مبحث الکتریسیته
همه اجسام در طبیعت از مواد مختلفی ساخته شده اند که این مواد مرکب نیز از چندین ماده مختلف و هر یک از این مواد مختلف نیز ازعناصر مختلف دیگری تشکیل شده اند . به عنوان مثال یک ماده مختلف مانند فلز مفرغ از دو عنصر مس و قلع تشکیل شده اند که این دو عنصر مس و قلع از این ساده تر نمی شوند و فقط میتوان آن را به مولکولهای مس و قلع تقسیم نمود بنابراین می توان گفت که عناصرشکل ساده شده همه مواد هستند که قابل تقسیم شدن نیستند و فقط میتوان آن را به مولکولهای کوچکتر همان عنصر تقسیم کرد پس عناصرخود نیز از قطعات کوچکتری به نام مولکول ساخته شده که توسط چشم غیر قابل مسلح قابل دیدن نیستند و اگر بخواهیم مولکول را نیز به قطعات ریزتری تقسیم کنیم به اتم می رسیم که جزء ریزتر مولکول می باشد و اتمها دراین مبحث بیشتر مورد بررسی هستند چرا که دارای اجزای ریزتری به نام الکترون – پروتون – نوترون می باشند. الکترون نسبت به دو جزء دیگر بیشتر مورد توجه می باشد زیرا که بر اثر اثرات و جابجائی آن جریان الکتریسیته برقرار می گردد، به همین دلیل به این جریان ، جریان الکتریسیته گفته شد چرا که از حرکت الکترونها نشات گرفته شده است ولازم است قبل از شروع مبحث اکتریسیته نگاهی اجمالی تر به این سه جزء اتم بیندازیم .
نوترون :
مرکزی ترین و سنگین ترین جزء اتم است که به عنوان مرکز ثقل اتم عمل میکند و در جریان الکتریسیته اهمیت چندانی ندارد و دارای بار الکتریکی خنثی می باشد
پروتون :
مانند گوشتی اطراف پروتون را فرا گرفته است و با نوترون هسته را تشکیل می دهند و از نوترون سبکتر است و به دلیل اینکه دارای بار الکتریکی مثبت می باشد باعث نگاه داشتن الکترونها در اطراف هسته می شوند ومقدار نیروی جاذبه مثبت آن باعث رسانا شدن و نارسانا شدن عنصر می شود
الکترون :
سبکترین جزء اتم می باشند که در لایه های خاصی (اوربیتال ) به دور هسته اتم میگردند و دارای بار منفی می باشند وتوسط نیروی مثبت هسته که توسط پروتون بر آن اعمال می شود در اطراف هسته باقی می مانند و به دلیل چرخشی که به دور خود انجام می دهند مانع جذب آن توسط پروتونها می شوند در عین حالی که دارای کمترین وزن می باشند ولی ا زنظر حجم دارای حجمی تقریبا 1873 برابر پروتون هستند و بیشتر مسائل موجود الکتریسیته بر اساس رفتار الکترون توجیه می شود .
اگر بخواهیم اتم را به چیزی تشبیه کنیم می توانیم از منظومه شمسی نام ببریم که در آن خورشید نماد هسته اتم می باشد و سیاره ها یی که به دور آن می چرخند همانند الکترونها می باشند که همزمان که به دور خورشید می چرخند به دورخود نیز گردش دارند .
مواد هادی و نیمه رسانا و عایق :
دورترین لایه نسبت به هسته را لایه والانس یا لایه ظرفیت می نامند که تعداد الکترونهای موجود در آن لایه ، مواد هادی و نیمه هادی و عایق رامشخص می کند
مواد هادی :
اگرتعداد الکترونها در لایه والانس 1 تا 3 الکترون باشد ماده موجود رسانا می باشد.
ماده نیمه رسانا :
اگر تعداد الکترونها در لایه والانس 4 الکترون باشد ماده موجود نیمه رسانا می باشد .
مواد عایق :
اگر تعداد الکترونها در لایه والانس 5 تا 8 الکترون باشد ماده موجود عایق می باشد .
نکته :
در طبیعت مواد صددرصد عایق و رسانا وجود ندارد.
