محاضرة 1 مقدمة عن الطاقة والمادة والتوصيل الكهربائي PDF

‫‪1‬‬ ‫محاضرة ‪1‬‬ ‫‪،‬مقدمة عن الطاقة والمادة‬ ‫التوصيل الكهربائي‬ ‫في الهندسة الكهربائية‪ ،‬غالًب ا ما نهتم بالتواصل أو نقل الطاقة‬ ‫‪،‬من نقطة إلى أخرى‪.‬للقيام بذلك يتطلب وجود ترابط (دائرة كهربائية)‬ ‫وُي عرف كل مكون من مكونات الدائرة باسم عنصر‪.‬الدائرة الكهربائية هي ترابط بين‬ ‫العناصر الكهر...

‫‪1‬‬ ‫محاضرة ‪1‬‬ ‫‪،‬مقدمة عن الطاقة والمادة‬ ‫التوصيل الكهربائي‬ ‫في الهندسة الكهربائية‪ ،‬غالًب ا ما نهتم بالتواصل أو نقل الطاقة‬ ‫‪،‬من نقطة إلى أخرى‪.‬للقيام بذلك يتطلب وجود ترابط (دائرة كهربائية)‬ ‫وُي عرف كل مكون من مكونات الدائرة باسم عنصر‪.‬الدائرة الكهربائية هي ترابط بين‬ ‫العناصر الكهربائية‪.‬الطاقة‬ ‫الطاقة‬ ‫ضرورية للحياة‪.‬إنها القدرة على القيام بالعمل وتسمح لنا بالعيش‪.‬هناك العديد‬ ‫‪،‬من أشكال الطاقة المختلفة‪.‬الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل أو تحريك األشياء‪.‬على سبيل المثال‬ ‫يمكن استخدام الطاقة المخزنة في الوقود مثل البنزين لتحريك السيارة‪.‬الطاقة الموجودة في البنزين هي‬ ‫‪.‬شكل من أشكال الطاقة تسمى الطاقة الكيميائية‬ ‫قانون حفظ الطاقة‬ ‫‪.‬قانون حفظ الطاقة هو أحد قوانين الفيزياء األساسية‬ ‫‪،‬ينص قانون حفظ الطاقة على أنه "في نظام مغلق‪ ،‬أي نظام معزول عن محيطه‬ ‫يتم الحفاظ على إجمالي طاقة النظام"‪.‬وفًق ا للقانون‪ ،‬يتم‬ ‫الحفاظ على إجمالي الطاقة في النظام حتى لو حدث تحول للطاقة‪.‬يمكن تحويل الطاقة بين‬ ‫أشكال الطاقة المختلفة‪ ،‬بينما يتم الحفاظ على الطاقة الكلية‪.‬ال يمكن إنشاء الطاقة أو‬ ‫تدميرها‪ ،‬بل يمكن تحويلها فقط من شكل إلى آخر‪.‬وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي جول‪.‬عندما‬ ‫نقول عرًض ا أن الطاقة "استهلكت"‪ ،‬فإننا نعني بشكل أكثر دقة أنها تدهورت‬ ‫إلى أشكال أقل فائدة وخاصة إلى طاقة حرارية تزيد فقط من درجة حرارة المحيط‬ ‫‪.‬‬ ‫أنواع الطاقة المختلفة‬ ‫‪:‬على الرغم من وجود العديد من أشكال الطاقة‪ ،‬إال أنها تصنف على نطاق واسع إلى‬ ‫الطاقة الحركية ‪1.‬‬ ‫الطاقة الكامنة ‪2.‬‬ ‫الطاقة الحركية‬ ‫‪.‬هي الطاقة المرتبطة بحركة الجسم‬ ‫‪:‬أنواع مختلفة من الطاقة الحركية‬ ‫الطاقة المشعة ‪1.