فرخنده پارسا جمعه 17 فروردین 1397 07:00 ق.ظ نظرات ()

ساده ترین تعریف  که برای کلمه رسانا میتوان پیشنهاد داد عبارت از :

"بعضی از اجسام مانند : فلزات ( سیم مسی ) که 

الکتریسته (جریان برق) را به خوبی از خود عبور میدهند،

 رسانا نامیده می شوند. "

در این نوع اجسام( رسانا)

 الکترون های آزاد اتم به راحتی در شبکه بلوری اجسام حرکت میکنند 

و عمل رسانایی را انجام میدهند.

 مانند  :

میخ آهنی و سیم فلزی، آب، مس،

 طلا، نقره، آلومینیوم و بدن انسان از این دسته هستند.

به عنوان مثال

 اگر سر یک سیم مسی را به میله نایلونی باردار

 و سر دیگر آن را به یک گلوله چوب پنبه‌ای که در ابتدا بدون بار است، وصل کنیم،

 با نزدیک کردن اجسام باردار دیگر معلوم میشود که گلوله باردار شده است.

بنابراین به سیم مسی که در آن انتقال بار صورت میگیرد، جسم رسانا گویند.

بر عکس تعریف بالا 

اجسامی که الکترون های آزاد ( برای هدایت الکترون ) ندارند، 

و نمیتوانند الکتریسته را از خود عبور دهند،

نارسانا یا عایق نامیده میشود، 

اجسامی مانند :

پلاستیک، چوب ، شیشه، هوا و کاغذ که

الکتریسیته از آنها عبور نمیکند 

در گروه نارسانا قرار دارند.

البته  در این بین برخی اجسام هم وجود دارند که 

در دمای خاصی رسانا نیستند، 

ولی با بالا رفتن درجه حرارت و دما رسانا میشوند. 

به این گروه نیمه هادی، یا نیمه رسانا گفته میشود.

ما همگی در زندگی امروزیمان  اجسام رسانا نقش بسیار مهمی دارند.

 به عنوان نمونه، میتوان به سیمهای انتقال اشاره کرد که

 توسط آنها جریان برقی که در نیروگاه های برق تولید شده است

 به شهر ها و مناطق مسکونی منتقل میشود.

 این جریان است که باعث روشنایی شهرها

 و وجود برق در منازل و سایر اماکن شده است. 

 اگر به وسایل برقی خانگی 

و به مواد مختلف رسانا که در ساختمان آن به کار رفته است،

 توجه کنیم، اهمیت این مواد بیشتر مشخص میشود.

البته یکی ازتفاوتهای مهم اجسام  رسانا و نارسانا این است که

 بار الکتریکی که از اجسام نارسانا میگذرد 

بسیار کمتر از بار الکتریکی است که در زمان برابر از

 یک رسانا با همان شکل و اندازه میگذرد. 

مقدار این بار به اندازه ای کم است که میتوان آن را نادیده گرفت.

مثل شیشه جز موادی است که الکتریسیته را هدایت نمیکنند،

 اما این امر دلیل بر این نیست که بارهای الکتریکی اصلا نمیتواند از 

شیشه و یا هر ماده عایق دیگری عبور کنند، 

بلکه بار الکتریکی از مواد عایق نیز عبور میکنند.

اما باری که می‌‌تواند از اجسام نارسانا مثل شیشه

در مدت زمان معینی عبور کند 

(با مساوی بودن شرایط) بسیار کمتر از باری است که

 از رسانایی با همان شکل و اندازه عبور میکند.

 بنابراین وقتی که گفته میشود جسمی ‌نارسانا است،

 این فقط به معنی این است که در این مورد میتوان از

 بارهایی که میتوانند از آن بگذرند، صرفنظر کرد

همه میدانید که اجسام فلزی (فلزات )دارای الکترون های آزاد هستند. 

این الکترونها در واقع حاملین بارالکتریکی (نوع منفی ) هستند. 

هنگامی که اتمها برای تشکیل جسم جامد فلزی با هم ترکیب میشوند، 

الکترون های لایه خارجی اتم،

آزادانه در سرتاسر حجم جسم جامد حرکت میکنند.