مدار الکتریکی :
اگر ما در جایی تجمع الکترون و در جایی دیگر نبود الکترون داشته باشیم (که از آن تحت عنوان حفره نام برده می شود) داشته باشیم و ماده رسانایی باعث ارتباط بین الکترونها و حفره ها شوند الکترونها از محل تجمع اکترونها به سمتی که فاقد الکترون است (که تحت عنوان حفره نام برده شد ) حرکت میکنند که همین عمل سبب جریان یافتن الکترونها می شود
برای درک بهتر این مطلب به مثال باطری توجه نمایید
اگر ما یک باطری داشته باشیم یک سمت این باطری مثبت و سمت دیگر منفی می باشد که قسمتی که دارای پلاریته مثبت است دارای حفره هستیم و قسمتی که دارای پلاریته منفی است دارای تجمع اکترون می باشد و وقتی ما لامپی را به این دو پلاریته میزنیم الکترونها به دلیل رسانا بودن لامپ از سمت تجمع الکترونها حرکت می کنند تا به سمتی که حفره وجود دارد برسند و چون در بین را از لامپ عبور میکنند باعث روشن شدن آن می شوند و به سمت حفرها می رسند و وقتی که همه الکترونها حرکت کردند و به سمت حفره ها رفتند و جای حفرها پر شد در این حالت چون دیگر الکترونی برای حرکت کردن نمانده است در این لحظه لامپ خاموش شده و باطری به اصطلاح تمام شده است ( دشارژ شده است ) .
این ارتباط بین الکترونها و حفره های موجود در یک منبع که باعث کار کردن مصرف کننده می شود را مدار الکتریکی می گویند که شکل زیر یک شکل بسیار ساده یک منبع الکتریکی را نشان می دهد .
نکته : در حالت علمی و تئوری حرکت الکترونها از منفی به مثبت می باشند ولی به صورت قراردادی برای توجیه بسیاری از مسائل الکترونیک حرکت حفره ها را از مثبت به منفی میگیرند.
بیشتر مشکلاتی که ممکن است برای یک مدار الکتریکی اتفاق بیفتد عبارت است : قطعی – برق دزدی – اتصال کوتاه شدن مدار است که فقط ممکن است که شکل حادث شدن آن تغییر کند مثلا در یکی با سوختن سیم کشی و دیگری با روشن نشدن مصرف کننده و دیگری با دشارژشدن منبع تغذیه همراه باشد .و فقط تشخیص آن ممکن است در مدار مشکل ویا وقت گیر باشد.
پس از شناخت مدار الکتریکی نیاز است که با سه کمیت بسیار مهم که در مدارات الکتریکی بسیار تاثیر گذار هستند آشنا شویم که عبارت است از : اختلاف پتانسیل – شدت جریان – مقاومت الکتریکی
همه اجسام در طبیعت از مواد مختلفی ساخته شده اند که این مواد مرکب نیز از چندین ماده مختلف و هر یک از این مواد مختلف نیز ازعناصر مختلف دیگری تشکیل شده اند . به عنوان مثال یک ماده مختلف مانند فلز مفرغ از دو عنصر مس و قلع تشکیل شده اند که این دو عنصر مس و قلع از این ساده تر نمی شوند و فقط میتوان آن را به مولکولهای مس و قلع تقسیم نمود بنابراین می توان گفت که عناصرشکل ساده شده همه مواد هستند که قابل تقسیم شدن نیستند و فقط میتوان آن را به مولکولهای کوچکتر همان عنصر تقسیم کرد پس عناصرخود نیز از قطعات کوچکتری به نام مولکول ساخته شده که توسط چشم غیر قابل مسلح قابل دیدن نیستند و اگر بخواهیم مولکول را نیز به قطعات ریزتری تقسیم کنیم به اتم می رسیم که جزء ریزتر مولکول می باشد و اتمها دراین مبحث بیشتر مورد بررسی هستند چرا که دارای اجزای ریزتری به نام الکترون – پروتون – نوترون می باشند. الکترون نسبت به دو جزء دیگر بیشتر مورد توجه می باشد زیرا که بر اثر اثرات و جابجائی آن جریان الکتریسیته برقرار می گردد، به همین دلیل به این جریان ، جریان الکتریسیته گفته شد چرا که از حرکت الکترونها نشات گرفته شده است ولازم است قبل از شروع مبحث اکتریسیته نگاهی اجمالی تر به این سه جزء اتم بیندازیم .
