بحث عن الموصلات الكهربائية

مقدمة بحث عن الموصلات الكهربائية

يتمحور أي بحث عن التوصيل الكهربائي حول العنصر الأساسي، وهو الموصل الكهربائي. الموصل هو مادة تتحرك فيها حاملات الشحنة الكهربائية، وتسمى الإلكترونات، من ذرة إلى ذرة بواسطة الجهد الكهربائي. أما الموصلية، فهي القدرة على نقل مثل الكهرباء أو الحرارة. تعد الفضة النقية أفضل مثال على الموصلات الكهربائية، إلى جانب النحاس والحديد والذهب والألمنيوم، حيث تعتبر هذه المواد موصلات جيدة أيضا للكهرباء. تتكون الأنظمة الكهربائية من موصلات مصنوعة من معادن صلبة، تصبح في شكل أسلاك أو تحفر على لوحات الدوائر.

تعتبر بعض السوائل موصلات كهربائية جيدة، مثل الزئبق ومحلول الماء المالح المشبع. بينما تعد الغازات موصلات كهربائية رديئة، حيث تكون الذرات فيها متباعدة جدا ولا تسمح بالتبادل الحر للإلكترونات. ومع ذلك، إذا كانت عينة الغاز تحتوي على عدد كبير من الأيونات، فيمكن أن تكون بمثابة موصل كهربائي جيد. لذلك، تختلف الموصلات الكهربائية وأنواعها.

أنواع الموصلات الكهربائية

موصل النحاس

تختلف قدرة المعادن على توصيل الكهرباء، فالنحاس ينقسم إلى أربعة أنواع: النحاس المسحوب بقوة والذي يتمتع بشدة عالية وتوصيل كهربائي عالي، وهو الأنسب لعمليات التوزيع، ونحاس الكادميوم الذي يسهل تشغيله آليا ويتحمل ظروف الطقس والتآكل بشكل أفضل.

يتميز موصل النحاس الصلب بقلب فولاذي، حيث تحيط طبقة أو طبقتان من خيوط النحاس بموصلات نحاسية ذات قلب صلب، مما يضيف قوة الشد إلى الموصل.

موصل الألمنيوم

التنوع في الموصلات الكهربائية يشمل الموصلات المصنوعة من الألمنيوم المسحوب بقوة والموصلات المصنوعة من الألمنيوم بالصلب المقوى. يتم استخدام هذا النوع من الموصلات بسبب اقتصاديته الجيدة وارتفاع سعر الموصلات النحاسية. يتم شراء هذا النوع من الموصلات لخطوط التوزيع. ومع ذلك، الموصلات الألمنيوم ليست قوية بما يكفي لبناء خطوط طويلة، لذلك يتم تعزيزها بإضافة قلب صلب. يسمى هذا النوع من الموصلات موصل الألمنيوم ذو القلب الصلب. بالنسبة للموصلات المصنوعة من الألمنيوم والفولاذ المقوى، تحتوي على سبعة خيوط فولاذية تشكل قلبا مركزيا حولها طبقتان من الألمنيوم. تتميز هذه الموصلات بقوة تحمل عالية.

تُعرف سبائك الألمنيوم أيضًا باعتبارها نوعًا من الموصلات، حيث يتم معالجتها حراريًا، ولكنها باهظة الثمن ومُكلفة للغاية.

موصل الفسفور البرونزي

يعتبر موصل الفسفور البرونزي من الموصلات القوية التي تستخدم لفترات طويلة، فهو أقوى من الموصل النحاسي ولكن موصليته منخفضة قليلاً، كما أنه يتفوق على موصل الألمنيوم البرونزي في الظروف الجوية التي تحتوي على غازات ضارة مثل الأمونيا.

موصل ألومويلد

يتم الحصول على هذا الموصل بعد حام مسحوق الألمنيوم على سلك من الفولاذ عالي القوة، حيث يكون 75٪ من مساحة الموصل مغطى بالألمنيوم.

موصل ستانلس ستيل

هو نوع مقاوم للصدأ، ولذلك يستخدم على أسلاك وكابلات الرصاص الطبية، ولكن موصليتهتكون ضعيفة مقارنةً بموصلية النحاس، وقد يتم مطلاؤه بالذهب لتحسين التوصيل.

