مطالب کمک درسی جهت تدریس پودمان کاربابرق کاروفناوری هشتم
برق چگونه ایجاد می شود
الكتريسيتهپديده اى است كه ديده نمى شود. ولى قادر است پديده هاى فيزيكى بسيارى مانند: حرارت، روشنايى، حركت، مغناطيس و … را به وجود مى آورد.
الكتريسيتهدو هزار سال پيش توسط يونانى ها كشف شد. آن ها در آن زمان پى بردند وقتى يك كهربا به جسم ديگرى مالش داده مى شود، نيروى مرموز و خاصى در آن به وجود مى آيد كه قادر است اجسامى مانند: برگ خشك و يا براده هاى چوب و … را جذب كند.
در ابتدا تمام اجسامى كه مانند كهربا عمل مى كردند الكتريكنام گرفتند. بعدها دريافتند كه تعدادى از اجسام پس از مالش، يكديگر را جذب و برخى ديگر يكديگر را دفع مى كنند.
فرانكليندر اواسط سال هاى 1700ميلادى اين دو نوع الكتريسيته را كه در دو جسم با جنس مختلف به وجود مى آمد، الكتريسيته « منفى » و « مثبت » نامگذارى كرد.
كوچك ترين جزء يك ماده مركب كه هنوز خواص آن ماده را دارد در اصطلاح ملكول مى نامند.
برهمين اساس به كوچك ترين جزء يك ماده كه هنوز خواص آن ماده را دارد نيز اتم گفته مى شود.
اتم هر عنصر از دو قسمت تشكيل شده است:
هسته هر اتم از دو ذره كوچك به نام (پروتون P+ بار مثبت) و (نوترون N بدون بار) تشكيل شده است.
بر روى مدارهاى الكترونىذراتى به نام الكترون e− با بار منفى قرار دارند.
مدل اتمى عناصر مانند منظومه بسيار كوچك خورشيدى است كه هسته اتم مانند خورشيد و الكترون ها مانند سيارات بر روى مدارهايى حول هسته مى چرخند.
مدار خارجى هر اتم را لایه والانسو الكترون هاى روى اين مدار را الكترون هاى والانسمى نامند.
تعداد الکترونهای مدار والانس هر اتمی همیشه بین 1 تا 8 الکتروناست. تعداد این الکترون ها نشان دهنده ظرفیت آن اتم است.
ویژگی های اتم و ذرات آن
1 - جرم پروتون 1840مرتبه بیشتر از جرم الکترون است.
2- قطر پروتون یک سوم قطر الکترون است
3 - پروتون دارای بار مثبت و درهسته اتم قرار دارد.
4 - نوترون بدون بار بوده و در هسته اتم قرار دارد.
5 - الکترون دارای بار منفی است و روی مدارهای اطراف هسته می چرخد.
6 - مدارهای الکترونی اطراف هسته بیضی شکل هستند
7 - در شرایط عادی تعداد الکترون ها و پروتون های هر اتم با هم برابرند.
8 در طبیعت همه نیروهای مخالف مثبت ومنفی موجود در اتم یکدیگر را خنثی می کنند و هیچ تأثیری روی هم ندارند.
چگونگى ايجاد جريان الكتريكى
براى توليد جريان الكتريكىلازم است كه الكترون هاى والانس از اتم جدا و آزاد شوند. چون الكترون هاى مدار آخر نسبت به هسته اتم دورتر است لذا نيروى جاذبه كمترى از طرف هسته روى آن ها اثر مى كند و بنابراين با واردكردن مقدار كمى انرژى مى توانند از مدار خود جدا شوند و به محل ديگرى انتقال يابند.
شكل زیرنحوه واردشدن انرژى به الكترون هاى والانسوجداشدن آن ها از مدار خود رانشان مى دهد.
هادى ها، عايق ها و نيمه هادى ها
هادی
در مباحث الكتريسيتهتعداد الكترون هاى مدار والانس اتم ها اهميت دارد. زيرا براساس آن ها مواد را از نظر هدايت الكتريكى به سه گروه تقسيم مى كنند.
موادى را كه الكترون هاى مدار والانس آن ها به راحتى آزاد مى شود « رسانا» يا « هادى» مى نامند. تعداد الكترون هاى والانس اين مواد معمولاً 1 - 2 يا 3 الكترون است.
هرگاه به اتم هاى يك هادى انرژى داده شود بين الكترون ها تقسيم مى شود. در اين حالت چون تعداد الكترونهاى والانس كم است مقدار انرژى بيشترى به هر الكتروننسبت به حالتى كه تعداد الكترونها زياد باشد مى رسد.
در يك هادى، الكترون ها به راحتى ازيك اتم به اتم ديگر منتقل مى شود. اين عبارت را مى توان به عنوان تعريف رسانادر نظر گرفت.
از هادى هاى خوب مى توان نقره، مس، طلا و آلومينيومرا نام برد. در صنعتبرق از سيم هاى مسى و آلومينيومى استفاده مى شود زيرا اين عناصر فراوان و مقرون به صرفه هستند.
عايق ها
به موادى كه الكترون هاى مدار والانس آن ها تمايل به ماندن در مدار خود را دارند و به راحتى جدا نمى شوند « دى الكتريك » يا « عايق » مى گويند. اين مواد در مدار والانس خود 5 - 6 - 7 يا 8 الكتروندارند.
در صورتى كه به اتم يك عایق انرژى داده شود اين انرژى بين الكترون هاى والانسآن تقسيم مى شود. چون تعداد الكترون هاى والانس در عايق ها زياد است، لذا مقدار انرژيى كه به هر الكترون مى رسد، نسبت به هادى ها كه تعداد الكترون والانسكمترى دارند كاهش مى يابد.
از عايقهاى خوب مى توان شيشه، كاغذ، پلاستيك، هوا و ميكارا نام برد.
تصوير زیرنشان مى دهد كه چون ميله پلاستيكى نمى تواند الكترون هاى لايه والانس خود را انتقال دهد، لامپ روشن نمى شود پس مى توان نتيجه گرفت كه ماده عايقنمى تواند جريان الكتريكى را عبور دهد.
نيمه هادی ها SemiConductor
موادى كه از نظر آزاد كردن الكترون والانس در حد فاصل عايق ها و هادى ها قرار دارند نيمه هادى ناميده مى شوند. تعداد الكترون هاى والانسنيمه هادى ها معمولاً 4 الكترون است.
در شرايط عادى نيمه هادى ها تمايلى به دريافت كردن و يا از دست دادن الكترون والانسندارند. اما در صورتى كه انرژى خارجى به آن داده شود، مى توانند الكترون آزاد كنند.
از نيمه هادى ها كه در الكتريسته كاربرد دارند مى توان (Si) سيليسيم و (Ge) ژرمانيم را نام برد.
نيمه هادى ها از نظر الكتريكى خنثىهستند. براى اينكه بتوانيم ميزان هدايت نيمه هادى ها را افزايش دهيم بايد آن ها را با مواد ديگرى تركيب كنيم.عمل تركيب نيمه هادى با عنصرى ديگر را ناخالص کردن نيمه هادى مى ناميم.