‬‬ ‫توجد الطاقة المشعة‪ ،‬المعروفة أيًض ا باإلشعاع أو الطاقة الكهرومغناطيسية‪ ،‬في‬ ‫الموجات الكهرومغناطيسية مثل الضوء المرئي واألشعة فوق البنفسجية واألشعة تحت الحمراء وأشعة جاما والموجات الراديوية‬ ‫أشعة الشمس هي المصدر الطبيعي الرئيسي للطاقة المشعة‪ ،‬إلى جانب الضوء من النجمين ‪.‬‬ ‫‪.‬‬ ‫الموجات الكهرومغناطيسية من الشمس هي أعظم مصدر للطاقة المشعة الطبيعية المستخدمة‬ ‫‪.‬لتوليد الكهرباء من خالل المجمعات الحرارية أو األلواح الكهروضوئية‪ ،‬من بين تطبيقات أخرى‬ ‫‪:‬الطاقة الحرارية ‪2.‬‬ ‫يتم إنتاج الطاقة الحرارية (وتسمى أيًض ا طاقة الحرارة) عندما يتسبب ارتفاع درجة الحرارة‬ ‫في تحرك الذرات والجزيئات بشكل أسرع واصطدامها ببعضها البعض‪.‬الطاقة الحرارية‪ ،‬أو الحرارة‪ ،‬هي الطاقة‬ ‫الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تنتج عن حركة الذرات والجزيئات في المادة‪.‬تزداد الحرارة عندما‬ ‫تتحرك هذه الجزيئات بشكل أسرع‪.‬تسمى الطاقة الناتجة عن درجة حرارة المادة المسخنة‬ ‫بالطاقة الحرارية‪.‬على سبيل المثال‪ ،‬عندما تسخن البيتزا في الفرن‪ ،‬فإنك ترفع‬ ‫درجة حرارة البيتزا‪.‬تتحرك الجزيئات التي تتكون منها البيتزا بشكل أسرع عندما تكون البيتزا‬ ‫‪.‬ساخنة للغاية‬ ‫الطاقة الميكانيكية ‪3.‬‬ ‫‪.‬الطاقة الميكانيكية هي الطاقة المرتبطة بالحركة الميكانيكية لألشياء‬ ‫‪.‬يمكن أيًض ا اإلشارة إلى هذا النوع من الطاقة باسم طاقة الحركة‬ ‫الطاقة الكهربائية ‪4.‬‬ ‫ينتج عن تدفق اإللكترونات المشحونة سلًب ا حول الدائرة الكهرباء والتي نشير‬ ‫‪.‬إليها عادًة بالطاقة الكهربائية‬ ‫طاقة الصوت ‪5.‬‬ ‫‪.‬ينتج الصوت عندما تتسبب قوة في اهتزاز جسم أو مادة‬ ‫تنتقل الطاقة عبر المادة في موجة‪.‬إنها طاقة تتحرك عبر المواد في‬ ‫‪.‬موجات طولية (ضغط ‪ /‬تخلخل)‪.‬األمثلة‪ :‬األصوات والصافرات واآلالت الموسيقية واألبواق‬ ‫الطاقة الكامنة‬ ‫الطاقة الكامنة هي الطاقة المخزنة في جسم أو نظام من األجسام‪.‬الطاقة الكامنة يمكن أن‬ ‫‪.‬تتحول إلى شكل أكثر وضوًح ا من الطاقة الحركية‬ ‫أنواع مختلفة من الطاقة الكامنة‬ ‫‪3‬‬ ‫طاقة الجاذبية )‪1‬‬ ‫هي الطاقة المخزنة في ارتفاع الجسم‪.‬كلما كان الجسم أعلى وأثقل‪ ،‬كلما‬ ‫‪،‬تم تخزين طاقة الجاذبية بشكل أكبر‪.‬عندما يركب الشخص دراجة على تلة شديدة االنحدار ويزيد سرعته‬ ‫يتم تحويل طاقة الجاذبية إلى طاقة حركة‪.‬مثال آخر‪ ،‬مياه النهر في أعلى‬ ‫‪.‬الشالل‬ ‫الطاقة المرنة )‪2‬‬ ‫‪.‬يتم تخزين طاقة الوضع المرنة نتيجة لتطبيق قوة لتشويه جسم مرن‬ ‫يتم تخزين الطاقة حتى تتم إزالة القوة ويعود الجسم إلى شكله األصلي‪ ،‬ويقوم‬ ‫‪.‬بعمل في هذه العملية‪.‬يمكن أن يتضمن التشوه ضغط الجسم أو شده أو لفه‬ ‫الطاقة الكيميائية )‪3‬‬ ‫‪.‬الطاقة المخزنة في روابط المركبات الكيميائية (الجزيئات والذرات)‬ ‫يتم إطالقها في التفاعل الكيميائي وتنتج في الغالب الحرارة كمنتج ثانوي‪ُ ،‬ي عرف باسم‬ ‫التفاعل الطارد للحرارة‪.‬أمثلة على الطاقة الكيميائية المخزنة هي الكتلة الحيوية والبطاريات والغاز الطبيعي‬ ‫والبترول والفحم‪.‬في أغلب األحيان‪ ،‬عندما يتم إطالق الطاقة الكيميائية من مادة ما‪ ،‬فإنها‬ ‫‪.‬تتحول إلى مادة جديدة تماًم ا‬ ‫على سبيل المثال‪ ،‬تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية عندما يحرق الناس الخشب في‬ ‫‪.‬الموقد‪.‬الخشب الجاف هو مخزن الطاقة الكيميائية‪.‬عندما يحترق‪ ،‬يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية‬ ‫تحررت وتحولت إلى طاقة ضوئية وطاقة حرارية‪.‬يرجى مالحظة أن الخشب يتحول‬ ‫‪.‬إلى رماد وهو مادة جديدة‬ ‫الطاقة النووية )‪4‬‬ ‫‪.‬هي طاقة مخزنة في نواة الذرة ‪ -‬الطاقة التي تربط النواة مًع ا‬ ‫‪،‬يمكن إطالق كميات كبيرة من الطاقة عندما تتحد النوى أو تنقسم‪.‬على سبيل المثال‬ ‫‪.‬يخزن اليورانيوم والبلوتونيوم الطاقة النووية‬ ‫المادة‬ ‫‪.‬في تعريف بسيط‪ ،‬المادة هي أي شيء له كتلة ويشغل حيًز ا (حجًم ا)‬ ‫‪،‬تتكون المادة من جزيئات صغيرة ُت عرف بالذرات‪.‬يمكن تقديم المادة في حاالت مختلفة‬ ‫ولكل منها خصائص محددة (صلبة وسائلة وغازية)‪.‬الذرات‬ ‫الذرات‬ ‫هي اللبنات األساسية للمادة‪.‬إنها تشكل كل شيء من حولنا؛ مكتبك‬ ‫واللوحة‪ ،‬وجسمك‪ ،‬كل شيء مصنوع من الذرات‪.‬الذرات صغيرة جًد ا بحيث ال يمكن رؤيتها بدون ‪،‬‬ ‫‪.‬مجاهر قوية‬ ‫‪4‬‬ ‫الذرة هي أصغر وحدة من المادة تحتفظ بهوية المادة‪.‬كل‬ ‫عنصر له نوعه الفريد من الجسيمات‪ ،‬والمعروف باسم ذرته‪.‬تختلف ذرات العناصر المختلفة‬ ‫‪.‬دائًم ا‪.‬يمكن ألدنى تغيير في الذرة أن يحدث فرًق ا هائًال في سلوكها‬ ‫‪.‬يمكنك أن تعيش عن طريق تنفس األكسجين النقي‪ ،‬لكن ال يمكنك أن تعيش على النيتروجين النقي‬ ‫يحترق الخشب بشدة في جو من األكسجين النقي ولكنه لن يشتعل حتى في‬ ‫‪،‬النيتروجين النقي‪.‬ومع ذلك‪ ،‬فإن كالهما غازان في درجة حرارة الغرفة والضغط؛ كالهما عديم اللون‪ ،‬وكالهما عديم الرائحة‬ ‫وكالهما متساويان تقريًب ا في الوزن‪.‬هاتان المادتان مختلفتان جًد ا ألن األكسجين يحتوي على ثمانية‬ ‫‪.‬بروتونات‪ ،‬بينما يحتوي النيتروجين على سبعة فقط‬ ‫البروتونات والنيوترونات‬ ‫الجزء من الذرة الذي يعطي العنصر هويته هو النواة‪.‬تتكون من نوعين‬ ‫‪،‬من الجسيمات‪ ،‬البروتون والنيوترون‪.‬البروتونات والنيوترونات لها نفس الكتلة تقريًب ا‬ ‫‪.‬لكن البروتون له شحنة كهربائية بينما النيوترون ليس كذلك‬ ‫أبسط عنصر‪ ،‬الهيدروجين‪ ،‬له نواة مكونة من بروتون واحد فقط؛‬ ‫ال توجد نيوترونات عادًة ‪.‬هذا هو العنصر األكثر شيوًع ا في الكون‪.‬في بعض األحيان تحتوي نواة الهيدروجين‬ ‫‪.‬على نيوترون أو اثنين مع البروتون‪ ،‬ولكن هذا ال يحدث كثيًر ا‬ ‫‪.‬ومع ذلك‪ ،‬تلعب هذه األشكال "المتحولة" من الهيدروجين أدواًر ا مهمة في الفيزياء الذرية‬ ‫اإللكترونات‬ ‫تحيط بنواة الذرة جسيمات لها شحنة كهربائية معاكسة‬ ‫للبروتونات‪.‬هذه هي اإللكترونات‪.‬يطلق الفيزيائيون بشكل تعسفي على شحنة اإللكترونات السالبة‪ ،‬وشحنة‬ ‫البروتونات الموجبة‪.‬يحتوي اإللكترون على نفس كمية الشحنة تماًم ا مثل البروتون‪ ،‬ولكن مع‬ ‫‪.‬قطبية معاكسة‪.‬الشحنة على إلكترون واحد أو بروتون هي أصغر شحنة كهربائية ممكنة‬ ‫‪.‬جميع الشحنات‪ ،‬مهما كانت كبيرة‪ ،‬هي مضاعفات لهذه الشحنة الوحدوية‬ ‫ُي نظر إلى اإللكترونات على أنها سريعة الحركة‪ ،‬ذات أنماط معقدة للغاية‪ ،‬لدرجة أنه من غير الممكن حتى‬ ‫تحديدها في أي لحظة زمنية معينة‪.‬كل ما يمكن فعله هو القول بأن اإللكترون سيكون‬ ‫‪.‬من المحتمل أن يكون داخل كرة معينة كما هو الحال خارجها‪ُ.‬ت عرف هذه الكرات باسم قذائف اإللكترون‬ ‫تتوافق مراكزها مع موضع النواة الذرية‪.‬كلما ابتعد الغالف عن النواة‬ ‫‪.‬زادت طاقة اإللكترون (الشكل ‪، )2-1‬‬ ‫تتحرك اإللكترونات حول نواة الذرة عند مستويات محددة تتوافق مع ‪1-2‬‬ ‫‪.‬حاالت طاقة مختلفة‪.‬هذا رسم مبسط يصور إلكتروًن ا يكتسب طاقة‬ ‫يمكن لإللكترونات التحرك بسهولة إلى حد ما من ذرة إلى أخرى في بعض المواد‪.‬في‬ ‫مواد أخرى‪ ،‬من الصعب تحريك اإللكترونات‪.‬ولكن على أي حال‪ ،‬من األسهل بكثير تحريك اإللكترونات‬ ‫‪5‬‬ ‫من تحريك البروتونات‪.‬تنشأ الكهرباء دائًم ا تقريًب ا‪ ،‬بطريقة ما‪ ،‬من حركة‬ ‫‪.‬اإللكترونات في المادة‬ ‫األيونات‬ ‫تبدأ عملية التأين بدخول الطاقة‪.‬التأين‪ ،‬في الكيمياء والفيزياء‬ ‫أي عملية يتم من خاللها تحويل الذرات أو الجزيئات المحايدة كهربائًي ا إلى ‪،‬‬ ‫ذرات أو جزيئات مشحونة كهربائًي ا (أيونات) من خالل اكتساب أو فقدان اإللكترونات‪.‬إذا كانت الذرة تحتوي على‬ ‫إلكترونات أكثر أو أقل من النيوترونات‪ ،‬تكتسب تلك الذرة شحنة كهربائية‪.‬يؤدي نقص اإللكترونات إلى‬ ‫‪.‬شحنة موجبة (كاتيونات)؛ إن زيادة اإللكترونات تعطي شحنة سالبة (أنيونات)‬ ‫الشحنة الصافية على الكاتيون‪ :‬شحنة موجبة (حيث أن عدد اإللكترونات أقل بسبب فقدان‬ ‫اإللكترونات)‪.‬الشحنة الصافية على األنيون‪ :‬شحنة سالبة (حيث أن عدد اإللكترونات أكثر بسبب اكتساب اإللكترونات)‬ ‫‪.‬‬ ‫تظل هوية العنصر كما هي‪ ،‬بغض النظر عن مدى زيادة أو نقص‬ ‫اإللكترونات‪.‬تسمى الذرة المشحونة أيوًن ا‪.‬عندما تحتوي المادة على العديد من األيونات‪ ،‬يقال‬ ‫‪.‬إن المادة متأينة‪.‬تسمى عملية تكوين األيونات بالتأين‬ ‫‪.‬يمكن أن تسبب درجات الحرارة المرتفعة جًد ا أو التفريغات الكهربائية أو اإلشعاع النووي التأين‬ ‫الموصلية الكهربائية‬ ‫نحدد العناصر من خالل خصائصها‪.‬يمكن للمرء أن يميز بسهولة بين العناصر‬ ‫‪،‬من خالل الجودة التي تمتلكها‪.‬لها خصائص فيزيائية وكيميائية‪.‬خصائصها الفيزيائية‬ ‫‪،‬مثل قابلية التشكيل‪ ،‬والطور‪ ،‬والملمس‪ ،‬واللون‪ ،‬والقطبية‪ ،‬والذوبان‪ ،‬وما إلى ذلك‪.‬ولكن كما نعلم‬ ‫يتم إجراء تصنيف آخر مهم جًد ا للعناصر بناًء على توصيلها للشحنة الكهربائية‪ ،‬أي‬ ‫‪.‬الموصالت والعوازل‬ ‫الموصلية الكهربائية هي قدرة المادة على تمرير تيار كهربائي من خاللها‪.‬كل‬ ‫‪،‬مادة لها موصلية كهربائية خاصة بها‪.‬إنها مجرد معكوس المقاومة‪.‬في بعض المواد‬ ‫تتحرك اإللكترونات بسهولة من ذرة إلى أخرى‪.‬في مواد أخرى‪ ،‬تتحرك اإللكترونات بصعوبة‪.‬وفي‬ ‫‪،‬بعض المواد‪ ،‬يكاد يكون من المستحيل تحريكها‪.‬وفًق ا للموصلية الكهربائية‬ ‫يتم تصنيف المواد على النحو التالي‪ :‬الموصالت‬ ‫الموصالت‬ ‫هي المواد أو المواد التي تسمح للكهرباء بالتدفق من خاللها‪.‬إنها‬ ‫‪.‬توصل الكهرباء ألنها تسمح لإللكترونات بالتدفق بسهولة داخلها من ذرة إلى ذرة‬ ‫الموصل الكهربائي هو مادة تكون فيها اإللكترونات متحركة‪.‬الموصالت هي مواد‬ ‫‪.‬بها إلكترونات تكافؤ مرتبطة بشكل فضفاض ‪ -‬يمكن لإللكترونات االنجراف بحرية بين الذرات‬ ‫اإللكترونات في الموصل التي ترتبط بشكل فضفاض بنواة ذراتها‪ ،‬وال تتحرك في‬ ‫تيار ثابت‪ ،‬تتبادل باستمرار وعشوائًي ا مواقعها من ذرة إلى ذرة بجوارها مباشرة‬ ‫‪.‬يحدث هذا لعدد ال يحصى من الذرات طوال الوقت ‪.‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪.‬في الموصل‪ ،‬تنتقل اإللكترونات من ذرة إلى ذرة‬ ‫ُي عَّر ف الموصل الكهربائي بأنه المواد التي تسمح للكهرباء بالتدفق من خاللها‬ ‫بسهولة‪.‬ويقال إن الموصالت التي تسمح للكهرباء بالتدفق بحرية لها موصلية عالية ومقاومة‬ ‫‪.‬منخفضة‬ ‫إن التنبؤ باالتجاه الذي ستتحرك به اإللكترونات داخل مادة موصلة هو‬ ‫‪.‬تطبيق بسيط للقاعدتين األساسيتين لتفاعل الشحنة‪.‬فاألضداد تجتذب والمتشابهات تتنافر‬ ‫لنفترض أنه تم استخدام طريقة ما لنقل شحنة سالبة إلى جسم في مكان معين‪.‬وفي‬ ‫‪.‬المكان الذي يتم فيه نقل الشحنة‪ ،‬يوجد فائض من اإللكترونات‬ ‫سيسمح الجسم المصنوع من مادة موصلة بنقل الشحنة عبر‬ ‫‪،‬سطح الجسم بالكامل‪.‬وإذا تم نقل الشحنة إلى الجسم في مكان معين‬ ‫يتم توزيع هذه الشحنة بسرعة عبر سطح الجسم بالكامل‪.‬إن توزيع الشحنة هو نتيجة لحركة اإللكترونات‬ ‫ونظًر ا ألن الموصالت تسمح بنقل اإللكترونات من جسيم إلى آخر‪ ،‬فإن ‪.‬‬ ‫الجسم المشحون سيوزع شحنته دائًم ا حتى‬ ‫يتم تقليل القوى التنافرية اإلجمالية بين اإللكترونات الزائدة‪.‬تهاجر اإللكترونات الزائدة إلبعاد نفسها عن جيرانها التنافر‬ ‫في هذا المعنى‪ ،‬يقال أن الشحنة السالبة الزائدة توزع نفسها على ‪.‬‬ ‫سطح الموصل‪.‬إذا تم لمس موصل مشحون بجسم آخر‪ ،‬يمكن للموصل‬ ‫حتى نقل شحنته إلى ذلك الجسم‪.‬يحدث نقل الشحنة بين األجسام بسهولة أكبر‬ ‫إذا كان الجسم الثاني مصنوًع ا من مادة موصلة‪.‬تسمح الموصالت بنقل الشحنة من خالل‬ ‫‪.‬الحركة الحرة لإللكترونات‬ ‫‪.‬عادًة ما يتضمن الهيكل الذري للموصالت الجيدة إلكتروًن ا واحًد ا فقط في غالفها الخارجي‬ ‫‪ُ.‬ي طلق عليه إلكترون التكافؤ‪.‬يتم نزعه بسهولة من الذرة‪ ،‬مما ينتج عنه تدفق التيار‬ ‫‪7‬‬ ‫أفضل موصل في درجة حرارة الغرفة هو الفضة العنصرية النقية‪.‬النحاس واأللمنيوم‬ ‫موصالن كهربائيان ممتازان أيًض ا‪.‬الحديد والصلب والمعادن األخرى المختلفة موصالت جيدة إلى متوسطة‬ ‫‪.‬للكهرباء‪.‬في معظم الدوائر واألنظمة الكهربائية‪ ،‬يتم استخدام أسالك النحاس أو األلومنيوم‬ ‫‪.‬الفضة غير عملية بسبب تكلفتها العالية‬ ‫المعادن والبشر واألرض والحيوانات كلها موصالت‪.‬هذا هو السبب في تعرضنا‬ ‫لصدمات كهربائية! عالوة على ذلك‪ ،‬فإن جسم اإلنسان موصل جيد‪.‬لذلك‪ ،‬فهو يوفر مساًر ا خالًي ا من المقاومة‬ ‫لتدفق التيار من السلك إلى الجسم‪.‬عندما نالمس موصاًل ‪ ،‬يحدث‬ ‫تدفق لإللكترونات من جسم إلى آخر‪.‬وهذا هو السبب في شعورنا بالصدمة‪.‬الصدمة هي‬ ‫‪.‬في األساس شعور بسيط بمرور التيار عبر الجسم‬ ‫بعض السوائل موصالت كهربائية جيدة‪.‬الزئبق هو أحد األمثلة‪.‬الماء المالح موصل جيد‬ ‫الغازات‪ ،‬بشكل عام‪ ،‬موصالت رديئة للكهرباء‪.‬هذا ألن الذرات أو ‪.‬‬ ‫الجزيئات تكون بعيدة جًد ا عن بعضها البعض للسماح بالتبادل الحر لإللكترونات‪.‬ولكن إذا أصبح الغاز‬ ‫‪.‬مؤيًنا‪ ،‬فإنه موصل جيد للكهرباء‬ ‫‪.‬بعض المواد‪ ،‬مثل الكربون‪ ،‬توصل الكهرباء بشكل جيد إلى حد ما ولكن ليس جيًد ا حًق ا‬ ‫يمكن تغيير الموصلية بإضافة شوائب مثل الطين إلى عجينة الكربون‪ ،‬أو عن طريق لف‬ ‫سلك رفيع في ملف‪.‬تسمى المكونات الكهربائية المصنوعة بهذه الطريقة المقاومات‪.‬وهي‬ ‫‪.‬مهمة في الدوائر اإللكترونية ألنها تسمح بالتحكم في تدفق التيار‬ ‫العنصر المقاوم في المقاومات الكربونية مصنوع من خليط من الكربون المسحوق الناعم ومادة‬ ‫عازلة‪ ،‬عادة ما تكون سيراميكية‪.‬يتم تحديد المقاومة من خالل نسبة مادة الحشو‬ ‫‪.‬إلى الكربون‪.‬يمكن تصنيع المقاومات بحيث تكون لها خصائص دقيقة )السيراميك المسحوق(‬ ‫‪.‬تخيل أنك تخبر كل شخص في الصف أنه يجب أن يمرر عدًد ا معيًنا من الكرات في الدقيقة‬ ‫هذا يشبه إنشاء مقاوم بقيمة معينة من المقاومة الكهربائية‪.‬العوازل‬ ‫العوازل‬ ‫هي المواد أو المواد التي تقاوم أو ال تسمح للتيار بالتدفق‬ ‫من خاللها‪.‬تمنع العوازل الكهربائية التيارات الكهربائية من التدفق‪ ،‬إال ربما‬ ‫بكميات صغيرة جًد ا‪.‬تحتوي العوازل على هياكل حيث ترتبط اإللكترونات بالذرات بواسطة‬ ‫روابط أيونية أو تساهمية ‪ -‬ال يمكن أن يتدفق أي تيار تقريًب ا‪.‬تحتوي ذرات العازل على‬ ‫إلكترونات مرتبطة بإحكام ال يمكنها التحرك بسهولة‪.‬لها موصلية منخفضة ومقاومة عالية مما يقمع‬ ‫‪.‬تدفق التيار الكهربائي‪.‬تستخدم العوازل في عزل المعدات الكهربائية ألغراض السالمة‬ ‫‪8‬‬ ‫‪.‬يمكن استخدام البورسلين أو الزجاج في األنظمة الكهربائية لمنع حدوث دوائر قصيرة‬ ‫تأتي هذه األجهزة‪ ،‬التي تسمى العوازل‪ ،‬بأشكال وأحجام مختلفة لتطبيقات مختلفة‪.‬يمكنك‬ ‫رؤيتها على أعمدة وأبراج المرافق ذات الجهد العالي‪ُ.‬ت ثَّب ت األسالك الكهربائية في‬ ‫‪.‬البرج دون المخاطرة بحدوث ماس كهربائي‬ ‫‪.‬غالًب ا ما يتم تثبيت األجسام الموصلة على أجسام عازلة‬ ‫يمنع هذا الترتيب للموصل فوق العازل انتقال الشحنة من الجسم الموصل‬ ‫‪.‬إلى محيطه‬ ‫ُت َع د معظم الغازات عوازل كهربائية جيدة‪.‬الزجاج هو أفضل عازل ألنه يتمتع بأعلى‬ ‫‪.‬مقاومة‪.‬المطاط مادة شائعة االستخدام في صناعة اإلطارات والمالبس المقاومة للحريق والنعال‬ ‫‪.‬هذا ألنه عازل جيد جًد ا‪.‬الخشب الجاف والورق والبالستيك أمثلة أخرى‬ ‫الماء النقي عازل كهربائي جيد‪ ،‬على الرغم من أنه يوصل بعض التيار حتى مع أدنى‬ ‫شوائب‪.‬يمكن أن تكون أكاسيد المعادن عوازل جيدة‪ ،‬على الرغم من أن المعدن في شكله النقي‬ ‫‪.‬موصل جيد‬ ‫ُي طلق على المادة العازلة أحياًن ا اسم العازل الكهربائي‪.‬ينشأ هذا المصطلح من حقيقة أنها‬ ‫تحافظ على الشحنات الكهربائية منفصلة‪​​،‬مما يمنع تدفق اإللكترونات التي من شأنها أن تساوي فرق الشحنة‬ ‫بين مكانين‪.‬العوازل هي مواد تعيق التدفق الحر لإللكترونات من‬ ‫جسيم من العنصر إلى آخر‪.‬إذا نقلنا بعض كمية الشحنة إلى مثل هذا العنصر في‬ ‫‪.‬أي نقطة‪ ،‬تظل الشحنة في الموقع األولي وال يتم توزيعها عبر السطح‬ ‫يمكن استخدام المواد العازلة الممتازة لصالح بعض المكونات الكهربائية مثل‬ ‫‪.‬المكثفات‪ ،‬حيث من المهم أال تتدفق اإللكترونات‬ ‫أشباه الموصالت أشباه الموصالت‬ ‫( هي مواد لها موصلية بين الموصالت‬ ‫‪،‬المعادن عموًم ا) وغير الموصالت أو العوازل (مثل السيراميك)‪.‬يمكن أن تكون أشباه الموصالت مركبات‬ ‫‪.‬مثل زرنيخيد الغاليوم‪ ،‬أو عناصر نقية‪ ،‬مثل الجرمانيوم أو السيليكون‬ ‫‪.‬في أشباه الموصالت‪ ،‬تتم معالجة المادة بحيث تتمتع بخصائص خاصة جًد ا‬ ‫تشمل أشباه الموصالت مواد معينة‪ ،‬مثل السيليكون أو السيلينيوم أو الغاليوم‪ ،‬التي تم‬ ‫تشويبها" بإضافة شوائب مثل اإلنديوم أو اإلنتيمون‪.‬التشويب هو عملية إضافة"‬ ‫بعض ذرات الشوائب في أشباه الموصالت النقية أو (الجوهرية) لزيادة موصلية‬ ‫أشباه الموصالت‪ُ.‬ت ستخدم أشباه الموصالت في الثنائيات والترانزستورات والدوائر المتكاملة‬ ‫بتنوع ال حصر له تقريًب ا‪.‬هذه المواد هي التي تجعل من الممكن حمل جهاز كمبيوتر‬ ‫‪.‬في حقيبة‬