الفرق بين الموصل والعازل

تعتبر المواد العازلة التي لا توصل الكهرباء، مثل الغازات والبورسلين والزجاج والبلاستيك والماء المقطر، مادة مقاومة لتدفق التيار الكهربائي، وهناك عدة فروق واضحة بينها وبين المواد الموصلة.

أشباه الموصلات

يُطلق على أشباه الموصلات هذا الإسم لأنها من المواد التي تمتلك مقاومة كهربائية تقع بين المقاومة النموذجية للمعادن والمقاومة النموذجية للعوازل لذلك، فهى نوع من شبه موصلات الكهربا والتي تدخل في العديد من الإستخدامات في الدوائر الكهربائية حيث يتم التحكم في تدفق الإلكترونات، وتستخدم أيضًا في بعض الأشياء الأخرى فنجد أن الخلية الشمسية واحدة من أشباه الموصلات الحساسة للطاقة الضوئية.

أمثلة أشباه الموصلات

تعتبر أشباه الموصلات، مثل زرنيخيد الغاليوم والجرمانيوم والسيليكون، من أشهر أنواع الموصلات، حيث يتم استخدام السيليكون في صناعة الدوائر الإلكترونية، ويتم استخدام زرنيخيد الغاليوم في الخلايا الشمسية والثنائيات الليزرية وغيرها.

الثقوب والإلكترونات في أشباه الموصلات

في أشباه الموصلات، يكون حركة الإلكترونات أعلى بشكل كبير من حركة الثقوب بسبب هياكل النطاق المختلفة، وبالتالي تنتقل الإلكترونات في شريط التوصيل بينما تنتقل الثقوب في نطاق التكافؤ. وعند توصيل مجال كهربائي، تتحرك الإلكترونات بحرية كبيرة بينما تكون حركة الثقوب محدودة، ويؤدي ارتفاع الإلكترونات إلى إحداث بعض الثقوب في أشباه الموصلات. وبما أن الثقوب تتعرض لقوة أكبر من الإلكترونات، فإنها تتحرك بسرعة أكبر.

ما هي أنواع أشباه الموصلات

تنقسم أنواع الشبه الموصلة إلى الشبه الموصلة الجوهرية والشبه الموصلة الخارجية

أشباه الموصلات الجوهرية

تتألف من الجرمانيوم والسيليكون وتحتوي على 4 إلكترونات تكافؤ ولكن لديها موصلية أقل.

أشباه الموصلات الخارجية

تُقسَّم أشباه الموصِّلات الخارجية إلى نوع N ونوع P، ويتم ذلك عن طريق استبدال بعض الذرات لتحسين كفاءة أشباه الموصِّلات وجعلها أكثر فعالية، ويوضِّح هذا الجدول الفرق بين أشباه الموصِّلات الجوهرية وأشباه الموصِّلات الخارجية.

استخدامات أشباه الموصلات الكهربائية

• تستخدم في أجهزة استشعار درجة الحرارة.
• المشاركة في صناعة آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
• تستخدم في الرقائق الدقيقة.
• تستخدم في تصنيع العديد من الأجهزة الإلكترونية مثل الآلات الحاسبة واللوحات الشمسية وأجهزة الحاسوب وغيرها.
• تستخدم في صناعة الترانزيستورات ومصابيح LED بالإضافة إلى الخلايا الشمسية.

خاتمة بحث عن الموصلات الكهربائية

في نهاية هذا الموضوع، سوف تتعرف على الموصلات الكهربائية التي لها أشكال وأنواع متعددة وتستخدم بشكل كبير في الحياة اليومية، وتساعد قوانين الكهرباء في الفيزياء على فهم الموصلات بشكل أفضل. يجب أن يكون الموصل خاليا من فجوة طاقة بين نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل، ويمكن أن يكون مصنوعا من المعادن أو السبائك المعدنية أو الإلكتروليت أو الجرافيت أو البوليمر. يتميز المعدن بموصلية عالية ومقاومة منخفضة، مما يسمح للإلكترونات بالتوزع بين ذرات المادة بسرعة في نطاق التوصيل.