الفيزياء الكهربية والمغناطيسية
كبيرة في عالم الالكترونيات لما اخترعوا الصمام الثنائي و الترانزيستور في القرن 20 م
التكوين الذري لأشبـاه النواقـل
إن أشباه النواقل مثل الجرمانيوم و السليسيوم هي عناصر بسيطة رباعية التكافؤ حيث تكون إلكتروناتها مرتبطة إرتباطا قويا فيما بينها ،و تكوينها بلوري أي أن ذراتها تشغل رؤوس مكعب بالتناوب .
ولتبسيط هذا التركيب نسقطه على مستو و إن كان ذلك أقل دقة و لكن أكثر عمليا ، حيث يظهر أن لكل ذرة ثمانية إلكترونات في مدارها الخارجي فأربع من إلكتروناتها وأربعة إلكترونات من جاراتـها الأربع الموالية لها مباشرة.
أشباه النواقل النقية و الحرارة :
يظهر من الشكل أن الطبقة الناقلية [bande De Conduction] خالية من الإلكترونات في الدرجة الصفر المطلق (الصفر كالفين )و هذا يعنـي أنـها عازلـة .
فلإثارة إلكترون حتى ينتقل من الطبقة التكافؤية[bande De Valance] إلى الطبقة الناقلية يكفي أن يكتسب طاقة قدرها واحد إلكترون فولط و ذلك برفع درجة حرارة شبه الناقل .حيث كلما إرتفعت درجة الحرارة كلما كانت الإلكترونات المتحررة أهم .
فعند درجة الحرارة العادية فإن شبه الناقل يكون ناقلا و لكن ناقليته تبقى ضعيفة ، و عندما تصل درجة الحرارة درجة إنصهاره فإنه يصبح ناقلا جيدا ولكن يفقـد قيمته الصناعية .
فنستنتج أنه كلما إرتفعت درجة الحرارة كلما إنخفضت مقاومية شبه الناقل أي أن معامله الحراري سالب و على هذا يمكن تصنيفه من المقاومات ذات المعامل الحراري السالب ( م.ح.س) ( C T N )
الناقلـية الذاتـية لشبـه الناقـل :
– عندما ترتفع درجة حرارة شبه الناقل فإن الإلكترونات تكتسب طاقة تمكنها من التحرر . فتغـادر ذراتهـا و تصبح حرة و لكن دون أن تغادر شبـه الناقـل .
فتحرير إلكترون ينتج عنه :
– وجود شحنة موجبة فائضة في نواة الذرة .
– مكان شاغر في الرابطة بين الذرتين نسميه ثـقـبا .
فيمكن للإلكترون المجاور أن يشغل هذا الثقب ليشغر ثقبا آخرا و هكذا …..
– فعدد ثقوب (م) الناتجة عن تحرر الإلكترونات(س) متساوية م = س.
تتكون الخلية الكهروضوئية من :
– الكاثود: و يكون عبارة عن صفيحة موصلة مقعرة يطلى سطحها الداخلي بطبقة رقيقة من فلز قلوي يتميز بتأثره بالضوء و تنطلق منه الإلكترونات كفلز السيزيوم مثلا.
– الأنود:و يكون عبارة عن سلك فلزي أو صفيحة موصلة صغيرة القطر تستخدم لجذب الإلكترونات المنبعثة من الكاثود.كما أن طبيعة شكله تسمح بوصول الضوء للكاثود.
– الانتفاخ الزجاجي: يستخدم لاحتواء أجزاء الخلية و للسماح الضوء الساقط بالنفاذ للكاثود ،و يفرغ من الهواء لتقليل
الفقد في طاقة الالكترونات المنطلقة نتيجة الاصطدامات مع جزيئات الهواء،و بالتالي ضمان وصولها للكاثود.
العلاقة بين شدة التيار الكهروضوئي و كل من جهد الأنود و شدة الضوء الساقط عليه.
-التيار الكهروضوئي هو التيار الناتج من سريان الالكترونات من الكاثود للأنود نتيجة تسليط ضوء ذو شدة معينة على الكاثود.
وتزداد قيمة التيار الكهروضوئي بزيادة شدة الضوء الساقط على الكاثود أو بزيادة فرق الجهد بين الكاثود و الأنود.
