما العالية للتوصيل. كثيرا ما تستخدم في المناطق الصناعية.
- البرونز: له خصائص مشابهة للفضة والذهب ، مما يعني أنه عالي التوصيل ولكن له تكلفة عالية لاستخدامه بانتظام.
- الهيدروجين: غاز ممتاز ذو موصلية كهربائية عالية. ومع ذلك ، فإنه يميل إلى بعض عدم الاستقرار الكيميائي عندما يمر خلال عملية التأين.
- الزئبق: على الرغم من عدم استخدامه في كثير من الأحيان بسبب مستوياته العالية من السمية ، يمكن أن تكون هذه المادة في حالة غازية أو سائلة أو صلبة ، اعتمادًا على درجات الحرارة التي تتعرض لها.
- المحاليل الملحية: هذه هي موصلات مثالية بسبب عملية تأين الأملاح في الأوساط المائية.
- الجرافيت: تتكون هذه المادة العضوية من سلاسل كربون وتستخدم لتوصيل الدوائر الكهربائية.
اقرأ المزيد :
