المواد الموصلة للكهرباء
السوسنة- تُعدّ المواد الموصلة للكهرباء من العناصر الأساسية في عالم التقنية والعلوم، حيث تلعب دورًا حيويًا في نقل التيار الكهربائي واستخدامه في مختلف التطبيقات. تختلف قدرة هذه المواد على توصيل الكهرباء، وتعتمد على عدة عوامل، منها التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية.
مفهوم المواد الموصلة للكهرباء تُعرَف المواد الموصلة (بالإنجليزية: Electrical Conductors) بأنّها المواد التي يُمكن للتيار الكهربائي المرور عبرها، وبذلك يُمكن استخدامها في صناعة وتركيب الدارات الكهربائيّة. وتعدّ سهولة حركة الإلكترونات خاصيّة مميّزة للموصلات عمومًا فمن خلالها تتمكّن من نقل الشحنات الكهربائية، كما تحتلّ المعادن النسبة الأكبر من المواد المستخدمة في التطبيقات العملية للمواد الموصلة، بسبب كفاءتها العالية في التوصيل.
أشهر المعادن الموصلة للكهرباء من المعادن التي تمتاز بقدرتها الكبيرة على توصيل الكهرباء:
- الفضة: تُعدّ الفضة أفضل موصل للتيار الكهربائي؛ لأنّها تحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات الحرة، فعند مرور الكهرباء من خلال المعدن فإنّها تعمل على تحريك الإلكترونات في المعدن لتستطيع المرور من خلاله. لذا كلما زاد عدد الإلكترونات الحرة في المعدن زادت موصليته للكهرباء، ومع ذلك لا تُعدّ الفضة الأكثر استخداماً في مجال التوصيل الكهربائي؛ بسبب كلفتها الباهظة.
- النحاس: يُعدّ النحاس أقل موصلية للكهرباء من الفضة، إلّا أنّه أقل تكلفة من الفضة، لذا فإنّه يشيع استخدامه عند الحاجة إلى قدر كبير من المواد الموصلة للكهرباء.
- الألومنيوم: يُعدّ الألومنيوم مقارنة بوزن الوحدة أكثر موصلية من النحاس وذا تكلفة أقل، إلّا أنّ استخدام الألومنيوم ينطوي عليه عدد من العيوب، من أهمّها ميل الألومنيوم إلى تكوين أكسيد مقاوم للتوصيل الكهربائي في الموصلات الكهربائية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الموصل. لذا يُستخدم الألومنيوم في خطوط النقل ذات الجهد العالي، حيث يتمّ تغطيتها بالفولاذ لتوفير حماية إضافية لها.
- الذهب: يُعدّ الذهب موصلاً جيداً للكهرباء، بالإضافة إلى عدم تأكسده عند تعرضه للهواء كالنحاس والفولاذ، إلّا أنّه معدن باهظ الثمن، لذا فهو يُستخدم فقط في أمور محددة، مثل الموصلات الكهربائية الصغيرة.
- الفولاذ: عبارة عن سبيكة من الحديد، وهو موصل جيد للكهرباء، إلّا أنّه شديد التآكل في الهواء، لذا فهو يُستخدم لتطويق الموصلات الأخرى، أو في المنشآت الضخمة.
- الحديد: يعدّ الحديد من الموصلات الكهربائية الجيّدة بسبب خاصية عدم التمركز التي تتمتّع بها إلكتروناته، إذ يمكنها الدوران حول ذرّات مختلفة. ويُستخدم الحديد بصورة واسعة في تصميم هياكل الأدوات الكهربائية، كما يُمكن معالجته لتحسين مواصفاته واستخدامه بصورة أوسع في مجال الكهرباء، وتُساهم خصائصه المغناطيسيّة في زيادة استخدامه في مجال المولدات، والمحرّكات الكهربائية.
- البلاتين: يعدّ البلاتين من الموصلات الكهربائية الجيّدة، كما أنّ له استخدامات واسعة في مجال الكابلات الصوتيّة، كما أنّه مستخدم في الأقطاب الكهربائيّة، وبعض الأسلاك المستخدمة في المصابيح، ومن ميّزات هذا المعدن صلابته، ومقاومته للتأكسد.
- النيكل: يُصنّف معدن النيكل ضمن المواد جيّدة التوصيل الكهربائي، كما أنّ له العديد من الاستخدامات، كصناعة الأسلاك مثلًا، أو المعدات العسكرية والفضائية، كما أنّه من المعادن المستخدمة في تحسين صفات المعادن الأخرى عن طريق دمجه معها أو طلائها لحمايتها، إضافةً إلى استخدامه في صناعة البطاريات والإلكترونيات.