– تثبت قيمة التيار الكهروضوئي عند قيمة معينة بعد فترة من تسليط الضوء.و تفسير ذلك أن جميع إلكترونات الكاثود
قد تم جذبها بواسطة الأنود.و تسمى شدة التيار في هذه الحالة بتيار الإشباع Is( (Saturation current
– أيضا فإن قيمة التيار لا تساوي صفرا عندما يكون فرق الجهد بين طرفي الخلية يساوي صفرا و هذا نتيجة لأن الالكترونات
المنطلقة من الكاثود تمتلك طاقة حركية تمكنها من الوصول للأنود دون الحاجة لوجود فرق جهد.
-تسمى أقل قيمة مطلقة للجهد السالب للانود الذي تصبح عنده شدة التيار الكهروضوئي مساوية للصفر بجهد الإيقاف أو جهد القطع (Stopping potential).
و سبب ذلك أن جميع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود لن يسمح لها بالوصول للأنود حيث تتباطأ و تقل سرعتها نتيجة للجهد السالب على الأنود
ثم ما تلبث إلا أن تتجه مسرعة للكاثود مرة أخرى .و قيمة جهد القطع هذه ثابتة لجميع قيم شدة الضوء و تعتمد على نوع مادة الكاثود.
تنطلق الإلكترونات من سطح الفلز بسرعات مختلفة ،و يمكن حساب سرعتها بقانون الحركة
حيث يمكن إيقاف بعضها (الأقل سرعة)عند قيم صغيرة للجهد السالب للأنود،بينما احتاج الأمر لقيم أعلى للجهد لإيقاف أسرعها .
وهذا الجهد السالب يكون مجال كهربائي بين الكاثود و الأنود يبذل شغلا على أسرع الإلكترونات
وهذا المرجع: http://www.fsc.uaeu.ac.ae/physics/St…%20physics.htm
وهذي معلومات ثانية عن الظاهرة الكهروضوئية: من مرجع آخر إن شاء الله تفيدكم:
الظاهرة الكهروضوئية
هي ظاهرة انطلاق الالكترونات من سطوح الفلزات عند تعرضها للضوء أو لموجات كهرومغناطيسية مناسبة
الخلية الكهروضوئية
انبوبة من الزجاج أو الكوارتز مفرغة من الهواء بداخلها صفيحة معدنية نصف اسطوانية تغطى بفلز معين – الكاثود – وفي محور الاسطوانة سلك معدني – انود – ويثبت الجميع على قاعدة عازلة
خصائص الظاهرة الكهروضوئية
أولا : تتحقق الظاهرة الكهروضوئية اذا كان تردد الموجات الساقطة أكبر من تردد معين يسمى تردد العتبة
تردد العتبة
هو أقل تردد للضوء الساقط يكفي لانبعاث الالكترونات من سطح الفلز دون اكسابها طاقة حركة ويعتمد على نوع المادة التي تغطي سطح الكاثود
ثانيا : يحدث الانبعاث الكهروضوئي بمجرد سقوط الموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد المناسب على سطح الكاثود مهما كانت شدة هذه الموجات ضعيفة بمعنى ان تحقق الظاهرة لا يحتاج الى تخزين طاقة
ثالثا : يعتمد عدد الالكترونات المنبعثة من سطح الكاثود على شدة الضوء الساقط بمعنى أنه تزداد شدة التيار المار في دائرة الخلية الكهروضوئية بزيادة شدة الضوء الساقط
رابعا : تزداد القيمة العظمى لطاقة حركة الالكترونات المنبعثة من سطح الفلز بزيادة تردد الضوء الساقط
تفسير اينشتاين للظاهرة الكهروضوئية
افترض اينشتاين أن الضوء عبارة عن كمات من الطاقة أسماها فوتونات
اذا أي موجة كهرومغناطيسية ذات تردد معين هي سيل من الفوتونات
E= hf كل فوتون يمتلك طاقة تحسب من المعادلة
عند سقوط الضوء على سطح الفلز تتعامل فوتوناته مع الكترونات السطح بشكل فردي
كل فوتون من فوتونات الضوء الساقط يتعامل مع الكترون واحد فقط ويمنحه طاقته
يستغل الالكترون هذه الطاقة لأمرين
الأمر الأول هو استنفاذ جزء من الطاقة للتحرر من سطح الفلز ويسمى هذا الجزء دالة الشغل ( أقل طاقة للفوتون تسمح بانبعاث الكترون من سطح فلز ما وتعتمد على نوع الفلز ) وهي ثابتة للمادة الواحدة
الأمر الثاني استنفاذ الجزء المتبقي من الطاقة في اكتساب طاقة حركة للخروج من السطح
hf = W + 1/2 mv2 معادلة اينشتاين لتفسير الظاهرة الكهروضوئية
W = h f o دالة الشغل
h ثابت بلانك
1 / 2 mv2 = h ( f – fo )
المرجع: http://www.deyaa.org/amal.html
الظاهرة الكهروضوئية
الظاهرة الكهروضوئية هي إحدى الظواهر العديدة التي يمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة فمن هذه الظواهر (1) الانبعاث الحراري (2) الانبعاث الثانوي (3) الانبعاث الكهربي (4) الانبعاث الكهروضوئي.
