التركيب الذري للمواد الموصلة والعازلة وتصنيفها يعتبر التركيب الذري للمواد والمواد الموصلة والعازلة وتصنيفها موضوعًا مهمًا للغاية، ويجب دراسته بدقة وتفصيل لفهم طبيعة التركيب الذري ومعرفة الموصلية ومواد عازلة.
التركيب الذري وتصنيف المواد والموصلات والعوازل
- المواد التي تحمل الكهرباء هي تلك التي يتم إطلاق إلكتروناتها المدارية الخارجية من ذراتها، وتتحرك بشكل عشوائي بين الذرات عندما تتعرض لفرق جهد.
- وهذا يعني هنا أن تلك الإلكترونات تعمل لتكوين تيار كهربائي، ومن أمثلة المواد الموصلة للكهرباء النحاس والفضة والألمنيوم ومعظم المعادن الأخرى، بينما المواد العازلة صلبة.
- تلك المواد التي يصعب انجذابها للنواة إلى الإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي، لا يمكنها الهروب من الذرة، ومن أمثلة المواد العازلة الكهربائية الورق والزجاج والبلاستيك.
- تحتوي النواة على نوعين من الأجسام، أحدهما موجب الشحنة ويسمى البروتونات والآخر مشحون بشكل محايد ويسمى بالنيوترونات، وتحيط بهما النواة تسمى الإلكترونات.
- هذه الإلكترونات مشحونة سلبًا في مدارات ثابتة. يعتمد الناس في جميع جوانب الأنشطة اليومية على استخدام الكهرباء. يسمى تدفق الشحنات الكهربائية بالتيار الكهربائي.
ما هي الموصلات الكهربائية؟
- وهي من المواد التي تسمح بمرور الكهرباء وتضاف إلى المعادن كموصلات للكهرباء ومواد أخرى مثل الأحماض والمحاليل والكربون والقواعد وتوصف هذه المواد بأنها تحتوي على إلكترون حر.
- له مدار محدد ويمكن تحريكه عند وجود قوة خارجية تدفعه للتحرك، ومن أفضل وأهم موصلات الكهرباء المعادن والفضة والألمنيوم والنحاس والذهب.
- يعتبر النحاس من المعادن المفضلة والأكثر شهرة في التمديدات الداخلية والأجهزة الكهربائية، ويرجع ذلك إلى جودته وقلة تكلفته، وهو عكس الذهب والفضة، لذا فإن تكلفتهما باهظة.
- تتميز بعض السوائل مثل الماء والمحاليل مثل المحاليل الملحية بفعاليتها في توصيل الكهرباء، وينصح بتجنب وضع الأسلاك الكهربائية في مأخذ التيار الكهربائي عندما تكون اليد مبللة بالماء.
- حتى لا تتعرض لصدمة كهربائية، فإن بعض الغازات تتغير عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، وهذا ما يسمى بالبلازما، وهذه أنواع من الموصلات الكهربائية، ومصابيح الفلورسنت أمثلة على هذه البلازما.
- تتأثر كفاءة الموصلات الكهربائية بالحرارة، لذلك يفضل أن يكون لها درجة حرارة منخفضة في بيئتها تجعل وظيفتها ذات قدرة وكفاءة عالية، والتركيب الذري للمادة والمواد الموصلة والعازلة وتصنيفها.
الفرق بين الموصلات الكهربائية والعوازل
- المواد التي لا تنتقل من خلالها الكهرباء تسمى العوازل، مما يعني أنها ليست موصلة للكهرباء، ويرجع ذلك إلى قوة الترابط الكبيرة الموجودة بين النواة والإلكترون، وهي حرة.
- ومن الأمثلة الغازات من جميع الأنواع، وبعض السوائل، والمواد الصلبة أو القوية، حيث يكون الكربون والمعادن والعوازل ضرورية ومهمة عندما نلمس التيار مثل البلاستيك.
الفرق بين الموصلات الكهربائية وأشباه الموصلات الكهربائية
- أشباه الموصلات هي موصلات رديئة للكهرباء، بالإضافة إلى كونها مادة عازلة فهي تسمح بالتحكم في قدرتها على توصيل الكهرباء، والمواد المستخدمة هي السيليكون.
- يوجد الجرمانيوم في الإلكترونات التي تحمل أجهزة التلفاز والراديو والترانزستورات والآلات الحاسبة، وتسمى موصلات الكهرباء الموصلات الكهربائية، وتعد المعادن من بين المواد التي تنقل معظم الكهرباء.
