كيف يكون التوصيل الكهربائي في المواد الصلبة؟ اهتم العلماء بدراسة طرق التوصيل الكهربائي والمواد الموصلة للكهرباء لانها تفيد في الكثير من التطبيقات العملية، وبحثو عن ذلك في المواد الموجودة في الطبيعة في أكثر من شكل، سواء كانت صلبة أو سائلة أو ربما غازية، ولكل شكل العديد من الخصائص والخصائص التي تميزه عن غيره، مثل سعة التوصيل الكهربائي والسعة. بعض العوامل الخارجية مثل الغازات أو الطرق أو غيرها التي تسبب تغيرات في التركيب الداخلي أو المظهر الخارجي.
تعريف المادة الصلبة
المادة الصلبة هي إحدى الحالات الثلاث الأساسية للمادة، والتي تتكون من وجود السوائل وتعرضها لبعض العوامل حتى تتجمد أو تتكثف الغازات وغيرها لأن طاقات الذرات تعمل على التناقص حتى تصل إلى بنية. مرتبة بطريقة ما، فهي تتحمل درجات الحرارة أو بعض التغييرات التي قد تحدث فيها وتنقسم إلى فئات متبلورة وغير متبلورة وشبه بلورية، ولكل منها درجة معينة من الترتيب الذري.
التوصيل الكهربائي في المواد الصلبة
يبحث الكثير من المتعلمين عن صحة هذه العبارة وما إذا كانت المواد الصلبة موصلات جيدة أم لا، حيث يُطلق مصطلح الموصلات على المواد الصلبة التي يمكن من خلالها نقل التيار الكهربائي والعمل على توصيل الكهرباء بسهولة. موصل جيد وسريع للكهرباء. لذلك فإن الجواب على هذه الجملة هو كالتالي:
الاجابة:
- المواد الصلبة هي أكثر المواد الموصلة للكهرباء.
مفهوم الموصلات الكهربائية.
الموصلات الكهربائية هي المواد التي تتحرك من خلالها ناقلات الشحنات الكهربائية بسهولة، بناءً على الإمكانات الكهربائية والتوصيل من الناحية الفيزيائية التي تشير إلى القدرة على نقل الأشياء من مكان إلى آخر، مثل نقل الكهرباء والحرارة وغيرها. المواد النقية هي موصلات جيدة للكهرباء مثل النحاس والصلب وما إلى ذلك. وبعض المواد السائلة يمكنها نقل الحرارة والكهرباء بطريقة أو بأخرى.
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 يعرالحديد 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.
في الختام، تعتبر الموصلية الكهربائية في المواد الصلبة أقوى أنواع الموصلات التي تساعد على نقل الشحنات وسرعة التدفق على عكس الموصلات أو المواد الأخرى سواء في الحالة الغازية أو السائلة، وهذا يثير الكثير من الأبحاث حول خصائص المواد الصلبة، واخيرا اتمنى ان يكون المقال قد نال اعجابكم.