آشنایی با اصول الکتریسیته پودمان الکترونیک کاروفناوری هشتم

تحقیق کاروفناوری - مطالب کمک درسی و آموزشی پودمان الکترونیک کاروفناوری

آشنایی با اصول الکتریسیته

الکتریسیتهپدیده ای است که دیده نمی شود، ولی قادر است پدیده های فیزیکی بسیاری مانند حرارت، روشنایی، حرکت و مغناطیس را به وجود آورد. یونانی ها حدود دو هزار سال پیش کشف کردند که بر اثر مالش ماده ای به نام کهربا به جسمی دیگر، نیرویی در کهربا به وجود می آید که می تواند اجسامی مانند برگ خشک و براده های چوب را جذب کند. یونانی ها این گونه اجسام را که مانند کهربا عمل می کنند الکتریک  نامیدند. کلمه الکتریسیته نیز از کهربا گرفته شده است. وقتی موهای خود را شانه می زنید، شانه نیز دارای همین نیروی مرموز می شود و می تواند مانند میله کهربا عمل کند و ذرات کاغذ را جذب کند.

ساختمان ماده

هوایی که تنفس می کنیم، یک قطره آب، یک قطعه فلز و هر آن چه در طبیعت وجود دارد بر خلاف تفاوت های ظاهری بسیاری که دارند همه از ذرات بسیار ریزی تشکیل می شوند. این ذرات را ملکول می نامند. ملکول خواص ماده را دارد. و ملکول ها، از ذرات ریزتری به نام اتم ساخته می شوند.

اتم قابل تقسیم به ذره کوچک تری نیست ولی از قسمت های کوچکتری تشکیل شده است. شکل زیر یک ملکول آب را نشان می دهد. این ملکول ترکیبی از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن است.

ساختمان اتم

ساختمان اتم از دو قسمت تشکیل شده است.

الف(هسته          ب(پوسته یا مدار های الکترونی (اوربیتال)

الف- هسته:در هستۀ اتم دو نوع ذرّه وجود دارد. پروتون که حامل بار مثبت است و نوترون که از نظر الکتریکی خنثی است، یعنی بار الکتریکی ندارد

ب- اوربیتال(پوسته):در اطراف هسته ی اتم لایه های بیضوی شکل قرار دارند. این لایه ها اوربیتال نامیده می شوند. ذرات بسیار ریزی به نام الکترون در اوربیتال ها دوران می کنند. الکترون حامل بار منفی است و جرم بسیار کمی دارد. نحوه قرار گرفتن الکترون ها روی مدارها و پروتون ها و نوترون ها در شکل زیر نشان داده شده است

ذراتی که به آنها اشاره شد بنای اصلی مواد را تشکیل می دهند. در هر اتم بار مثبت پروتون ها از نظر مقدار، با بار منفی الکترون ها برابر است.در حالت عادی یک اتم از نظر بار الکتریکی خنثی است زیرا تعداد پروتون ها با تعداد الکترون ها برابر است، تعداد پروتون های موجود در هستۀ اتم هر ماده ، مشخص کننده عدد اتمیآن ماده است. عدد اتمی کربن 6 است. زیرا 6 پروتون و 6 الکترون دارد، وزن کل هسته که شامل وزن پروتون ها و نوترون ها است را وزن اتمیمی گویند.

حداکثر تعداد الکترون های موجود در هر لایه نیز ثابت است. اولین لایه تا 2، دومین تا 8، سومین تا 18 و چهارمین تا 32 الکترون را در خود جای می دهد. وقتی تعداد الکترون های یک لایه افزایش می یابد، آن لایه پس از پر کردن اوربیتال های خود الکترون های اضافی را به لایه بعدی می فرستد،

اتم از نظر بار الکتریکی خنثی است یعنی در یک اتم تعداد بار های الکتریکی مثبت پروتون ها و تعداد بارهای الکتریکی منفی الکترون ها با هم برابر است. حال اگر یک اتم به علت اعمال انرژی به آن، الکترون از دست بدهد تعداد الکترون ها کم می شود.

به عبارت دیگر بار منفی اتم کاهش می یابد. کاهش بار منفی اتم به معنی این است که اتم دارای بار مثبتشده است. بر عکس اگر اتم الکترون دریافت کند، تعداد الکترون های بار منفی آن زیاد می شود و اتم را از نظر بار الکتریکی، منفیمی شود.

اگر الکترونی از اتم جدا شود و به هیچ اتمی وابسته نباشد، معمولاً آن الکترون را الکترون آزاد می نامند، الکترون ها از آخرین لایۀ اتم که بیشترین فاصله را با هسته دارد جدا می شوند و در فعل و انفعالات شیمیایی شرکت می کنند.

طبقه بندی مواد از نظر هدایت الکتریکی

رسانا (هادی )

برخی از مواد مانند مس، آلومینیوم و فلزات دیگر به راحتی جریان برق را از خود عبور می دهند. به این نوع اجسام هادی می گویند،به طور کلی اجسامی که الکترون آزاد زیادی دارند به راحتی جریان برق را از خود عبور می دهند. فلزات یک تا سه ظرفیتی که الکترون آزاد زیادی دارند، هادی های بسیار خوبی به شمار می آیند.

عایق ها

در مقابل هادی ها اجسامی وجود دارند که جریان برق را به راحتی از خود عبور نمی دهند، به این گونه اجسام عایق می گویند. شیشه، هوا، کائوچو و بعضی از انواع پلاستیک ها عایق هستند. در حقیقت تمامی اجسامی که الکترون آزاد بسیار کمی دارند عایق محسوب می شوند.

نیمه هادی ها

موادی مانند ژرمانیوم و سیلیسیوموجود دارند که هادی یا عایق خوبی نیستند. این مواد 4 ظرفیتی هستند و نیمه هادی نام دارند. در شرایط عادی ، نیمه هادی ها تمایلی به دریافت کردن و یا از دست دادن الکترون ندارند، اما در صورتی که به آنها انرژی داده شود، می توانند الکترون آزاد کنند.