تجربة فحص موصلية المواد للكهرباء
يمكن تحديد موصلية المواد للكهرباء من خلال تجربة فحص بسيطة كما هو موضّح أدناه:
الأدوات اللازمة لتجربة فحص موصلية المواد للكهرباء
تتطلّب هذه التجربة تحضير الأدوات الآتية:
-جهاز قياس المقاومة الكهربائي (أوميتر) رباعيّ النقاط (Four-terminal ohmmeter).
-مواد للاختبار بشكل شبيه بالصندوق.
خطوات تنفيذ تجربة فحص موصلية المواد للكهرباء
يُمكن تنفيذ التجربة تبعًا للخطوات الموضحة فيما يأتي:
1. قياس المقاومة الكهربائية لمادة الاختبار باستخدام الأوميتر عن طريق تثبيت زوج من الأسلاك على الأوجه المتقابلة للمادة.
2.يقيس الجهاز كل من الجهد والتيار الكهربائي، ويُظهر النتيجة مباشرةً بعد تطبيق قانون: المقاومة= الجهد/ التيار.
3. قياس أبعاد المادة المراد اختبار موصليتها، ويكون الطول هو المسافة الفاصلة بين أطراف الجهاز، كما تعبّر المساحة عن مساحة سطح قياس المقاومة.
4. حساب الموصلية باستخدام القانون: الموصلية= الطول/ المساحة × المقاومة، وتُحسب بوحدة سيمنز المكافئة لوحدة أوم(-1).
العوامل التي تؤثر على الموصلية الكهربائية
تؤثر العديد من العوامل على كفاءة توصيل المواد للتيار الكهربائي، ومن هذه العوامل ما يأتي:
- درجة الحرارة: تتناسب موصلية المواد عكسيًا مع درجة حرارتها، إذ تقل الموصلية بارتفاع درجة حرارة المادة.
- الشوائب: يؤثر وجود الشوائب سلبًا على كفاءة توصيل المواد المختلفة للتيار الكهربائي، ويمكن تفسير ذلك بتقليلها من سهولة تدفّق الإلكترونات.
- التركيب البلّوري والحالة الفيزيائية للمادة: يؤثر التركيب البلوري وطريقة معالجة المواد على كفاءتها في التوصيل، كما تختلف كفاءة توصيل المواد باختلاف حالتها الفيزيائية، كما أنّها تقل عمومًا عند النقطة الفاصلة بين حالة وأخرى.
- وجود مجالات كهرومغناطيسية مجاورة: يمكن أن يؤدي وجود مجالات مغناطيسية قريبة إلى إعاقة مرور التيار الكهربائي.
- التردّد: يؤثر التردّد العالي على قيمة التوصيل وكفاءته، فالتردد العالي يؤدي إلى انتقال التيار للتدفّق حول المادة الموصلة بدلًا من التدفّق عبرها.
اقرا المزيد عن:
سوريا .. قوات أحمد العودة تهاجم عناصر من الدفاع السورية .. فيديو
إزالة دوار الصناعة "الدفاع المدني" في وادي السير
التايمز:إيران نقلت صواريخ بعيدة المدى إلى العراق
عائلة فلسطينية تمسح من الوجود بقصف إسرائيلي على خان يونس
فشل الاتفاق بين إسرائيل وتركيا في سوريا
أول عملية زراعة نخاع عظمي لمريض تصلب لويحي
انطلاق رالي باها الأردن في العقبة
اتحاد السلة يقدم المصري عماد الدين مدربا للسيدات
بينها الأردن .. السعودية تقيّد إصدار التأشيرات لـ14 دولة
محل أحذية في مادبا:أسعارنا أرخص من إيدي كوهين
تحذيرات من أزمة مالية في الضمان الاجتماعي: دعوات لإجراءات عاجلة
الأردن .. رحلات سياحية عبر القطار إلى مدينة درعا السورية
طاهر المصري يخرج عن صمته ويطلق نداءً مدوياً وغير مسبوقٍ
تصدرت الأخبار .. من هي ابتهال أبو سعد وماذا فعلت .. فيديو
فيصل القاسم: الأسد كان محقًا وتصريحه صائب ..
10 محطات شحن كهربائي مجاناً في عمّان .. أسماء
سبب وفاة الممثلة الأردنية رناد ثلجي يهز القلوب
بسبب الاشتعال المفاجئ .. تحذير لأصحاب سيارات فورد
التربية تعلن موعد بدء امتحان الثانوية العامة 2025
الأردن .. عطاء لحفر 80 بئر غاز في حقل الريشة
مقابلات وامتحانات في البريد والأحوال والتنمية والإقراض .. أسماء