أكثر المعادن شيوعًا التي توصل الكهرباء
- هناك معادن مشهورة وشائعة يمكنها توصيل الكهرباء، وتعد الفضة من المواد المفضلة التي توصل الكهرباء، وذلك لأنها تحتوي على إلكترونات حرة.
- عندما تمر الكهرباء عبر المعادن، فإنها تحرك الإلكترونات في المعدن للسماح لها بالمرور، وبالتالي كلما زاد عدد الإلكترونات الحرة في المعدن، زادت الموصلية الكهربائية.
- لذلك فهي لا تعتبر من أكثر المواد استخدامًا في مجال التوصيل الكهربائي، ويرجع ذلك إلى ارتفاع تكلفتها وارتفاعها. .
- إنه أرخص من الفضة، لذلك يستخدم غالبًا عند الحاجة إلى عدد كبير من الموصلات الكهربائية، والألمنيوم أكثر قدرة على التوصيل من النحاس بسبب تكلفته المنخفضة.
- ومع ذلك، فإن استخدام الألمنيوم به عيوب كثيرة، ومن أهمها وأشهرها ميل الألمنيوم لتكوين أو تكوين أكسيد لتوصيل التوصيل الكهربائي في المحولات الكهربائية.
- الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الموصل، لذلك يتم استخدام هذه المادة في خطوط النقل التي تتميز بالجهد العالي ومغطاة بالحديد لمنحها مزيدًا من الحماية، بينما الذهب هو موصل.
- يعتبر من الموصلات الجيدة للكهرباء، كما أنه لا يتأكسد عند تعرضه للهواء كالحديد والنحاس ؛ لأنه غالي الثمن بالنسبة لسعره. وعناصر محددة.
- في الموصلات الكهربائية الصغيرة، الفولاذ عبارة عن سبيكة حديد مهمة وموصل جيد للكهرباء ولكنه شديد التآكل للهواء، لذا فهو يستخدم في لف الموصلات الأخرى.
- المعادن التي ليست موصلة جيدة للكهرباء هي البلاستيك، والخشب الجاف، والزجاج، والمطاط، والماس، والهواء والماء فقط، والمياه المالحة لها موصلية كهربائية جيدة وكبيرة.
التوصيل الكهربائي
- تُعرّف الموصلية الكهربائية بأنها قدرة مادة ما على حمل تدفق الشحنات، على سبيل المثال، إذا كان طرفا البطارية متصلين بشريط جلفانومتر وحديد، فإن الجلفانومتر هو جهاز يستخدم الكهرباء.
- لقياس سريان الكهرباء وأنها ستظهر تدفق الكهرباء عبر الشريط الحديدي، وهذا يعني أن مادة الحديد من المواد التي توصل التيار الكهربائي وأن المعادن مختلفة.
- بفضل قدرته على توصيل الكهرباء، فإن للألمنيوم والفضة قراءة أعلى للجلفانومتر مقارنة بالحديد، وإذا تم استخدام الرصاص، فسوف يعطي قراءة أقل بسبب ضعفه.
مكونات أشباه الموصلات
- يتكون أشباه الموصلات بشكل أساسي من عنصري الجرمانيوم والسيليكون، ويتكون أيضًا من زرنيخيد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم أو كبريتيد الرصاص.
- هناك العديد من المواد الأخرى التي يمكن استخدامها كأشباه موصلات، وبعض البلاستيك يصنع كأشباه موصلات ويستخدم في صناعة الثنائيات.
- تُعرف مصابيح LED أيضًا باسم LEDs، وبما أن البلاستيك مادة مرنة يمكن تشكيلها في أشكال مختلفة، فإن التركيب الذري للمادة والموصلات والعوازل وتصنيفها مهمان.
أنواع أشباه الموصلات
- تتشكل أشباه الموصلات بعد إضافة الشوائب إلى المواد، وتتناقص كمية الموصلية للعنصر أو تزداد اعتمادًا على كمية ونوع الشوائب المضافة، وبالتالي توصف بأنها أشباه موصلات.
- يتكون من نوعين رئيسيين، وهما أشباه الموصلات السالبة، والتي تحتوي على كمية أكبر من الإلكترونات الحرة، مما يعني أنها تتمتع بموصلية أعلى، والنوع الثاني من أشباه الموصلات.
- أشباه الموصلات الموجبة هي أشباه موصلات تحتوي على عدد أقل من الإلكترونات الحرة، مما يعني أن موصليةها أقل، وقد تم استخدام المصطلح لأول مرة في العالم.
