رسانایی یا نارسایی الکتریکی

• نویسنده:
• تاریخ:
• منبع:
• گروه: علوم تجربی

افرادی که بیشتر با وسایل برقی کار می‌‌کنند، در هنگام کار از وسایلی استفاده می‌‌کنند که برق آنها را نگیرد. به عنوان مثال ، کفشهای مخصوص پوشیده و مشغول کار می‌‌شوند. یعنی از آنجا که بدن انسان رسانا است، لذا برای اینکه فاز مثبت جریان برق از طریق بدن انسان به زمین منتقل نشده و با فاز منفی آن ترکیب نشود، (چون در این صورت برق گرفتگی اتفاق می‌‌افتد) باید از کفشهای مخصوص استفاده کنند. یا دسته فازمتر ماده عایق است و لذا می‌‌توان با استفاده از آن به راحتی برای تشخیص وجود یا عدم وجود جریان برق استفاده نمود.

در کلیه این موارد باید اطلاع داشته باشیم که چه اجسامی ‌قابلیت انتقال جریان الکتریسیته را دارند و چه موادی فاقد این قابلیت هستند. اصطلاحا اجسام دسته اول را رسانا و اجسام دسته دوم را عایق یا نارسانا می‌‌گویند.

رسانا و نارسانا

اجسام نه تنها بار الكتریكی دارند بلكه می‌توانند بار الكتریكی را از خود عبور دهند. قابلیت هدایت بار در اجسام گوناگون متفاوت است.

رسانا و نارسانا

فلزات گرما را به خوبی هدایت می‌كنند بر همین اساس به آن ها رسانای گرما می‌گویند. برعكس، اجسامی كه گرما را خوب منتقل نمی‌كنند، نارسانا یا عایق گرما نامیده می شود.

اگر یك میله فلزی بین دو جسم باردار قرار ‌گیرد، شرایطی مشابه انتقال گرما روی می دهد و الكترون ها از طرف جسم منفی به سمت جسم مثبت حركت می كنند.

به جز موارد استثنایی، موادی كه برای گرما رسانای خوبی هستند، جریان الكتریسیته را نیز خوب منتقل می كنند. فلزاتی مانند مس، آلومینیوم، نقره و طلا رسانای خوبی هستند، بنابراین در سیم كشی های الكتریكی از آن ها استفاده می‌شود.

نارساناهای متداول عبارتند از:

 كائوچو، چوب و پلاستیك. از عایق‌هایی مانند كائوچو و پلاستیك برای پوشش سیم‌ها استفاده می‌شود تا آنها مانع عبور جریان به محل‌های غیر مناسب شوند.

تفاوت بین مواد رسانا و نارسانا در ساختمان اتمی و ملكولی آن ها نهفته است. الكترون ها به دور هسته در چرخشند، آن دسته از الكترون ها كه از هسته دور هستند تحت اثر نیروی جاذبه ضعیفی قرار می گیرند، همچنین الكترون هایی كه در لایه‌های پایین تر هستند آن ها را دفع می‌كنند، بنابراین الكترون های لایه آخر (كه به آن ها الكترون والانس نیز می‌گویند) به راحتی می توانند از قید هسته فرار كنند. در موادی كه رسانای خوبی برای الكتریسیته هستند، بعضی از الكترون های والانس از اتم هایشان جدا شده و بدون آنكه به اتم خاصی وابسته باشند، آزادانه درون ماده حركت می‌كنند. بر این اساس به آن ها الكترون آزاد می گویند.

تعداد الكترون های آزاد به نوع ماده بستگی دارد و معمولاً برای هراتم بین یك تا سه الكترون می‌باشد. وقتی یك طرف میله رسانا در تماس با بار منفی و طرف دیگر آن در تماس با بار مثبت باشد، الكترون های آزاد مقید به حركت در یك راستا شده و از بار منفی دور و به سمت بار مثبت حركت می‌كنند. میزان آمادگی الكترون ها برای حركت، شاخص یك رسانای خوب می‌باشد. در مواد نارسانا شرایط متفاوت است. این مواد الكترون های آزاد بسیار بسیار كمی دارند. در حقیقت هر الكترون در قید اتم خودش می‌باشد. بدون الكترون آ‎زاد جریان بسیار كمی در ماده می‌تواند بوجود آید، بنابراین بـه آن ها نـارسـانای الكـتریكی می‌گویند.

دلیل رسانایی

برای پی بردن به دلیل رسانش می‌‌توان ساختمان مواد رسانا را مورد توجه قرار داد. از جمله مواد رسانای بسیار معروف فلزات هستند. ویژگی عمده فلزات از نظر خصوصیت الکتریکی این است که این مواد دارای الکترونهای آزاد هستند. این الکترونها را اصطلاحا حاملین بار می‌‌گویند. هنگامی ‌که اتمهای منزوی برای تشکیل جسم جامد فلزی با هم ترکیب می‌‌شوند، الکترونهای لایه خارجی اتم ، مقید به اتمهای منفرد باقی نمی‌‌مانند، بلکه آزادانه در سرتاسر حجم جسم جامد حرکت می‌‌کنند.

زمانی که در جسمی ‌جابجایی بار صورت می‌‌گیرد، می‌‌گویند از جسم جریان الکتریکی می‌‌گذرد. بنابراین اگر فلزی را در مسیر جریان الکتریکی قرار دهیم، این جریان توسط الکترونهای آزاد منتقل می‌‌شود و لذا خاصیت رسانایی بیشتر متوجه حاملین بار و سرعت آنهاست. البته غیر از فلزات رساناهای دیگری نیز وجود دارند. از این جمله می‌‌توان به محلولهای آبی نمکها و اسیدها و بسیاری از اجسام رسانای دیگر اشاره کرد.

اهمیت اجسام رسانا

در زندگی امروزی اجسام رسانا نقش بسیار اساسی ایفا می‌‌کنند. به عنوان نمونه ، می‌‌توان به سیمهای انتقال اشاره کرد که به این وسیله جریان برق تولید شده در نیروگاه‌ها به شهرها و مناطق مسکونی منتقل می‌‌شود. البته اهمیت مواد رسانا تنها به این مورد خاص که اشاره شد، محدود نمی‌‌شود. اگر وسایل برقی خانگی را مورد توجه قرار دهیم و به مواد مختلف رسانا که در ساختمان آن بکار رفته است، توجه کنیم، اهمیت این مواد بیشتر واضح خواهد بود.

فرق بارز اجسام رسانا و عایق

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 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.