لماذا الحديد موصل جيد للكهرباء

لماذا يعتبر الحديد موصلًا جيدًا للكهرباء؟

يعد الحديد (بالإنجليزية: Iron) أحد المعادن التي تمتاز بموصليةٍ عاليةٍ للكهرباء، وذلك لأنه يحتوي على عدد كبير من إلكترونات التكافؤ حرة الحركة،^[١] فعندما يتم تطبيق جهد كهربائي على معدن الحديد، فإن الإلكترونات سوف تتحرك بحرية وتسمح للكهرباء بالمرور، وذلك لأن المواد ذات الحركة العالية للإلكترونات، كالحديد والفضة مثلًا؛ تعد موصلات جيدة للكهرباء، أما المواد منخفضة الحركة الإلكترونية، فليست موصلاتٌ جيدةٌ للكهرباء، كالبلاستيك مثلًا.^[٢]

ما هي الموصلية الكهربائية؟

تعرف الموصلية الكهربائية (بالإنجليزية: Electrical conductivity) بأنها إحدى الخصائص الفيزيائية للمادة، والتي تشير إلى مدى قدرة المادة على توصيل التيار الكهربائي،^[٣] كما يمكن تعريف الموصلية الكهربائية بأنها قياس كمية التيار الكهربائي التي يمكن للمادة أن تحملها، أو قياس لمدى قدرة المادة على حمل التيار الكهربائي، وتعد الموصلية الكهربائية خاصية جوهرية ومهمة للمادة.^[٤]

أشهر المواد الموصلة للكهرباء

تعد المعادن من أشهر المواد التي تتميز بموصلية عالية للكهرباء، ويعد معدن الفضة العنصر الأفضل في التوصيل الكهربائي على الإطلاق، ومن الموصلات الجيدة أيضًا: النحاس، والذهب، والألومنيوم، والزنك، والنيكل، وفيما يأتي شرحٌ مفصل لبعض أشهر الموصلات الكهربائية:^[٥]

الفضة

تعد الفضة أفضل موصلٍ معروفٍ للكهرباء، لأنها تحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات الحرة، مما يجعلها موصلة جيدة، حيث إن الكهرباء التي تمر عبرها تكون قادرة على تحريك الإلكترونات الحرة؛ فكلما زادت الإلكترونات الحرة في المعدن، زادت موصليته، إلا أن الفضة أغلى من المواد الأخرى، ولا تستخدم عادة إلا إذا كانت مطلوبة لمعدات متخصصة مثل الأقمار الصناعية أو لوحات الدوائر.^[٢]

النحاس

النحاس أقل موصلة من الفضة، إلا أنه أرخص سعرًا، ويشيع استخدامه كموصلٍ فعال في الأجهزة المنزلية، كما أن معظم الأسلاك تكون مطليةً بالنحاس، وعادة ما يتم تغليف قلب المغناطيس الكهربائي بأسلاك نحاسية، ويتميز النحاس بسهولة لحامه ولفه وتشكيله في أسلاك، وهو يستخدم عند الحاجة إلى كمية كبيرة من المواد الموصلة.^[٢]

الألمنيوم

يعد الألومنيوم أكثر موصلية للكهرباء من النحاس، كما أن تكلفته أقل، ويستخدم الألمنيوم في المنتجات المنزلية، أو في صناعة الأسلاك، ولكنه ليس خيارًا شائعًا نظرًا لوجود العديد من العيوب الهيكلية فيه، فعلى سبيل المثال، يميل الألمنيوم إلى تكوين سطح أكسيد مقاوم في التوصيلات الكهربائية، مما قد يتسبب في ارتفاع درجة حرارة التوصيل، ويستخدم الألمنيوم بدلاً من ذلك في خطوط النقل عالية الجهد (مثل كيبيلات الهاتف العلوية)، والتي يمكن تغليفها بالفولاذ لتوفير حماية إضافية.^[٢]

الذهب

الذهب موصل جيد للكهرباء، ولا يبهت أو يتغير لونه مثل المعادن الأخرى عند تعرضه للهواء، فعلى سبيل المثال، قد يتأكسد (يتآكل) الفولاذ أو النحاس عندما يتفاعلان مع الأكسجين لفترة طويلة، إلا أن الذهب باهظ الثمن، ولذلك فهو لا يستخدم إلا في موادٍ معينة، مثل مكونات لوحة الدوائر، أو الموصلات الكهربائية الصغيرة، وقد تُطلى بعض المواد بطبقة رقيقة من الذهب لاستخدامها كموصلٍ كهربائي؛ مع تقليل التكلفة.^[٢]