ما هي التوصيلية الكهربائية (الناقلية)

1 إجابة واحدة
مهندسة تقنية
أتمتة صناعية, كلية الهندسة التقنية

يعتمد تصنيف المواد في الطبيعة من وجهة نظر كهربائية؛ على مدى ناقليتها للكهرباء، وبناءً على ذلك، تُصنف المواد إلى ثلاثة أصناف رئيسية: المواد الناقلة، والمواد العازلة، والمواد نصف الناقلة. تُعرف الناقلية الكهربائية أو الموصلية الكهربائية؛ بأنها خاصّية تحدد مدى سماحية المادة لنقل التيار الكهربائي من خلالها أو بمعنى آخر؛ مدى جودة توصيل مادة معينة للكهرباء.

يمكننا أيضًا تعريف الموصلية بشكلٍ آخر، وهي مقدار الجهد المطلوب لتدفّق كمية من التيار الكهربائي، ويتحدد ذلك بشكلٍ خاص من خلال عدد الإلكترونات في الطبقة الخارجية. حسنًا، لنعطي فكرة أولًا عن ماهية الكهرباء وكيف يتدفق التيار.. أنت تعلم أن كل شيء في كوننا مؤلف من ذرات صغيرة، وداخل كل ذرة يوجد البروتونات (موجبة الشحنة) والإلكترونات (سالبة الشحنة) والنيوترونات (معتدلة الشحنة).

تتميز النيوترونات والبروتونات بأنها أكبر بكثير من الإلكترونات؛ وهي مجتمعة معًا في نواة الذرة؛ لا يمكنها التحرّك بعيدًا عن مجال النواة، أما الإلكترونات؛ فيمكنها التواجد في المجال المحيط بالنواة، وتتمتع بحرّية في الحركة أكثر من البروتونات والنيوترونات. الالكترونات جسيمات مشحونة، إذ يمتلك كل الكترون شحنة سالبة صغيرة يحملها معه أينما ذهب، ونظرًا لأن الإلكترونات يمكنها التحرك بسهولة داخل الذرة؛ فيمكنها الانتقال أيضًا من ذرة إلى أخرى في نفس الاتجاه. يسمى تدفق الإلكترونات المشحونة عبر مادة ما بالتيار الكهربائي.

إذن، تتميز المواد الناقلة بامتلاك ذراتها للالكترونات الحرة، التي تحمل الشحنة الكهربائية وتنقلها عبر ذرات المادة، وبالتالي تؤدي إلى مرور التيار الكهربائي عبرها، ويمكننا التعبير عن هذا الوصف بقولنا أن المواد الناقلة ذات مقاومة نوعية منخفضة. هناك عامل آخر مساعد وهو عدد الذرات لكل وحدة حجم، والتي يمكنها تحديد عدد الإلكترونات التي ستنتقل بسهولة استجابةً للمجال الكهربائي المتولّد.

تعتبر المعادن بشكلٍ عام مثال جيد على المواد الناقلة مثل النحاس والألمنيوم، وتقع على يسار الجدول الدوري، بينما تسمى المواد ذات الموصلية المنخفضة بالعوازل (المواد العازلة كما أسلفنا الذكر)؛ وكمثال عليها لدينا المطاط والزجاج، وأما أشباه الموصلات، فكمثال عليها لدينا السيليكون والجرمانيوم.

بشكلٍ عام، القطعة المعدنية كتلة من الذرات المعدنية؛ وفي الذرات الفردية، ترتبط الكترونات التكافؤ بشكل فضفاض بنواة الذرة، أي كما قلنا تملك حرية الحركة خارجها. عند درجة حرارة الغرفة؛ تمتلك الإلكترونات طاقة حركية كافية لتمكّنها من التجول بعيدًا عن مواقعها الأصلية (عن النواة)، ولكن من جهةٍ أخرى؛ هذه الطاقة ليست كافية لإخراج الإلكترونات من الكتلة نفسها بشكل نهائي بسبب الطاقة الكامنة للسطح (الطبقة الخارجية للذرات). وهكذا، تكون الذرات متأينة في مواقعها (تُترك بشحنة موجبة صافية) ويشار إليها باسم النوى الأيونية، وعمومًا، فإن المعادن محايدة كهربائيًا بسبب تساوي الأيونات والإلكترونات وتعاكس شحناتها، طبعًا مع التذكير بأن إلكترونات التوصيل ترتبط بكتلة المعدن ككل وليس بالنواة.

ترتبط الموصلية الكهربائية ارتباطًا وثيقًا بالمقاومة، حيث يمكننا تحديد الموصلية من القانون التالي:

حيث يشير الرمز سيغما σ إلى الموصلية الكهربائية وتقدر بالمتر/أوم m/Ohm، وأما الرمز رو ρ فيشير إلى الناقلية ويقدر أيضًا بالمتر/أوم.  إذا أردنا معرفة مقاومة سلك ما، سواء نحاس أو ألمنيوم أو غيره، فنستخدم المعادلة التالية:

حيث الرموز الجديدة هي A وتعبر عن مساحة المقطع العرضي للسلك، وتُقدر بالمتر المربع m2، و l تعبّر عن طول السلم مقدّرًا بالمتر m.

أكمل القراءة

216 مشاهدة

0

هل لديك إجابة على "ما هي التوصيلية الكهربائية (الناقلية)"؟