الظاهرة الكهروضوئية تحدث عند سقوط إشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن فينتج عنه تحرير الكترونات من سطح المعدن. ولتفسير ما يحدث هو إن جزء من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بالمعدن يتحرر منه ويكتسب طاقة حركة. وهذه العملية تعتمد على العديد من المتغيرات وهي:
تردد الشعاع الكهرومغناطيسي
شدة الشعاع الكهرومغناطيسي
التيار الفوتوضوئي الناتج
طاقة حركة الإلكترون المتحرر من سطح المعدن
نوع المعدن
ولفهم تأثير كل عامل من العوامل السابقة فإننا ندرس تأثير العوامل السابقة على التيار الكهربي الناتج والذي يسمى هنا التيار الفوتوضوئي لأنه نتج عن تحرير الالكترونات بواسطة الضوء (شعاع كهرومغناطيسي) من خلال إجراء تجارب عملية تعتمد على تغيير احد هذه العوامل مع تثبيت الباقي ودراسة تأثيره على التيار الفوتوضوئي.
المرجع: http://www.hazemsakeek.8m.com/physic…toelectric.htm
تحياتي
تخزِّن المغانط الكثير من المعلومات في العالم، فهي تخزِّن البيانات على أقراص الحاسوب، ومواد التسلية على أشرطة التسجيل السمعية والمرئية (الڤيديوية)، والرسائل على المجيبات الهاتفية، ومعلومات عن الحسابات على الشرائط المطلية لصرافات النقود الآلية ATM وبطاقات الائتمان. وجميع هذه الوسائل المختلفة تحتفظ بالكلمات والأرقام والصور والأصوات كنماذج غير مرئية لقطبين أحدهما شمالي والآخر جنوبي. وهذه التقانة هي التسجيل المغنطيسي الذي احتفل عام 1998 بعيده المئوي.
في العقود الأخيرة، كان للذواكر المغنطيسية تأثير عميق في المجتمع. فأشرطة تسجيل فضيحة ووترگيت من المكتب البيضاوي كانت بمثابة دليل إدانة قاطع أجبر الرئيس في السبعينات على الاستقالة. وفي عام 1998، أدت أشرطة التسجيل السمعية، التي كشفت عن علاقة غير لائقة بين الرئيس ومتدربة سابقة في البيت الأبيض، إلى فضيحة أخرى للسلطة التنفيذية.
1900
الإمبراطور النمساوي فرانز جوزيف يسجّل صوته بوساطة تلگرافون في معرض باريس حيث شكل الجهاز حدثا مثيرا.
1915
غواصة ألمانية تغرق الباخرة لوسيتانيا مما أثار الشكوك الأمريكية بأن الألمان يستخدمون أجهزة التلگرافون لتسجيل الرسائل من أجل بثها بالسرعات العالية.
1928
الكيميائي النمساوي فريتنر فلويمر يخترع جهازا يقوم بالتسجيل على شريط خفيف الوزن مطلي بحبيبات مغنطيسية.
