تفاوت میان نسخه‌های «مقاومت و رسانایی الکتریکی»

بدون خلاصه ویرایش
جز (اصلاح فاصله مجازی + اصلاح نویسه با ویرایشگر خودکار فارسی)
{{تغییرمسیر|مقاومت الکتریکی|برای قطعهٔ الکتریکی مقاومت|مقاومت (قطعه الکتریکی)}}
{{الکترومغناطیس}}
'''رسانایی الکتریکی''' به مفهوم اندازه‌گیری قابلیت هدایت آسان [[جریان الکتریکی]] در یک ماده می‌باشدماده، و [[یکا|یکای]] آن در [[سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها]]، [[زیمنس (یکا)|زیمنس]] است. در بعضی از اجسام،مواد، انتقال [[بار الکتریکی]] از منطقه‌اینقطه درای دروناز جسمماده به منطقهنقطه دیگر آن به آسانی صورت می‌گیرد و در بعضی چنین نیست. به عنوان مثال اگر سر یک سیم [[مس|مسی]] را به میلهٔ [[نایلون|نایلونی]] باردار و سر دیگر آن را به یک گلوله [[چوب‌پنبه|چوب‌پنبه‌ای]] که در ابتدا بدون بار است، وصل کنیم، با نزدیک کردن اجسام باردار دیگر، معلوم می‌شود که گلوله باردار شده‌است؛ بنابراین به سیم مسی که در آن انتقال بار صورت می‌گیرد، جسم '''رسانا''' گوینداست.
 
== تعریف رسانایی از دیدگاه جریان الکتریکی ==
اجسامی که می‌توانند جریان الکتریسیته را بدون اتلاف زیاد (با مقاومت الکتریکی کم) از خود عبور دهند، رسانای الکتریسته خوانده می‌شوند.
 
افرادی که بیشتر با وسایل برقی کار می‌کنند، در هنگام کار از وسایلی استفاده می‌کنند که برق آن‌ها را نگیرد. به عنوان مثال، کفشهای مخصوص پوشیده و مشغول کار می‌شوند. یعنی از آنجا که [[بدن انسان]] رسانا است، از اینرواین رو برای اینکه [[جریان]] برق از طریق بدن انسان به زمین منتقل نشود، (چون در این صورت [[برق گرفتگی]] اتفاق می‌افتد) باید از کفشهایکفشها مخصوصو یادستکش‌ دستگش‌هایهای مخصوص استفاده کنند. دسته [[فازمتر]] ماده‌ای عایق است و لذا می‌توان با استفاده از آن به راحتی برای تشخیص وجود یا عدم وجود جریان [[برق]] استفاده نمود.
 
درهنگام همهٔکار اینبا نمونهبرق هابایدباید اطلاع داشته باشیمبدانیم که چه اجسامی (موادی) قابلیت انتقال [[جریان [[الکتریسیتهالکتریکی]] را دارند و چه موادی فاقد این قابلیت هستندندارند. دسته اول را رسانا و دسته دوم را نارسانا می‌نامند.
 
== رسانایی الکترونی ==
برای پی بردن به دلیل رسانشرسانایی می‌توان ساختمان مواد رسانا را مورد توجه قرار داد. از جمله مواد رسانای بسیار معروفمعروف، فلزات هستند. ویژگی عمده [[فلزات]] از نظر خصوصیت الکتریکی این است که این مواد دارای الکترونهای آزاد هستند. این الکترونها را اصطلاحاً حاملینحاملان بار می‌گویند. هنگامی که اتمهای منزوی برای تشکیل جسم جامد فلزی با هم ترکیب می‌شوند، الکترونهای لایه خارجی اتم، مقید به اتمهای منفرد باقی نمی‌مانند، بلکه آزادانه در سرتاسر حجمسراسر جسم جامد حرکت می‌کنند.
 
زمانی که در جسمی جابجایی بار صورت می‌گیرد، می‌گویند از جسم جریان الکتریکی می‌گذرد؛ بنابراین اگر فلزی را در مسیر جریان الکتریکی قرار دهیم، این جریان توسط الکترونهای آزاد منتقل می‌شود و از اینرواین رو خاصیت رسانایی بیشتر متوجهبه دلیل حاملینحاملان بار و سرعت آنهاست. البته غیر از فلزات رساناهای دیگری نیز وجود دارند. از این جمله می‌توان به محلولهای آبی نمکها و اسیدها و بسیاری از اجسام رسانای دیگر اشاره کرد در این مواد رسانایی به شیوهٔ یونی انجام می‌گیرد.
 
