التصنيف: الكترونيات

 

التيار الكهربائي

التيار الكهربائي

التيار الكهربائي عبارة عن تدفق شحنات كهربائية -كالإلكترونات – في مادة موصلة كسلك معدني مثلا , وللتيار الكهربائي عدّة خصائص فيزيائية منها شدة  التيار و فرق الجهد والمقاومة .

image005

يحتوي الفلز الصلب الموصِل للكهرباء على مجموعة كبيرة من الإلكترونات المتحركة أو الحرة.وترتبط هذه الإلكترونات بـ شبكة من الأسلاك الفلزية ولكنها لا ترتبط بأية ذرة مفردة.وحتى في حالة انعدام المجال الكهربي الخارجي، تتحرك هذه الإلكترونات بصورة عشوائية لحدٍ ما بفعل الطاقة الحرارية ولكن، في المتوسط، يكون صافي قيمة التيار داخل الفلز صفرًا.وإذا افترضنا أنَّ لدينا سطحًا مستويًا يمر السلك من خلاله، فسنجد أن عدد الإلكترونات التي تتحرك من جانب لآخر في أية فترة زمنية يتساوى في متوسطه مع عدد الإلكترونات التي تمر في الاتجاه المعاكس.

image006

هذا وقد قاس العالم ميلكان شحنة الإلكترون السالبة في المختبر فوجد أن للإلكترون شحنة مقدارها 1.602 × 10-19 كولوم أي 0.0000000000000000001602 كولوم , هل من الغرابة أن تكون شحنة الإلكترون قريبة من الصفر؟

الجواب لا ، فنحن نعلم أن الإلكترون جسيم دقيق وحتى زمننا هذا لا نستطيع رؤيته ولا حتى بأكبر المجاهر , وليس مستغرباً أيضاً أن وحدة الشحنة الكهربائية وهي الكولوم = مجموع الشحنات التي يحملها عدداً من الإلكترونات مقداره تقريباً 6.25 × 1810 إلكترون .

عند توصيل سلك من الفلز بطرفي مصدر جهد كهربي ذي تيار مستمر مثل البطارية، سيعمل المصدر على توليد مجال كهربي عبر الموصِل. وبمجرد توصيل السلك الفلزي، تندفع الإلكترونات الحرة نحو الطرف الموجب في الموصل بفعل هذا المجال الكهربي.وبالتالي، تمثل الإلكترونات الحرةناقل التيار الكهربي في الموصِل الصلب النموذجي.ففي تيار كهربي شدته 1 أمبير، يندفع 1 كولوم من الشحنة الكهربية (التي تتألف من نحو 6.242 إلكترون تقريبًا مضروبًا في 10 18 إلكترون) كل ثانية عبر أي سطح مستوٍ يمر من خلاله الموصِل.

في أي تدفق ثابت، يمكن حساب التيار I المُقاس بـ الأمبير باستخدام المعادلة التالية:

image007   حيث

Q هو الشحنة الكهربية السارية مقاسةً بـ الكولوم

t هو الزمن محسوبًا بـ الثواني

ينقسم التيار الكهربائي 
إلى نوعين :
– التيار المستمر( Direct Current )
يرمز له بـ DC : هو التيار الذي يسري في اتجاه واحد فقط اما في الموجب او في السالب .

الاستخدامات : يستخدم هذا النوع في التطبيقات ذات الجهد  المنخفض، كتلك التي تستخدم البطاريات أو الخلايا الشمسية.

التيار المتردد (Alternating Current )

يرمز له بـ AC : هو التيار الذي يحصل فيه تغير مستمر ينتقل فيه من الموجب الى السالب تدفق الإلكترونات في أجزاء الدائرة الكهربائية يتغير عدة مرات في الثانية الواحدة بسبب تناوب القطبين السالب والموجب، ويسمى هذا التيار أيضاً بالتيار المتردد، نظراً لتردد اتجاه التيار بين القطبين السالب والموجب. لهذا السبب، علينا الأخذ بالاعتبار احتساب دالة الوقت عند التعامل رياضياً مع هذا التيار.
الاستخدامات : يستخدم هذا النوع عند وصل المولدات الكهربائية الضخمة، والمحركات

كيف  تنتج الكهرباء :
البروتونات توجد فى النواة و الإلكترونات تدور حول النواه فى مداراتها الخارجيه متأثرة بقوى الجذب من النواه( الناتجه من التجاذب بين الإلكترونات السالبة الشحنه و البروتونات الموجبة الشحنه) و قوى الطرد ( الناتجه عن دورانها السريع حول النواة).وهنا يجب أن تتساوى القوتان حتى تتزن الذره .
ولكن فى وجود قوى شد خارجيه ( ذرات أخرى أو جهود موجبه ) فإن الإلكترونات تترك النواه وتسير مكونة الكهرباء.

