الفيزياء

الطاقة الكهربائية وأهمية الموصلات

الطاقة الكهربائية وأهمية الموصلات


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ينتج عن تدفق الإلكترونات عبر موصل تيار كهربائي. بحكم التعريف ، هناك عاملان أساسيان يسهلان التيار الكهربائي.

أولاً ، ستحتاج إلى تدفق الإلكترونات ، والذي يتم بواسطة فرق الجهد. التالي هو الموصل وهو مادة تمكن الإلكترونات من التدفق.

ذات صلة: 3+ أنواع مختلفة من محطات توليد الطاقة التي تولد الكهرباء لنا

ولكن لماذا تحتاج الكهرباء إلى موصل لقطع مسافة؟ لماذا لا تتدفق ببساطة من خلال أي مادة؟ دعونا نراجع!

كيف تتدفق الكهرباء من خلال موصل؟

لفهم الحاجة إلى موصل ، يجب علينا أولاً أن نفهم كيف تتحرك الإلكترونات عبر موصل وكيف تتصرف في عازل.

في الموصل ، يمكن للقوى الكهروستاتيكية الضعيفة أن تؤثر على الإلكترونات في الغلاف الخارجي ، وتسمى أيضًا المدار. هذا يعني أن نواة الذرة ليست قوية بما يكفي لإبقاء كل الإلكترونات داخل الذرة.

عندما نطبق جهدًا كهربائيًا أو EMF (القوة الدافعة الكهربائية) في نهايات الموصل ، فإن الإلكترونات الضعيفة الإمساك بها تتحرر من الذرات وتبدأ في التحرك داخل الموصل. يخلق هذا التدفق للإلكترونات تيارًا كهربائيًا يحمل الطاقة الكهربائية من مصدر EMF.

إذا أخذنا حالة النحاس ، فإن كل ذرة نحاسية بها 29 إلكترونًا. تحتوي القشرة الأولى أو الغلاف الداخلي لذرة النحاس على إلكترونين.

يحتوي الغلاف الثاني على 8 إلكترونات ، وهو الحد الأقصى الذي يمكن أن تستوعبه الغلاف. يحتوي الغلاف الثالث على 18 إلكترونًا ، ويحتوي الغلاف الخارجي على إلكترون واحد فقط.

هذا الترتيب يجعل الإلكترون الموجود في الغلاف الخارجي شديد الحركة ويستجيب للمجالات الكهربائية. وهو أيضًا سبب كون النحاس موصلًا ممتازًا للكهرباء.

ما الذي يجعل العازل؟

العازل هو عكس الموصل حيث لا تحتوي المادة على العديد من الإلكترونات الحرة للتنقل بينها. يحدث هذا عندما تمسك النواة الإلكترونات في الذرة بإحكام ، مما يجعلها شديدة المقاومة لتأثيرات EMF.

لذا ، فإن الموصلية تعتمد بشكل أساسي على الذرة وخصائصها.

كيف يختلف المقاوم عن العازل؟

تجد المقاومات تطبيقات واسعة في الدوائر الكهربائية للتحكم في التدفق الحالي. لكن إذا كانت الموصلات تسمح بتدفق الكهرباء والعوازل تحجب نفسه ، فما هو الغرض من المقاومات؟

تعمل المقاومات على تقليل التيار الكهربائي الذي يمر عبر الدائرة عن طريق تقييد تدفق التيار. على عكس العازل ، لا يمنع المقاوم تدفق التيار الكهربائي.

إنه يقيد فقط تدفق التيار الكهربائي إلى درجة معينة. ويمكنك ضبط مستوى مقاومة المقاوم نظرًا لوجود طبقات مختلفة للمقاومات.

ما الذي يجعل المعادن موصلات جيدة للكهرباء؟

كما ناقشنا أعلاه ، فإن تدفق الكهرباء ممكن فقط إذا كانت هناك إلكترونات تتحرك في المادة. يُعد الغلاف الخارجي للذرة أحد أفضل الطرق لتحديد موصلية المادة.

المعادن لها غلاف خارجي غير مكتمل. هذا يعني أن الغلاف الخارجي لذرة المعدن يحتوي على عدد أقل من الإلكترونات مما يمكنها ملؤه بالكامل. لذلك ، هذه الإلكترونات حرة في التحرك داخل المعدن ببساطة عن طريق تطبيق قوة دافعة كهربائية كافية.