== رسانایی یونی ==
یک [[واکنش شیمیایی]] است که با عبور جریان برق از درون یک محلول به وقوع می‌پیوندند.
 
== ابر رسانا، رسانا، نیمه رسانا، نارسانا (عایق) ==
تمامهمه عناصر و اجسام مامواد از لحاظ عبور جریان برق به سه گروه رسانارسانا، نیمه رسانارسانا، و نارسانا (یا عایق) طبقه‌بندی می‌شوند. معمولاً در بین عناصر شناخته شده فلزات رسانیرسانای خوب جریان الکتریکی می‌باشندهستند و غیر فلزاتفلزات، نا رسانانارسانا و در برخی مواقع نیمه رسانا می‌باشند اماهستند. عدد اتمی و چینش [[الکترون‌ها]] و پیوندهای آن‌ها نقش به سزایی در [[رسانای الکتریکی]] دارد. بنا بر این در این مورد استثنائاتی هم دارد. مثلاً نافلز بروم درگروهدر گروه هفدهم میباشدوو دوره چهارم [[جدول مندلیف]] قرار دارد. برم نافلزی است که رسانای جریان برق می‌باشداست. فلزات معمولاً نقطه جوش بالایی دارند همچنین سطح برّاق و درخشانی دارند و چکش خوارند وبا کشیدن خم می‌شوند. '''۴. جریان برق را از خود عبور می‌دهند'''. ولی نافلزات نقطهاین مقابلطور فلزات هستندنیستند. "شبه فلز" نیز یک عنوان برای طبقه‌بندی عناصر شیماییشیمیایی است؛است کهو به عناصری اطلاقگفته می‌گرددمی شود که خواصشان میان فلز و نافلز است. تعریف معینی برای [[شبه فلزها]] وجود ندارد اما آنها دارای دو مشخصه هستند:
# شبه‌فلزهاشبه‌ فلزها معمولاً به شکل اکسیدهای آمفوتر یافت می‌شوند.
تعریف معینی برای [[شبه فلزها]] وجود ندارد اما دو خاصیت زیر مشخصه آن‌ها است:
# شبه‌فلزهاشبه‌ فلزها معمولاً نیمه‌رسانا هستند
# شبه‌فلزها معمولاً به شکل اکسیدهای آمفوتر یافت می‌شوند.
# شبه‌فلزها معمولاً نیمه‌رسانا هستند
عناصری که در دسته شبه‌فلزها جای می‌گیرند: بور (B) سیلیسیوم (Si) ژرمانیوم (Ge)آرسنیک As)آنتیموان(Sb)تلوریوم (Te) پولونیوم (Po)
بعضی از آلوتروپ‌های دیگر عناصر نیز مانند شبه‌فلزها رفتار می‌کنند. همه این عناصر در [[بلوک پی]] قرار دارند
کربن دارای آلوتروپها یا دگرشکلهایی است. الماس و گرافیت از جمله دگرشکل‌های کربن هستند. دربلور الماس هر اتم کربن به وسیلهٔ چهار [[پیوند کووالانسی]] به چهار اتم کربن دیگر متصل است، در نتیجه چهار الکترون ظرفیت آن درگیر پیوند می‌باشند. الماس رسانایی برق یا الکتریسیته ندارد، اما [[رسانایی گرمایی]] آن حدود پنج برابر فلز مس است.
 
