الدرس الخامس: الموصلات والعوازل

أمسك قضيباً بلاستيكياً أو مشطاً من منتصفه وادلك أحد طرفيه، ستجد أن الطرف المدلوك فقط أصبح مشحوناً؛ أي أن الشحنات التي انتقلت إلى البلاستيك بقيت في المكان الذي وضعت فيه ولم تتحرك. وتسمى المادة التي لا تنتقل خلالها الشحنة بسهولة مادة عازلة. فالزجاج والخشب الجاف ومعظم المواد البلاستيكية والملابس والجو الجاف جميعها عوازل جيدة.
افترض أنك وضعت قضيباً فلزياً فوق قضيب بلاستيكي معزول. فإذا لمست بعد ذلك أحد طرفي القضيب الفلزي بمشط مشحون فستجد أن الشحنة تنتشر بسرعة داخل القضيب الفلزي. وتسمى المادة التي تسمح بانتقال الشحنات خلالها بسهولة مادة موصلة. وتعمل الإلكترونات على نقل الشحنة الكهربائية أو توصيلها خلال الفلز. لذا تعدل الفلزات موصلات جيدة؛ لأنه يوجد في كل ذرة إلكترون واحد على الأقل يمكن أن ينفصل عنها بسهولة. وتؤثر هذه الإلكترونات وكأنها تابعة لذرات الفلز جميعها وليس لذرة معينة؛ أن تتحرك هذه الإلكترونات بحرية خلال قطعة الفلز. والشكل التالي يقارن بين سلوك الشحنات عندما توضع على موصل، وسلوكها عنما توضح على عازل. فالنحاس والألومنيوم موصلان ممتازان؛ لذا فهما يستخدمان لنقل الكهرباء. وتعد البلازما – وهي غاز متأين بدرجة كبيرة – والجرافيت موصلين جيدين للشحنة الكهربائية.

تطبيق الفيزياء:
موصل أم عازل؟

Amazing minal من المفيد تصنيف عنصر على انه موصل فقط او عازل فقط الا ان تصنيف قد يختلف اعتمادا على الشكل الذي يتخذه العنصر فالكربون مثلا يكون عازلا في حاله الالماس اما في الجرافيت فيوصل الشحنه لان ذرات الكربون في الالماس ترتبط بقوه مع اربع ذرات كربون اخرى اما في حاله الجرافيت فتكون ذرات الكربون ثلاثه روابط قويه ورابطه رابعه ضعيفه تسمح للالكترونات بحركه محدوده لذا يكون الجرافيت اكثر موصريه من الالماس رغم ان كليهما يتركب من ذرات الكربون

 

عندما يصبح الهواء موصلا:
يعد الهواء عازلا الا انه تحت ظروف معينه تتحرك الشحنات خلاله كما لو كان موصلا فالشراره الكهربائيه التي تحدث بين اصبعك ومقبض الباب الفلزي بعد ذلك قدميك بالسجاد تفرغ الشحنات من جسمك كما هو موضح في الشكل فيصبح متعادلا لان الشحنات الزائده الموجوده عليه قد انفصلت عنه.
وبالمثل يفرغ البرق شحنات السحب الرعديه في كلتا الحالتين يصبح الهواء موصلا للحظات فقط ولكنك تعرف انه يجب ان يحتوي الموصل على شحنات حره الحركه فمن اين تاتي هذه الشحنات في حاله الهواء العازل او البرق يجب ان تتكون جسيمات مشحونه حره الحركه في الهواء المتعادل وفي حاله البرق تكون الشحنات الزائده في الغيمه وعلى الارض كبيره بشكل كافي لفصل الالكترونات من جزيئات الهواء وتتكون نتيجه ذلك البلازما التي تتكون من الالكترونات والذرات الموجبه الشحنه والذرات السالبه الشحنه والتي تعد موصلا ويولد تفريغ الشحنات التي يحدث بين الارض والسحب الرعديه من خلال هذه الموصلات شرارا لامعا يسمى البرق اما في حاله اصبعك ومقبض الباب الفلزي