المقاومة والموصلية الكهربائية
مقدمة
المقاومة الكهربائية والتوصيلية الكهربائية من الخصائص الأساسية التي تحدد كيفية استجابة المواد للتيارات الكهربائية. هذه الخواص مهمة للغاية في تصميم الأنظمة الكهربائية، واختيار المواد لتطبيقات محددة، وتحسين كفاءة الطاقة في مختلف التقنيات.
العوامل المؤثرة على المقاومة والموصلية الكهربائية
تؤثر عدة عوامل على المقاومة الكهربائية والتوصيلية الكهربائية للمواد:
درجة الحرارة
مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد أيضًا المقاومة النوعية لمعظم الموصلات بسبب زيادة الاهتزازات الشبكية التي تعيق تدفق الإلكترونات. وعلى العكس، في أشباه الموصلات، تنخفض المقاومة النوعية عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة.
تركيب المواد
للمواد المختلفة مقاومات جوهرية. وتتمتع المعادنعمومًا بمقاومة نوعية منخفضة، مما يجعلها موصلات ممتازة، في حين أن اللافلزات والعوازل لها مقاومات أعلى.
الشوائب والعيوب
يمكن أن يؤدي وجود شوائب وعيوب هيكلية في مادة ما إلى تعطيل تدفق الإلكترونات، مما يزيد من المقاومة النوعية. عادةً ما تُظهر المواد عالية النقاء مقاومة أقل.
الأبعاد الفيزيائية
تكون المقاومة النوعية للمادة مستقلة عن شكلها وحجمها. ومع ذلك، تعتمد المقاومة الكلية للمادة على طولها ومساحة مقطعها العرضي.
التوصيلية الكهربائية للمعادن
تشتهر المعادن بموصلية كهربائية عالية، وهو ما يُعزى إلى وجود إلكترونات حرة تسهّل حركة الشحنة الكهربائية بسهولة. ويمكن تكييف توصيلية المعادن من خلال تقنيات السبائك والمعالجة لتلبية متطلبات كهربائية محددة.
جدول المقاومة والموصلية الكهربائية
فيما يلي جدول يلخص المقاومة الكهربية و التوصيلية الكهربائية للمواد الشائعة. تقاس المقاومة عادةً بوحدة الأوم-متر (Ωm)، وتقاس الموصلية بوحدة السيمون لكل متر (S/m).
|
المواد |
المقاومة النوعية (Ω-م) |
الموصلية (S/م) |
|
الفضة |
1.59 × 10-⁸ |
6.30 × 10⁷ |
|
النحاس |
1.68 × 10-⁸ |
5.96 × 10⁷ |
|
ذهب |
2.44 × 10-⁸ |
4.10 × 10⁷ |
|
2.82 × 10-⁸ |
3.55 × 10⁷ |
|
|
حديد |
9.71 × 10-⁸ |
1.03 × 10⁷ |
|
نيكل |
6.99 × 10-⁸ |
1.43 × 10⁷ |
|
5.60 × 10-⁷ |
1.79 × 10⁶ |
|
|
رصاص |
2.20 × 10-⁷ |
4.55 × 10⁶ |
|
1.06 × 10-⁷ |
9.43 × 10⁶ |
|
|
الكربون (الجرافيت) |
3.5 × 10-⁵ |
2.86 × 10⁴ |
|
6.40 × 10³ |
1.56 × 10-⁴ |
|
|
مطاط |
10¹⁴ - 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
|
زجاج |
10¹³ -10¹⁶ |
10-¹³ -10-¹⁶ |
|
خشب (جاف) |
10-¹ -10¹² |
10¹⁰ - 10-⁹ |
|
ماء (مقطر) |
18.2 × 10³ |
5.49 × 10-⁵ |
|
خرسانة |
10¹⁴ - 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
ملاحظات:
- تتمتعالمعادن(مثل الفضة والنحاس والألومنيوم) بمقاومة منخفضة، مما يعني أنها موصلات ممتازة.
- تتمتعأشباه الموصلات مثل السيليكونبمقاومة معتدلة وتستخدم في الأجهزة الإلكترونية.
- وتتميزالمواد العازلة مثل المطاط والزجاج والخشببمقاومة عالية جدًا وموصلية ضعيفة.
- الماءفي شكله النقي (المقطر) له مقاومة عالية نسبيًا، لكن الشوائب (مثل الأملاح) تزيد من توصيلها بشكل كبير.
الأسئلة المتداولة
ما الفرق بين المقاومة الكهربية والتوصيلية الكهربية؟
تقيس المقاومة الكهربية مدى قوة مقاومة المادة لتدفق التيار الكهربي، بينما تقيس التوصيلية مدى سهولة تدفق التيار الكهربي عبر المادة.
كيف تؤثر درجة الحرارة على التوصيلية الكهربية في المعادن؟
في الفلزات، كلما زادت درجة الحرارة، تنخفض الموصلية الكهربائية عادةً لأن زيادة اهتزازات الشبكة تشتت الإلكترونات بشكل أكثر فعالية.
لماذا تكون الفلزات موصلة للكهرباء أفضل من غير الفلزات؟
تحتوي الفلزات على إلكترونات حرة تتحرك بسهولة عبر بنية الشبكة، مما يسهل تدفق التيار الكهربي، في حين تفتقر اللافلزات إلى حاملات الشحنة الحرة هذه.
هل يمكن للشوائب تحسين توصيلية الفلز؟
بشكل عام، تزيد الشوائب من المقاومة النوعية للمعدن عن طريق تعطيل البنية الشبكية المنتظمة، مما يجعل تدفق الإلكترونات أكثر صعوبة.
ما التطبيقات التي تتطلب مواد ذات توصيلية كهربائية عالية؟
تعتبر المواد ذات الموصلية الكهربائية العالية ضرورية في الأسلاك الكهربائية، ونقل الطاقة، والأجهزة الإلكترونية، والمكونات مثل الموصلات والمفاتيح الكهربائية.
Chin Trento