إن الذواكر المغنطيسية للحواسيب لم تكن دائما سيئة السمعة، فقد ظلت سنوات عديدة تتابع بهدوء أخبار الناس والسلع والأموال. وفي عصر المعلومات، قامت هذه الذواكر بدور كمستودعات للمعرفة الإلكترونية تخزِّن البيانات العلمية والطبية والصناعية والمالية. وعلى الرغم من أن الوسائل الأخرى كالأفلام والأوراق والأقراص المدمجة (سي دي روم) تستخدم أيضا على نطاق واسع، فإن التسجيل المغنطيسي يتميز عن معظم التقانات المنافسة بسهولة إعادة تسجيل المعلومات ومحيها (كما بينتها السكرتيرة ظˆط§ظ„ظپط¬ظˆط© ط§ظ„ظ…ط±ظٹط¨ط© ظپظٹ ط£ط´ط±ط·ط© طھط³ط¬ظٹظ„ ظ†ظٹظƒط³ظˆظ†).
لكن اختراع التسجيل المغنطيسي، الذي ظهر قبل نحو مئة عام، بقي اختراعا ضعيفا على مدى عقود من الزمن. فقد كانت بعض العلوم الفيزيائية التي يقوم عليها غير معروفة، ولم تكن التطبيقات المناسبة له جاهزة تماما، كما تضافرت العوائق التجارية والسياسية لكي تحول دون تبنيه مبكرا. ومع ذلك، سرعان ما أصبحت هذه التقانة في النصف الثاني من القرن العشرين أداة لا تقدر بثمن للمجتمع الحديث.
أولى الذواكر المغنطيسية
عرف الناس لفترة من الزمن أن بعض المواد «تتذكر» الاتجاه الذي تمت مغنطتها به. فمنذ عام 200 قبل الميلاد، صنع السحرة الصينيون في بلاط الإمبراطور بوصلات من أحجار المغنطيس lodestones، وهي صخور غنية بالحديد شديدة المغنطة.
غير أن المغانط لم تأخذ دورا رئيسيا في الاختراعات المتميزة، كالتلگرافات (المبراقات) والهواتف والمولدات والمحولات والمحركات، إلا في القرن التاسع عشر، عندما بدأ العلماء بكشف العلاقة بين الكهرباء والمغنطيسية. وفي نهاية القرن التاسع عشر تقريبا، استخدمت مادة مغنطيسية لتسجيل صوت البشر وإعادة سماعه. أما الجهاز الذي سمّي «تلگرافون» telegraphone فقد منحت براءة اختراعه عام 1898 للمهندس الدنماركي .
فكّر پولسن [وهو موظف في شركة الهواتف بكوبنهاگن] أن الناس ربما يعوزهم جهاز لتسجيل المكالمات الهاتفية. وأوضح عمليا فكرة اختراعه إلى أصدقائه بمدّ سلك فولاذي من أسلاك البيانو في مختبره، وفي أثناء زلق مغنطيس كهربائي على طول السلك، بدأ پولسن يصرخ في صوان التكلم لجهاز هاتف موصول بالمغنطيس، فحوّل الجهاز (النبيطة) كلماته إلى إشارة كهربائية، تمت بعدئذ تغذية المغنطيس الكهربائي بها لتوليد حقل مغنطيسي يتغيّر مع جهارة صوته وطبقته وسائر خواصه. وكان الحقل المتغير يُطبع حينذاك على طول سلك الفولاذ.
بعد أن وصل پولسن إلى نهاية السلك، عاد إلى نقطة البداية واستبدل صِوان التكلم بمستقبِل. وعندما زلق أحد زملائه المغنطيس الكهربائي على طول السلك، عمل الجهاز بصورة معاكسة، كاشفا أولا الحقل المغنطيسي في السلك ومن ثم حوّل المعلومة المتغيرة مع الزمن إلى إشارة كهربائية (من خلال التحريض الكهرمغنطيسي) وأعاد تحويل التيار من جديد إلى صوت. وبذلك استطاع صديق پولسن سماع صوت المخترع بصورة خافتة في المستقبِل!
قام پولسن بتحسين اختراعه بسرعة. ففي إحدى النسخ، لفّ سلك الفولاذ حول أسطوانة ـ وطلب براءة اختراع لجهازه من بلدان عدة، غير أن الإجابات التي وردته في البدء كانت كلها سلبية. وقد كتب أحد مختبري براءة الاختراع في الولايات المتحدة منذرا بفشل التلگرافون بحجة أنه «يخالف جميع قوانين المغنطيسية المعروفة». وعلى ما يبدو، لم تكن «جميع» قوانين المغنطيسية معروفة في تلك الأيام؛ لأن اختراع پولسن قد نجح بالفعل.