كواشف أشباه الموصلات
- عندما تدخل الحزمة المؤينة إلى أشباه الموصلات، تتحرر الإلكترونات من ذراتها وتتشكل ثقوب مشحونة إيجابياً لأنها تفقد الإلكترون ويكون التكوين في أقطاب أشباه الموصلات مع التيار.
- يمكن تضخيمه بواسطة مضخم الكتروني وبعد ذلك يمكن عده.يستخدم عمل أو تصميم كاشفات أشباه الموصلات العديد من التقنيات المتقدمة، بما في ذلك المنشطات، ويتم استخدامها في المجالات الكهربائية.
- في المجال الكهربائي لأشباه الموصلات، من أجل نقل وتضخيم الشحنات المتولدة من أشباه الموصلات، يتسبب الإشعاع المؤين الوارد في تكوين أزواج إلكترونية سالبة وكذلك ثقوب.
- هذا مشحون بشكل إيجابي ويوجه كل واحد منهم إلى القطب المضاد ليتم شحنه في أشباه الموصلات، ويعتقد أن العديد من أزواج وفجوات الإلكترونات تنشأ في الفراغات.
- يختلف تكوين سحابة الشحن في أشباه الموصلات ويعتمد على جودة الشعاع المؤين الذي يحدث، ومن الممكن أن يتم تكوين الجسيمات المشحونة الرئيسية وإطلاقها في أشباه الموصلات.
- يتم إطلاق شحنات أشباه الموصلات في طريقها، من ناحية أخرى، تؤثر الفوتونات من خلال التأثير الكهروضوئي على نقطة الاصطدام بإحدى ذرات أشباه الموصلات وتمتص الفوتون تمامًا.
استخدام الكواشف شبه الموصلة
- تتميز كاشفات أشباه الموصلات بقدرة كبيرة وعالية على التمييز بين طاقات الجسيمات الساقطة، ويمكن تصميمها لتحديد اتجاه سقوط الحزمة واستخدامها في البحث.
- كما تم استخدام قدر كبير من البحث العلمي، مثل دراسة طيف الأشعة تحت الحمراء، وتحليل الفلورسنت للأشعة السينية، ودراسة الجسيمات الأولية في بناء الكاشف أطلس.
- بعد مصادر الهادرونات الكبيرة، يتم استخدام أجهزة الكشف عن أشباه الموصلات لأجهزة الاستشعار البصرية وكاشفات البكسل في الكاميرات الرقمية، ويمكن إنتاج الملايين منها.
كيفية الكسب غير المشروع لأشباه الموصلات
- المنشطات الإلكترونية هي عملية اصطناعية تقوم بتغيير شكل بيضاوي أشباه الموصلات من شبه موصل داخلي إلى شبه موصل خارجي عن طريق إضافة كمية صغيرة من المواد.
- مادة غنية بالإلكترونات، أو بإضافة مادة مفقودة في الإلكترونات، تسمى الأخيرة فجوة الإلكترون.
- وهو مشحون سالبًا وينشط الفجوات المشحونة بشحنة موجبة، ويستخدم زرنيخ الغاليوم الثلاثي النقي كحامل مشوب، وهو أشباه موصلات، وإذا تمت إضافة قيمة، يمكن أن تكون صغيرة.
- من مادة مانحة وتحتوي على خمسة إلكترونات مثل الفوسفور والزرنيخ والأنتيمون أو العناصر الأخرى الموجودة في المجموعة الخامسة من الجدول الدوري إلى السيليكون النقي.
- بعد ذلك، يمكن أن تتلوث بلوراتها أو تغلفها في هذا الوقت ببلورة شبه موصلة سالبة، ولكن إذا تمت إضافة مادة متطايرة إلى البلورة النقية، فهي أحد العناصر في المجموعة الثالثة وتتشكل.
- تحتوي ذراتها على ثلاثة إلكترونات، ثم تشكل الإلكترونات الثلاثة رابطة تساهمية مع إلكترونات الذرات المجاورة، وتبقى الرابطة الرابعة غير مكتملة.
- هذه الرابطة غير مكتملة، مما يؤدي إلى تكوين فجوة إلكترونية تسمى البلورة، وهذا النوع من البلورات هو أشباه موصلات موجبة، والتركيب الذري مهم.
هنا نشرح كل ما يتعلق بموضوع التركيب الذري للمواد والموصلات والعوازل وتصنيفها ومعرفة الموصلات الكهربائية وأشهر الموصلات الكهربائية وأجهزة الكشف عن أشباه الموصلات الكهربائية.