عناصری که در دسته شبه‌فلزها جای می‌گیرند عبارتند از بور (B)، سیلیسیوم (Si)، ژرمانیوم (Ge)، آرسنیک (As)، آنتیموان (Sb)، تلوریوم (Te)، و پولونیوم (Po). بعضی از آلوتروپ‌های دیگر عناصر نیز مانند شبه‌ فلزها رفتار می‌کنند. همه این عناصر در [[بلوک پی]] قرار دارند. کربن دارای آلوتروپها یا دگرشکلهاییدگر شکل هایی است. الماس و گرافیت از جمله دگرشکل‌هایدگر شکل‌ های کربن هستند. دربلوردر بلور الماس هر اتم کربن به وسیلهٔ چهار [[پیوند کووالانسی]] به چهار اتم کربن دیگر متصل است، در نتیجه چهار الکترون ظرفیت آن درگیر پیوند می‌باشند. الماس رساناییرسانای برق یا الکتریسیته ندارد،نیست، اما [[رسانایی گرمایی]] آن حدود پنج برابر فلز مس است.
گرافیت آلوتروپ دیگر کربن ماده‌ای سیاه و نرم بوده و ساختار لایه‌ای دارد؛ و اما در گرافیت، هر یک از اتم‌های کربن در هر لایه با سه اتم مجاور خود پیوند دارد. یعنی چهار الکترون پیوندی با سه اتم کربن دیگر پیوند برقرار می‌کنند، بنابراین هر اتم کربن با یکی از اتم‌های کربنی که با آن پیوند دارد، پیوندی دوگانه برقرار می‌کند. یکی از این پیوندها سست بوده و در نتیجه یکی از الکترونهای متعلق به هر کربن تقریباً آزاد بوده و می‌تواند در سراسر لایه حرکت کند. می‌دانید حرکت یون یا الکترون سبب رسانایی الکتریسیته می‌شود. در نتیجه گرافیت در طول هر لایه از لایه‌های خود رسانایی الکتریسیته دارد البته با پیش رفت علم نانو کاربرد کربن بسیار بیشتر شده. از این لحاظ اتم کربن به لحاظ انواع پیوندهایی که می‌تواند داشته باشد بی نظیر است همین موضوع باعث اهمیت فوق‌العاده کربن در علم نانو شده‌است.
 
گرافیت آلوتروپ دیگر کربن ماده‌ای سیاه و نرم بوده و ساختار لایه‌ای دارد؛ و اما در گرافیت، هر یک از اتم‌های کربن در هر لایه با سه اتم مجاور خود پیوند دارد. یعنی چهار الکترون پیوندی با سه اتم کربن دیگر پیوند برقرار می‌کنند، بنابراین هر اتم کربن با یکی از اتم‌های کربنی که با آن پیوند دارد، پیوندی دوگانه برقرار می‌کند. یکی از این پیوندها سست بوده و در نتیجه یکی از الکترونهای متعلق به هر کربن تقریباً آزاد بوده و می‌تواند در سراسر لایه حرکت کند. می‌دانید حرکت یون یا الکترون سبب رسانایی الکتریسیته می‌شود. در نتیجه گرافیت در طول هر لایه از لایه‌های خود رسانایی الکتریسیته دارد البته با پیش رفت علمعلوم نانونانو، کاربرد کربن بسیار بیشتر شده است. از این لحاظ اتم کربن به لحاظ انواع پیوندهایی که می‌تواند داشتهتشکیل باشددهد بی نظیر است. همین موضوع باعث اهمیت فوق‌العاده کربن در علمعلوم نانو شده‌استشده‌ است.
 
== [[ابر رسانا]] ==
. اَبَررسانایی پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده صفر می‌شود و ماده خاصیت [[دیامغناطیس|دیامغناطیسی]] کامل پیدا می‌کند، یعنی [[میدان مغناطیسی]] را از درون خود طرددفع می‌کند. طرددفع میدان مغناطیسی تنها تفاوت اصلی ابررسانا با رسانای کامل است، زیرا در رسانای کامل انتظار می‌رود میدان مغناطیسی ثابترا بماند،عبور درمی حالیدهد که(آن در ابررسانا میدان مغناطیسیرا هموارهدفع صفرنمی استکند).
 
[[مقاومت الکتریکی]] یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم می‌شود. در رساناهای معمولی مثل مس و نقره، وجود ناخالصی و مشکلات دیگر این روند را کند می‌کند. به طوری که حتی در [[صفر مطلق]] هم نمونه‌های معمول مس همچنان مقاومت الکتریکی کمی دارند. در مقابل ابررساناها موادی هستند که اگر دمایشان از یک [[دمای بحرانی]] کمتر شود، ناگهان مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌دهند. جریانی از الکتریسیته در یک حلقهٔ ابررسانا می‌تواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. مانند پدیدهٔ فرومغناطیسفرّومغناطیس و خطوط طیفی اتم‌ها، ابررسانایی نیز پدیده‌ای کوانتومی است. هر چند یک تئوری جهانشمول برای اَبَررسانایی وجود ندارد؛ و نمی‌توان آن را با [[فیزیک کلاسیک]] به مانند یک رسانای مطلوب توصیف کرد.
 