1933
أدولف هتلر يصبح مستشارا لألمانيا. والگستاپو يبتاع كميات كبيرة من المسجلات المغنطيسية من أجل الاستجوابات.
1936
يُجرى تسجيل حفلة موسيقية تقدمها أوركسترا فلهارمونيك اللندنية في لودڤيگن هافن بألمانيا بوساطة مگنيتوفون يستخدم شريطا بلاستيكيا مطليا بأكسيد الحديد. ومازال التسجيل موجودا حتى اليوم.
وسرعان ما أثبتت سلسلة من عروض عملية أجريت في أوروبا نجاح هذا الجهاز. ففي المعرض الذي أقيم في باريس عام 1900، لاقى التلگرافون نجاحا مذهلا وترك انطباعا لدى الكثير من الزائرين، من بينهم إمبراطور النمسا الذي سجّل رسالة تعدّ اليوم أقدم تسجيل مغنطيسي في الوجود.
بالطبع لم يكن پولسن أول من سجّل صوت البشر وأعاد سماعه، فقبل أكثر من عقدين من اختراع التلگرافون حصل على براءة اختراع للفونوگراف (الحاكي) الذي سجّل في البدء الأصوات بوساطة أخاديد محفورة في وريقة قصدير ملفوفة على أسطوانة، ثم استخدمت فيما بعد أسطوانات من الشمع ومن ثم أقراص بلاستيكية. وفي الوقت الذي استرعى فيه اختراع پولسن انتباه العالم، كان الفونوگراف قد تكرس وجوده كمنتج.
ومع ذلك بدا التلگرافون كأن له ميزة تقانية. فقد جاء في مقالة نشرتها مجلة ساينتفيك أمريكان عام 1900 أن الصوت الذي يحدثه التلگرافون «واضح جدا وخال تماما من ضجيج الخدش غير المرغوب فيه الذي يُسمع عادة في الفونوگراف». وعلى الرغم من ذلك فقد مضى نصف قرن آخر قبل أن يجد التسجيل المغنطيسي تطبيقا له واسع النطاق.
انطلاقة بطيئة
ما الذي أوقف تطور مثل هذا الاختراع الواعد؟ ينحي المؤرخون باللوم على عوامل تجارية وتقانية مجتمعة. في البدء، قاومت شركة البرق والهاتف الأمريكية AT&T التلگرافونات، لتقديرها بأن الشركة قد تخسر ما يصل إلى ثلث تجارتها إذا شعر مستخدمو الهاتف بأن مكالماتهم يمكن أن تُسجّل. وفي عام 1906، نشرت مجلة تكنيكال وورلد Technical World مقالة بعنوان «مِكبٌّ (بكرة) من الأسلاك يتكلم» بدأ بحوار بين اثنين من رجال الأعمال الوهميين، جونز وبراون، كانا يتجادلان بحدّة حول ما قاله براون ـ أو ما لم يقله ـ في مكالمة هاتفية سابقة. وعندما لم تظهر ملامح التوصل إلى اتفاق، مد جونز يده داخل مكتبه وأخرج منه مِكبا من الأسلاك الفولاذية وأدخله في تلگرافون. فأثبت التسجيل، أمام دهشة براون، أن جونز كان على حق.
بسبب مثل هذا القلق على خصوصية الأفراد، كان الاستخدام الأمريكي الأول للتسجيل المغنطيسي يتمثل في آلات إملاء dictating machines صنّعتها شركة التلگرافون الأمريكية التي تأسست عام 1903. لكن الأجهزة الفونوگرافية المنافسة، مثل الإديفون والديكتافون، كانت تتصدر الاستخدام قبل 20 عاما، وبالتالي كانت أرخص وأسهل استخداما وأكثر وثوقية.
للأسف، كان يحد من تحسين التلگرافون الفهم الهزيل للظاهرة الفيزيائية الأساسية التي يعتمد عليها الجهاز. فتحويل الصوت إلى كهرباء ومن ثم إلى حقل مغنطيسي كان معروفا بصورة جيدة استنادا إلى الخبرة السابقة في مجال الهاتف. لكن الآلية التي يمكن بها تخزين تاريخ هذه الحقول المغنطيسية في وسط تسجيل، كسلك من الفولاذ، كانت حينذاك شيئا غامضا إلى حد ما. كما كان هنالك قيد آخر يحد من تحسين التلگرافون، وهو انخفاض مستوى صوت إعادة الاستماع.