زمانیکه در جسمی جابجایی بارالکتریکی صورت میگیرد، 
میگویند :
از جسم جریان الکتریکی میگذرد. 
بنابراین اگر فلزی را در مسیر جریان الکتریکی قرار دهیم،
 این جریان توسط الکترونهای آزاد آن فلز منتقل میشود 
و ازاین رو خاصیت رسانایی بیشتر متوجه حاملین بار و سرعت آنها است. 
البته غیر از فلزات رساناهای  مختلف دیگری نیز وجود دارند.
در اجسام نارسانا الکترون های آزاد برای جابه جایی به تعداد کافی وجود ندارند،
 در نتیجه وقتی به یک جسم نارسانا الکترون اضافه میشود 
یا از تعداد الکترونهای آن کاسته میشود، 
جسم دارای بار الکتریکی میشود 
و این بار در همان محل ساکن باقی میماند و جا به جا نمیشود.

آیا میدانید   در تخلیه الکتریکی چه روی میدهد؟

برای مثال ، در صاعقه که با نزدیک شدن ابر به زمین و جهش

الکترونها ، جرقه ای ایجاد میشود ،

 در واقع ابر باردار و یا زمینی که بار داشته باشد ، 

فضای بین ابر و زمین را رسانا کرده

 و این رسانایی ، جرقه ای ایجاد میکند. 

به این عمل تخلیه الکتریکی میگویند .

منظور از الکترون آزاد چیست؟ 

به الکترونی که در دورترین فاصله از هسته قرار دارد 

و میتواند به راحتی از اتم جدا شده 

و به اتمی دیگر حرکت کند ، الکترون آزاد گفته میشود .

همانطور که در متن بالا اشاره شد  در مواد رسانا ،

 تعداد بیشماری الکترون آزاد وجود دارد . 

جابجایی الکترونهای آزاد سبب جابه جا شدن بار الکتریکی از داخل رسانا میشود .

 اما در اجسام نارسانا یا عایق ، تعداد الکترون آزاد ، برای جابه جایی ، کافی نیست. 

پس وقتی الکترون به این اجسام اضافه میشود 

یا از آن کاسته میشود جسم دارای بار الکتریکی شده 

و بار الکتریکی در همان جا ساکن میماند و جا به جا نمیشود . 

برای همین است که هنگام مالش لوله ای شیشه ای ،

 الکترونها به طرف پارچه حرکت کرده و پارچه بار منفی میگیرد .

 در این حالت بار شیشه مثبت خواهد بود

 و چون هر دو نارسانا هستند ، 

بار الکتریکی در همان جا مانده و سبب جذب پارچه به شیشه میشود .


تعریف برای کلمه جهش

همان طور که در قسمت قبل گفته شد ،

 به جا به جایی الکترون آزاد از

اتم بعضی عناصر به اتم دیگر ، جهش میگویند .

استیون گری فیزیکدان انگلیسی،

 آزمایشاتی دررابطه با رسانایی و بار الکتریکی انجام داد. 

او آزمایشات زیادی را با شیشه و پر و سایر وسایل انجام داد . 

پس از انجام آزمایشات اولیه تصمیم گرفت که چوبی به

 درازای 10 سانتی متر بردارد و نوک آن را

 در چوب پنبه ای که با آن یک سر لوله شیشه ای را بسته بود ، فرو برد .

 در نوک دیگر این چوب ، گلوله ای از عاج قرار داشت . 

آن وقت شروع به مالش دادن لوله ی شیشه ای کرد . 

بعد از مالش شیشه ، پرها جذب گلوله ی عاج شدند . 

پس او نتیجه گرفت که الکتریسیته حرکت میکند و انتقال مییابد . 

اما چرا این الکتریسیته در این جسم مانده است ؟

این مسئله مطرح است که چون شیشه و چوب و عاج نارسانا هستند ، 

پس از عمل جهش، جریان را نمیتوانند به محیط منتقل کنند 

و جریان در همان جا میماند و سبب جذب پرها میشود .

 این مسئله برایاستیون گری وقتی روشن شد که این کار را با صدها متر نخ 

و میخ و گلوله ی عاج و شیشه و پر انجام داد .

 او میخواست بداند که طول جریان چه قدر میتواند باشد .

 برای همین نخها را با میخ به سقف آویزان کرد 

و یک سر را به شیشه و سر دیگر را به گلوله عاج وصل نمود . 

پس از مالش ، پرها جذب گلوله شدند . 

اما ابتدا ، گری فکر کرد که این به طول جریان بستگی دارد .

 ولی بعد دید که پرها حتی جذب خود شیشه نیز نشدند . 

پس دریافت که 

میخها جریان را به سقف انتقال داده اند و جریان در نخها نمانده است .

 پس این کار را با جسم نارسانای دیگری یعنی نخ ابریشمی انجام داد .

 به جای میخ ، نخها را با ابریشم به سقف نگه داشت 

و این بار پرها جذب گلوله شدند.