پدیدهٔ ابررسانایی برای طیف وسیعی از مواد مانند قلع و آلومینیوم وجود دارد. همچنین برخی آلیاژها و نیمه‌رساناها نیز ابررسانا هستند، ولی فلزاتی مثل طلا و نقره این پدیده را از خود نشان نمی‌دهند، همچنین پدیدهٔ ابررسانایی در فلزات فرومغناطیس هم روی نمی‌دهد. در سال ۱۹۸۶ [[ابررسانایی دمای بالا]] کشف شد. دمای بحرانی این ابررساناها بیش از ۹۰ کلوین است. نظریه‌های کنونی ابررسانایی نمی‌توانند ابررسانایی دمای بالا را، که به ابررسانایی نوع ۲ (Type II) معروف است، توضیح دهند. از نظر عملی ابررساناهای دمای بالا کاربردهای بسیار بیشتری دارند، زیرا در دماهایی ابررسانا می‌شوند که راحت‌تر قابل ایجاد هستند. پژوهش برای یافتن موادی که دمای بحرانی آن‌ها باز هم بیشتر باشد، و همچنین برای یافتن نظریه‌ای برای توضیح ابررسانایی دمای بالا همچنان ادامه دارد.
 
== [[نیمه رسانا]] ==
نیم‌رسانانیمه رسانا یا نیمه‌هادی عنصر یا ماده‌ای است که در حالت عادی عایق باشداست ولی با افزودن مقداری ناخالصی قابلیّتقابلیت هدایت الکتریکی پیدا می‌کند. (منظور از ناخالصی عنصر یا عناصر دیگری است غیر از عنصر اصلیاصلی؛ یا پایه؛ بر فرض مثال،مثلا اگر عنصر پایهاصلی سیلیسیوم باشد ناخالصی می‌تواند آلومینیوم یا فسفر باشد). نیمه‌رساناها در لایه ظرفیت خود چهار الکترون دارند. میزان مقاومت الکتریکی نیمه‌رساناهانیمه‌رساناها، چیزی بین رساناها و نارساناها می‌باشداست. از نیمه رساناها برای ساخت قطعاتی مانند دیود، ترانزیستور، تریستور، آی سی و … استفاده می‌شود. ظهور نیمه رساناها در علم الکترونیک انقلاب عظیمی را در این علم ایجاد کرده که اختراع رایانه یکی از دستاوردهای این انقلاب است. نیمه‌رساناها به دو نوع قسمت‌بندی می‌شوند.دارند
انواع نیمه رسانا
* [[نیمه‌رسانای ذاتی]]
* [[نیمه‌رسانای غیرذاتی]]
در نیمه‌رسانای ذاتی تعداد حفره و الکترون برابر است، در صورتی که در نیمه‌رسانای غیر ذاتی چنین نیست. [[نیمه رسانای غیر ذاتی]] با آلاییدن نیمه‌رسانای چهار ظرفیتی با یک عنصر سه یا پنج ظرفیتی پدید می‌آید. نیمه‌رساناهای غیر ذاتی به دو دسته تقسیم می‌شوند.
# نوع پی P یا PossitivePositive یا دارنده الکترون آزاد (دهنده) که در آن تعداد حفره‌ها بیشتر است.
# نوع ان N یا Negative یا گیرنده الکترون آزاد (پذیرنده) که در آن تعداد الکترون‌ها بیشتر است.
 
== عایق ==
اجسامیموادی که نمی‌توانند جریان الکتریسیته را بدون اتلاف زیاد (با مقاومت الکتریکی کم) از خود عبور دهند، نارسانای الکتریسته خوانده می‌شوند.
 
== اهمیت اجسام رسانا ==
در زندگی امروزی [[اجسام رسانا]] نقش بسیار اساسی ایفا می‌کنند. به عنوان نمونه، می‌توان به سیمهای انتقال اشاره کرد که به این وسیله جریان برق تولید شده در [[نیروگاه]]‌ها به شهرها و مناطق مسکونی منتقل می‌شود. البته اهمیت مواد رسانا تنها به این مورد خاص که اشاره شد، محدود نمی‌شود. اگر وسایل برقی خانگی را مورد توجه قرار دهیم و به مواد مختلف رسانا که در ساختمان آن بکار رفته‌است،رفته‌است توجه کنیم، اهمیت این مواد بیشتر واضح خواهد بود.
 
== منابع ==