غير أن أكبر مشكلات شركة التلگرافونات الأمريكية ربما لم تكن فنية، فمن بين الأعداد القليلة من أجهزة التلگرافون التي بيعت، رُكِّب العديد في محطات لاسلكية عبر الأطلسي في تَكَرْتُون بنيوجرسي وسِيْڤيل بنيويورك. وقامت شركة تليفنكن الألمانية بتشغيل أجهزة محطة تكرتون، في حين قامت شركة أمريكية مرتبطة بمصالح ألمانية بتشغيل أجهزة محطة سِيْڤيل. وكان معروفا أيضا أن البحرية الألمانية ابتاعت أجهزة تلگرافون لاستخدامها في غواصاتها.
1950
طورت تقانة الأقراص الصلبة لتخزين البيانات الحاسوبية مغنطيسيا، وشحنت شركة IBM أول هذه الأجهزة عام 1957. كما تم تجهيز منتج لاحق (في الأعلى) بخمسين قرصا سعتها الكلية 56 ميگابايت.
1952
ذاكرة مركزية لحاسوب تخزّن 256 بتة من البيانات.
مع نشوب الحرب العالمية الأولى، اشتُبه بأن محطتي الساحل الشرقي اللاسلكيتين تقومان بنقل معلومات عسكرية إلى الغواصات الألمانية في المحيط الأطلسي. ووفقا لأحد المزاعم فإن أجهزة التلگرافون كانت تُستخدم لتسجيل الرسائل السرية التي يمكن فيما بعد إرسالها كإشارات لاسلكية عالية السرعة. إذ يمكن تسجيل هذه الإشارات بتلگرافون موجود في غواصة ومن ثم إعادة الاستماع إليها بالسرعة العادية. وقد ازدادت الشكوك عندما اكتشف أحد هواة الراديو في نيوجرسي أن الأزيز الغامض الذي كان يلتقطه ليلا تطور إلى سلسلة من تكويد مورس morse-code متمثل بالنقاط والشُّرَط القصيرة عند إعادة الاستماع إليه بسرعة أبطأ.
في عام 1914، استولت الحكومة الأمريكية على محطة تكرتون، كما صودرت محطة سيڤيل بعد أن أغرقت غواصة ألمانية الباخرة البريطانية لوسيتانيا بعيدا عن الساحل الإيرلندي. كانت بحرية الولايات المتحدة ذاتها قد ابتاعت 14 جهاز تلگرافون، لكن هذه الأجهزة فشلت في أداء مهمتها بصورة سليمة. وفي وقت لاحق وُجِّهت أصابع الاتهام بالخيانة إلى موظفين من شركة التلگرافون الأمريكية التي كانت ترزح سلفا تحت عبء الإدارة السيئة ورداءة المبيعات (لم يبع من آلات الإملاء سوى 100 آلة أو أكثر بقليل). ولم يكن غريبا أن توضع هذه الشركة السيئة الطالع بعد فترة قصيرة تحت الحراسة القضائية، وبالتالي توارى بصورة أساسية التطوّر التجاري لصناعة التسجيل المغنطيسي في الولايات المتحدة لعقدين من الزمن.
إذا وضع مغناطيس دائم فوق قرص من مادة فائقة التوصيل فإن التيارفى المادة الفائقة يولد مجالاً مغناطيسياً يتنافر دائماً مع المغناطيس الدائم بحيث يمكن ان يظل المغناطيس الدائم معلقاً فى الهواء
وهذا ما يسمى بظاهرة مايسنر meissner effect والسبب فى ذلك ان الماد الفائقة التوصيل من نوع المواد المغناطيسيةالتى ينعدم داخلهاشدة المجال المغناطيسى diamagnetic ولذلك فإن المجال المتولدمجال مغناطيسى خارجى لابد ان يكون عكسى بحيث تكون المحصلة داخل المادة دائماًصفر
وقد امكن استخدام هذه الظاهرة فى تصميم القطار فائق السرعة فى اليابان إذ يحمل القطار ملفات منمادة فائقة التوصيل وعندما يتحرك القطار فإنه يولد تياراً فى ملفات ثابتة تُولد مجالاً مغناطيسياً يتنافر مع المجال الاول فيرتفع القطار فوق القضبان بحوالى عدة سنتيمترات مما يزيل الاحتكاك مع القضبان وبالتالى يزيد سرعته حيث تبلغ سرعته .225km/h
وشكراً على القراءة……….