المواد مثل المطاط لها غلاف خارجي محكم في ذراتها. لذلك ، حتى إذا قمت بتطبيق EMF كبير بما يكفي على المادة ، فلن تسمح للذرات بالتدفق.

هذا هو سبب استخدامنا لمشتقات المطاط أو البلاستيك لعزل الأسلاك النحاسية.

بشكل عام ، المواد التي لها مدار أو غلاف خارجي كامل هي عوازل جيدة. والمواد التي تحتوي على أقل من أربعة إلكترونات خارجية تعتبر موصلات ممتازة.

تحتوي المعادن على أقل من 4 إلكترونات في مداراتها الخارجية.

كيف تتدفق الإلكترونات داخل الموصل؟

عندما نستخدم مصطلح "التدفق" مع الإلكترونات ، فإنه يؤدي أحيانًا إلى سوء تفسير مفاده أن الإلكترونات من أحد جانبي الموصل ستتدفق إلى الجانب الآخر ، بينما يعمل الموصل نفسه كطريق سريع. ومع ذلك ، فهذه ليست الطريقة التي تتحرك بها الإلكترونات داخل الموصل.

سينتقل الإلكترون المنطلق من ذرة واحدة إلى الغلاف الخارجي للذرة المجاورة. تخلق هذه الحركة عدم استقرار داخل الذرة مما يؤدي إلى عدد غير متناسب من الإلكترونات والبروتونات.

لذلك ، تقفز ذرة من الغلاف الخارجي إلى ذرة مجاورة أخرى. وتستمر هذه العملية في التكرار.

ومن ثم ، فإن الإلكترون من جانب واحد من الموصل لا يذهب مباشرة إلى الجانب الآخر. بدلاً من ذلك ، ينتقل إلى ذرة أخرى ويتسبب في انتقال الإلكترون الخارجي لتلك الذرة إلى الذرة التالية.

هل يحدث تدفق الإلكترون في الموصلات بدون EMF؟

نعم ، حتى بدون المجالات الكهرومغناطيسية ، تكون إلكترونات التكافؤ في الموصل في حالة حركة ثابتة من ذرة إلى أخرى. ومع ذلك ، فإن اتجاه الإلكترونات يكون بترتيب عشوائي.

وبالتالي ، يتم إلغاء الشحنة الإجمالية للموصل ، وبالتالي صفر.

ما هي افضل الموصلات الكهربائية؟

نستخدم النحاس في معظم التطبيقات الكهربائية. ومع ذلك ، فإن أفضل موصل كهربائي هو الفضة.

فضة يحتوي على إجمالي 47 إلكترونًا مع إلكترون واحد تكافؤ في الغلاف الخارجي. الطاقة العالية لهذا الإلكترون تجعله عرضة للحركة حتى من EMF صغير جدًا.

هذه الخاصية الفضية تجعلها موصلا عظيما. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع السعر ، فإن استخدام الفضة في التطبيقات الكهربائية محدود.

النحاس هو ثاني أكثر المعادن موصلة للكهرباء مع 29 إلكترونًا داخل إلكترون تكافؤ واحد في الغلاف الخارجي. النحاس 8.5 × 1028 الإلكترونات الحرة لكل متر مكعب في درجة حرارة الغرفة.

ذهب هو ثالث أكثر الموصلات كفاءة. يحتوي على 79 إلكترونًا مع إلكترون تكافؤ واحد في الغلاف الخارجي.

يعتبر جسم الإنسان أيضًا موصلًا جيدًا للكهرباء بسبب الأيونات (البوتاسيوم والصوديوم والحديد وما إلى ذلك) الموجودة فيه. تتحرك هذه الأيونات بحرية عبر سوائل الجسم وتجعل أجسامنا عرضة للشحنات الكهربائية.

ذات صلة: هنا 9 من أهم الاختراعات الكهربائية على الإطلاق

الكهرباء ظاهرة مثيرة ومثيرة للاهتمام بلا شك. ومع ذلك ، بدون الموصلات ، لن يكون من الممكن استخدام هذه الطاقة بالطريقة التي نستخدمها اليوم.

الموصلات هي الجسور للكهرباء ، وهي تعمل على إبقاء أجهزتنا قيد التشغيل وجاهزة للاستخدام.


شاهد الفيديو: وأخيرا تم الكشف عن السر الأساسي وراء بناء الأهرامات (شهر اكتوبر 2022).