519fcd42ce395f804c000000

51a79424ce395f9a11000000

الفلزات – اللافلزات

عريف الفلزات
تعني العناصر الكيميائية الذي يفقد الالكترونات ليكون أيونات موجبة وتجد رابطة فلزية بين داراته . كما يتم وصف الفلزات أيضا على أنها شبكة من الأيونات الموجبة داخل سحابة من الالكترونات .

خواص الفلزات

1- لها بريق معدني . 2- جيدة التوصيل للحرارة والكهرباء.

3- قابلة للطرق حب . 4- درجة انصهاره عالية نسبيا .

تتميز العناصر الفلزية بوجود عدد قليل من الكترونات المستوى الخارجي ، وهذه الإلكترونات ضعيفة الإرتباط بالنواة ، مما يسهل إنتقالها من ذرة الى أخرى ، أي أن الكترونات المستوى الخارجي تسبح في فضاء أنوية ذراتها .

ويمكن القول بأن التجاذب بين مجموع الكترونات المستوى الخارجي وأنوية ذراتها هو الذي يؤدي الى تماسك ذرات الفلز ، وبالتالي نشوء الرابطة الفلزية.

وبناءً على هذا التصور عن الرابطة الفلزية يمكن تفسير بعض خواص الفلزات .
التوصيل الكهربائي :
عند مرور تيار كهربائي في سلك أو قطعة فلزية ، فإن الإلكترونات الداخلة سوف تدفع الكترونات الفلز لتخرج من الطرف الآخر للسلك أو القطعة الفلزية .

قابلية الفلز للطرق والسحب :
عند تعريض الفلز للطرق لتكوين صفيحة رقيقة فإن صفوف الأيونات الموجبة سوف تنزلق على بعضها ، لكنها تبقى في سيل الإلكترونات نفسه ، وتبقى قوة الجذب بين الإلكترونات السابحة والأيونات الموجبة دون تغير .

chemical10

تعريف اللافلزات
تتميز بخصائص معينة من ناحية التأين والترابط وتتبع هذا الخواص أن اللافلزات عالية السالبية الكهربائية ,أي أنها تكتسب الكترونات التكافؤ من الذرات الأخرى أسرع من فقدها .

خواص اللافلزات

1- ليس لها بريق معدني . 2- غير قابلة للطرق والسحب .
3- رديئة التوصيل للحرارة.
4- درجة انصهارها منخفضة نسبيا.

تصنيف المواد حسب موصليتها للكهرباء:-
تصنف المواد إلى ثلاث أنواع حسب موصليتها وهي كما يلي

1-    المواد الموصلة:- و هي المواد التي تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها مثل النحاس, الألمنيوم, و غيرها من المعادن الموصلة للكهرباء, و تتراوح المواد في موصليتها حسب المقاومة النوعية لكل مادة.

2-   المواد العازلة:- و هي المواد التي لا تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها, و ذلك بسبب تركيبها الداخلي و الترابط القوي بين ذراتها, مثل الخشب, المطاط, الخزف, و غيرها من المواد العازلة.

3-   المواد شبه الموصلة:- و هي مواد تقع بين المواد الموصلة و المواد العازلة من حيث توصيلها للكهرباء, أي بمعنى أخر فالمواد شبه الموصلة تكون عازلة عند درجة الصفر المطلق و تحت تأثير درجة حرارتها تبدأ موصليتها بالزيادة نتيجة تفكك الرابطة القوية بين ذراتها بفعل الحرارة, و من المواد شبه الموصلة الجرمانيوم, السيلكون.

جدول دوري

الخلية – المادة – الجزيء – الذرة

الخلية

هي الوحدة التركيبية والوظيفية في الكائنات الحية، فكل الكائنات الحية تتركب من خلية واحدة أو أكثر، وتنتج الخلايا من انقسام خلية بعد عملية نموها. وتقسم الخلايا عادة إلى خلايا نباتية وخلايا حيوانية.

25778_orig[1]

المادة

المادة من مصطلحات علم الفيزياء و كذلك علم الكيمياء و تعرف المادة بأنّها كل ما له كتلة و يشكل حجماً في الفراغ يمكن رصده، كان ذلك تعريف المادة الذي كان مقبولاً قبولا ًعاماً في الفيزياء الكلاسيكية، و عليه فتكون كل المركبات التي نراها في حياتنا و كل العناصر المفردة هي امثلة على المادة، فالماء مركب و هو مادة ، و الذهب عنصر و هو مادة.