نوترون :
مرکزی ترین و سنگین ترین جزء اتم است که به عنوان مرکز ثقل اتم عمل میکند و در جریان الکتریسیته اهمیت چندانی ندارد و دارای بار الکتریکی خنثی می باشد
پروتون :
مانند گوشتی اطراف پروتون را فرا گرفته است و با نوترون هسته را تشکیل می دهند و از نوترون سبکتر است و به دلیل اینکه دارای بار الکتریکی مثبت می باشد باعث نگاه داشتن الکترونها در اطراف هسته می شوند ومقدار نیروی جاذبه مثبت آن باعث رسانا شدن و نارسانا شدن عنصر می شود
الکترون :
سبکترین جزء اتم می باشند که در لایه های خاصی (اوربیتال ) به دور هسته اتم میگردند و دارای بار منفی می باشند وتوسط نیروی مثبت هسته که توسط پروتون بر آن اعمال می شود در اطراف هسته باقی می مانند و به دلیل چرخشی که به دور خود انجام می دهند مانع جذب آن توسط پروتونها می شوند در عین حالی که دارای کمترین وزن می باشند ولی ا زنظر حجم دارای حجمی تقریبا 1873 برابر پروتون هستند و بیشتر مسائل موجود الکتریسیته بر اساس رفتار الکترون توجیه می شود .
اگر بخواهیم اتم را به چیزی تشبیه کنیم می توانیم از منظومه شمسی نام ببریم که در آن خورشید نماد هسته اتم می باشد و سیاره ها یی که به دور آن می چرخند همانند الکترونها می باشند که همزمان که به دور خورشید می چرخند به دورخود نیز گردش دارند .
مواد هادی و نیمه رسانا و عایق :
دورترین لایه نسبت به هسته را لایه والانس یا لایه ظرفیت می نامند که تعداد الکترونهای موجود در آن لایه ، مواد هادی و نیمه هادی و عایق رامشخص می کند
مواد هادی :
اگرتعداد الکترونها در لایه والانس 1 تا 3 الکترون باشد ماده موجود رسانا می باشد.
ماده نیمه رسانا :
اگر تعداد الکترونها در لایه والانس 4 الکترون باشد ماده موجود نیمه رسانا می باشد .
مواد عایق :
اگر تعداد الکترونها در لایه والانس 5 تا 8 الکترون باشد ماده موجود عایق می باشد .
نکته :
در طبیعت مواد صددرصد عایق و رسانا وجود ندارد.
مدار الکتریکی :
اگر ما در جایی تجمع الکترون و در جایی دیگر نبود الکترون داشته باشیم (که از آن تحت عنوان حفره نام برده می شود) داشته باشیم و ماده رسانایی باعث ارتباط بین الکترونها و حفره ها شوند الکترونها از محل تجمع اکترونها به سمتی که فاقد الکترون است (که تحت عنوان حفره نام برده شد ) حرکت میکنند که همین عمل سبب جریان یافتن الکترونها می شود
برای درک بهتر این مطلب به مثال باطری توجه نمایید
اگر ما یک باطری داشته باشیم یک سمت این باطری مثبت و سمت دیگر منفی می باشد که قسمتی که دارای پلاریته مثبت است دارای حفره هستیم و قسمتی که دارای پلاریته منفی است دارای تجمع اکترون می باشد و وقتی ما لامپی را به این دو پلاریته میزنیم الکترونها به دلیل رسانا بودن لامپ از سمت تجمع الکترونها حرکت می کنند تا به سمتی که حفره وجود دارد برسند و چون در بین را از لامپ عبور میکنند باعث روشن شدن آن می شوند و به سمت حفرها می رسند و وقتی که همه الکترونها حرکت کردند و به سمت حفره ها رفتند و جای حفرها پر شد در این حالت چون دیگر الکترونی برای حرکت کردن نمانده است در این لحظه لامپ خاموش شده و باطری به اصطلاح تمام شده است ( دشارژ شده است ) .
این ارتباط بین الکترونها و حفره های موجود در یک منبع که باعث کار کردن مصرف کننده می شود را مدار الکتریکی می گویند که شکل زیر یک شکل بسیار ساده یک منبع الکتریکی را نشان می دهد .
نکته : در حالت علمی و تئوری حرکت الکترونها از منفی به مثبت می باشند ولی به صورت قراردادی برای توجیه بسیاری از مسائل الکترونیک حرکت حفره ها را از مثبت به منفی میگیرند.
بیشتر مشکلاتی که ممکن است برای یک مدار الکتریکی اتفاق بیفتد عبارت است : قطعی – برق دزدی – اتصال کوتاه شدن مدار است که فقط ممکن است که شکل حادث شدن آن تغییر کند مثلا در یکی با سوختن سیم کشی و دیگری با روشن نشدن مصرف کننده و دیگری با دشارژشدن منبع تغذیه همراه باشد .و فقط تشخیص آن ممکن است در مدار مشکل ویا وقت گیر باشد.
پس از شناخت مدار الکتریکی نیاز است که با سه کمیت بسیار مهم که در مدارات الکتریکی بسیار تاثیر گذار هستند آشنا شویم که عبارت است از : اختلاف پتانسیل – شدت جریان – مقاومت الکتریکی
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر