الفرق بين الموصلات وأشباه الموصلات
تعبّر الموصلية الكهربائية عن طريقة مرور التيار الكهربائي داخل مادة ما، فكثافة التيار الكهربائي تزداد بزيادة الموصلية الكهربائية للمادة عند تطبيق فرق جهد بين طرفيها، كما أن التوصيل الكهربائي يعبّر عن قدرة المادة على توصيل الكهرباء.[١]
وبشكل عام يظهر الفرق الرئيسي بين الموصلات وأشباه الموصلات عند تدفق الجسيمات المشحونة بالكهرباء تحت تأثير المجال الكهربائي؛ فعند تطبيق أي جهد على الموصل فإنّ الجسيمات المشحونة فيه تنتقل بسهولة من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، ممّا يجعله موصلاً جيداً للتيار الكهربائي، أما أشباه الموصلات فتسمح لكمية قليلة من الشحنات بالانتقال من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل.[٢]
التعريف
تُعرف الموصلات (بالإنجليزية: Conductors) بأنها المواد التي تسمح للكهرباء بالتدفق من خلالها بسهولة، كما تسمح بنقل الحرارة أيضاً، ومن الأمثلة على الموصلات المعادن، وجسم الإنسان الذي يعتبر موصلاً قوياً، والأرض، وأجسام الحيوانات، ويعود سبب انتقال الكهرباء خلال الموصلات بحرية إلى أنّ الموصلات تحتوي على إلكترونات حرة على سطحها تسمح بمرور التيار بسهولة.[٣]
في المقابل تُعرف أشباه الموصلات (بالإنجليزية: Semiconductor) بأنها مواد صلبة يمكن التحكم في توصيلها الكهربائي على نطاق واسع، إما بشكل دائم أو ديناميكي، وبطبيعة الحال فإنه يتم تعديلها في الغالب عن طريق إضافة شوائب عبر عملية تعرف باسم التطعيم، لتعديل خصائصها مثل تدفق التيار أحادي الاتجاه، أو التضخيم، أو تحويل الطاقة وغيرها، ومن الجدير بالذكر أن أشباه الموصلات تعتبر مهمة للغاية من الناحية التكنولوجية والاقتصادية، وتعتبر مواد أساسية في جميع الأجهزة الكهربائية الحديثة، ويعد السيليكون من أهم أشباه الموصلات من الناحية التجارية على الرغم من أهمية العشرات أيضاً من الأنواع الأخرى.[٤][٥]
المقاومة الكهربائية
عند النظر للفرق بين الموصلات وأشباه الموصلات من ناحية المقاومة الكهربائية فسنجد بأنّ المقاومة في الموصلات تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة، وهي تمتلك مقاومة قليلة جداً، بينما تقل المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة في أشباه الموصلات، ويعتمد التوصيل الكهربائي في الموصلات على الإلكترونات الحرة في الروابط الفلزية، بينما يعتمد في أشباه الموصلات على حركة الإلكترونات والثقوب.[٤]
قيم الموصلية والمقاومية
تتراوح قيم الموصلية في أشباه الموصلات بين 10^-7 - 10^-13 أوم/متر، وهي توصل التيار الكهربائي بكل سهولة، أما قيم الموصلية للموصلات فتبلغ قيمتها 10^-7 أوم/متر وهي تتصرف كالعوازل أو كالموصلات تحت الظروف المختلفة، أما بالنسبة للمقاومية فتبلغ قيمتها نحو 10^-5 أوم/متر، أما قيم المقاومية فتتراوح لأشباه الموصلات بين 10^-5 - 10^5 أوم/متر.[٤]
تتميز الموصلات بعدم حاجتها لطاقة إضافية لإتمام عملية التوصيل، ويعود ذلك إلى عدم وجود فجوة طاقة بين نطاق التوصيل ونطاق التكافؤ، وأما عن أشباه الموصلات فإنها تحتوي على فجوة طاقة مما يستلزم تزويد إلكتروناتها بالطاقة لإتمام عملية التوصيل.[٤]
سلوكها عند الصفر المطلق
عند عرض المادتين إلى الصفر المطلق فيمكننا ملاحظة أن بعض الموصلات ستتحول إلى موصلات فائقة، وأما الجزء الآخر منها فيمتلك مقاومة محدودة، أما أشباه الموصلات فستتحول إلى عوازل في هذه الحال.
أمثلة على الموصلات وأشباه الموصلات
يعتبر كل من الذهب، والنحاس، والفضة، والألمنيوم من الأمثلة على الموصلات، بينما يعتبر السيليكون، والجيرمانيوم، والسيلينيوم، والأنتيمون، والبورون من الأمثلة على أشباه الموصلات.[٤]
تطبيقات على أشباه الموصلات والموصلات
هناك العديد من التطبيقات الخاصة بالموصلات، ومنها :[٦][٧]
- تستخدم أشباه الموصلات في تصنيع أنواع مختلفة من الأجهزة الإلكترونية، ومنها الديودات والترانزستورات، والدوائر المتكاملة.
- أجهزة استشعار الحرارة (حساسات الحرارة).
- الرقائق الدقيقة والسيارات ذاتية القيادة.
- الآلات الحاسبة، ولوحات الطاقة الشمسية، وأجهزة الكمبيوتر، والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
هناك العديد من التطبيقات الخاصة بالموصلات، ومنها:[٨]
- يستخدم الزئبق وهو موصل سائل جيد في موازيين قياس الحرارة، وذلك للتحقق من درجة حرارة الجسم.
- يستخدم الألمنيوم في صناعة رقائق حفظ الطعام، كما يستخدم في أوعية الطهي لأنه موصل جيد للكهرباء والحرارة.
- يستخدم الحديد كمادة شائعة في صناعة محركات السيارات لتوصيل الحرارة.
- تستخدم الموصلات في مشعات السيارات، بحيث يكمن استخدامها في إبعاد الحرارة عن المحرك.
هل توصل أشباه الموصلات الحرارة والكهرباء؟
تلعب أشباه الموصلات دور العوازل عند درجات الحرارة المنخفضة، بينما تأخذ شكل الموصلات عند درجات الحرارة المرتفعة وتوصل الكهرباء والحرارة.[٩]
المراجع
- ↑ "Conductivity – Definition, Formula, Unit", Toppr, Retrieved 4/8/2021.
- ↑ "Difference Between Conductor, Insulator and Semiconductor", Electronics Coach, 14/9/2018, Retrieved 4/8/2021. Edited.
- ↑ "What are Conductors?", VEDANTU, 3/2/2021, Retrieved 4/8/2021.
- ^ أ ب ت ث ج "Difference Between Conductor, Semiconductor and Insulator", ELECTRICAL TECHNOLOGY, 15/8/2020, Retrieved 4/8/2021.
- ↑ "Semiconductor", New World Encyclopedia, Retrieved 4/8/2021.
- ↑ "Semiconductor", Encyclopedia Britannica, Retrieved 4/8/2021.
- ↑ "Semiconductors", byjus, 26/4/2021, Retrieved 4/8/2021.
- ↑ "Conductors and Insulators", Toppr, Retrieved 4/8/2021.
- ↑ "Do semiconductors conduct heat and electricity?", byjus, 5/1/2021, Retrieved 4/8/2021.