تتكون المادة من جسيمات بالغة الصغر تسمى الجزيئات، وهي عبارة عن تجمعات لجسيمات أصغر هي الذرات.

matter + atom

الجزيء

الجزيء هو أصغر جسيم من المادة الكيميائية النقية يحتفظ بتركيبها الكيميائي وخواصها.

54240226 76940825

 
الذرة Atom

الذرة هي أصغر جزء من العنصر الكيميائي الذي يحتفظ بالخصائص الكيميائية لذلك العنصر.

فالذرة هى الوحدة البنائية التى تتكون منها المادة وهى اصغر جزء من المادة يحتفظ بخواص المادة.

والذرة متناهية فى الصغر لدرجة يصعب تخيلها، بحيث لايمكن رؤيتها بالمجهر العادى ولكن امكن رؤيتها بالمجهر الالكترونى.  فإذا وضعت اكثر من مليون ذرة فوق بعضها يكاد يصل طولها واحد مليمتر (واحد على الالف من المتر).  هل يمكنك ان تتصور ذلك؟

وتعني غير القابل للانقسام؛ إذ كان يعتقد أنه ليس ثمة ما هو أصغر من الذرة. تتكون الذرة من سحابة من الشحنات السالبة (الإلكترونات) تحوم حول نواة موجبة الشحنة صغيرة جدا في الوسط. تتكون النواة الموجبة هذه من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة. الذرة هي أصغر جزء من العنصر.

مكونات الذرة

image004

البروتونات (Protons): وتكون بالنواة و تمثل الجزء الاكبر من المادة وتحمل شحنة موجبة (+) ويبلغ وزن البروتون ١٨٤٠ مرة من وزن الالكترون وعدد البروتونات بالذرة هى التى تحدد العدد الذرى و مثال على ذلك ذرة السيليكون تحتوى على ١٤ بروتون بالنواة فيكون العدد الذرى لها ١٤كما بالشكل

ذرة السيليكون

النيوترونات(Neurons) : وتكون بالنواة و تحمل شحنة كهربائية متعادلة.

الالكترونات(Electrons) : وهى الجزء الفاعل بالذرة و يحمل شحنة سالبة (-) وتدور حول النواة و منه جاء تسمية الالكترونيات.

و لكى تكون الذرة متعادلة اى مستقره يجب ان يكون عد البروتونات مساوى لعدد الالكترونات و تدورالالكترونات حول النواة بسرعة فائقة لذا لا تنجذب داخل النواة فى مدارات تسمى (مستويات الطاقة) حسب طاقتها و يكون عدد مستويات الطاقة فى أكبر الذرات هو سبعة مستويات كما بالشكل

مستويات الطاقة

لكل مستوى قيمة معينة من الطاقة تزداد كلما بعدنا عن النواة و عدد اقصى من الالكترونات يحمله و تعطى بالقانون التالى:

اقصى عدد من الالكترونات فى المدار = (رقم المدار)*2

وعليه يكون تشبع المستويات كالآتى:

  • المستوى الأول K يتشبع بعدد ٢ إلكترون.
  • المستوى الثانى L يتشبع بعدد ٨ إلكترون.
  • المستوى الثالث M يتشبع بعدد ١٨ إلكترون.
  • المستوى الرابع N يتشبع بعدد ٣٢ إلكترون.

ومثال على ذلك ناخذ ذرة النحاس حيث تحتوى على ٢٩ بروتون و ٣٤ نيوترون كما بالشكل

ذرة النحاس

من المستوى الخامس الى المستوى السابع لا تنطبق هذه القاعدة حيث تصبح الذرة غير مستقرة و يكون دائما اقصى عدد من الالكترونات فى المدار الاخير ٨ الكترون.

و يسمى المدار الاخير للذرة بمدار التكافؤ و بالتالى تسمى الالكترونات فى هذا المدار بإلكترونات التكافؤ(Valence Electrons) و تكون لها اهمية كبيرة فى علم الكهرباء لانه يمكن تحريرها بسهوله حيث اذا تعرضت الذرة لطاقة خارجية مثل الحرارة و الضوء او قوة تنافر مع الكترون فى ذره مجاورة تجعل الالكترون ينتقل الى مستوى طاقة اعلى و بالتعرض لطاقة اكبر ينفصل الالكترون عن الذره و ياخذ مسار عشوائي و يسمى بالالكترون الحر (Free Electron) كما بالشكل

الالكتروات الحرة

واذا فقدت الذرة الكترون او اكثر يصبح عدد البروتونات موجبة الشحنه اكبر و تصبح الذرة موجبة الشحنة و تكون ايونا(Ions) موجبا اما اذا اكتسبت الكترون و اكثر تصبح سالبة الشحنة و تكون ايونا (Ions) سالبا كما بالشكل

الايونات