تقسم المواد من حيث قدرتها على توصيل الكهرباء إلى عوازل (Insulators) مثل الخشب، وأنصاف الموصلات(Semiconductors) مثل السيليكون، و موصلات (Conductors) مثل النحاس، و لكن هناك نوعاً اخراً وهو مايعرف باسم الموصلات فائقة التوصيل (Superconductors)
والموصلات فائقة التوصيل سميت هكذا نظرا لأنها عند درجة حرارة معينة (منخفضة نسبيا) تصبح مقاومتها للكهرباء مساوية للصفر، وتصبح قدرتها على التوصيل فائقة جداً، حيث أنه إذا ما وجد تيار كهربى فى حلقة متصلة من هذه المادة فإنه سوف يسرى داخل الحلقة بدون وجود مصدر للجهد الكهربى.
نبذة تاريخية
قبل عام 1911 كان الاعتقاد السائد أن جميع المواد تصبح فائقة التوصيل للكهرباء فقط عند درجة حرارة الصفر المطلق أى -273oم. ولكن فى تلك السنة لوحظ أن الزئبق النقى تصبح مقاومته مساوية للصفر عند درجة حرارة 4 مطلق أى -269oم ويمكن الحصول على هذه الدرجات المنخفضة بتسييل غاز الهيليوم. لقد كان هذا الاكتشاف مثيرا لاهتمام الكثير من العلماء لإيجاد تفسير علمى لهذه الظاهرة وخاصة بعد أن وجد أن هناك مواد أخرى لها نفس الخاصية عندما تبرد وهذا ما كان مخالفا للاعتقاد السائد انذاك. ولكن تسييل غاز الهيليوم مكلف جدا من ناحية مادية، ولذلك كان البحث فى هذا المجال محدوداً جداً إلى أن تم التوصل فى عام 1986 إلى مركب فائق التوصيل للكهرباء، رمزه الكيميائى هو YBa2Cu3O7 عند درجة حرارة -180oم، ويمكن الحصول على هذه الدرجة بتسييل غار النيتروجين و هذا غير مكلف و من هنا بدأت البحوث و التجارب العلمية تنشط لمحاولة فهم هذه الظاهرة وكيفية استغلالها فى تطبيقات صناعية و تكنولوجية، و كذلك فى البحث عن مواد تكون مقاومتها صفر عند درجات حرارة الغرفة أى 25oم.
خصائص هذه المواد
عند درجة حرارة معينة تعرف بدرجة حرارة التحول تصبح مقاومتة هذه المواد للتيار الكهربى مساوية للصفر.
اكتشف كذلك أن هذه المواد عند درجة حرارة التحول حساسة جداً للمجال المغناطيسى، حيث تنفر المجال المغناطسيى الخارجى أى أنها تعكس المجال المغناطيسى مهما ضعفت شدته.
هاتان الخاصيتان فتحت الأبواب أمام العلماء لاستغلالها فى ابتكارات واختراعات ذات كفاءة عالية تدخل فى معظم مجالات العلوم والتكنولوجيا، حيث أن هذه المواد (Superconductors) سوف تحل محل أنصاف الموصلات (Semiconductors) التى تدخل الأن فى صناعة الترانسيستور و الدوائر الالكترونية المتكاملة.
بعض التطبيقات الهامة
إن اكتشاف مواد فائقة التوصيل للكهرباء عند درجات حرارة مرتفعة نسبيا سوف يجعلها تدخل فى تركيب كل جهاز ممكن تصوره. أول هذه التطبيقات هو الحصول على وسيلة غير مكلفة لنقل التيار الكهربى، لأن التكاليف المادية لنقل التيار عبر أسلاك النحاس مرتفعة نظرا للفقد الكبير فى الطاقة على شكل حرارة متبددة نتيجة مقاومة السلك النحاسى، كذلك إذا ما قارنا قيمة التيار الذى يمكن نقله عبر السلك النحاسى حيث تبلغ شدته 100 أمبير لكل سنتيمتر مربع بينما فى السلك المصنوع من مركب الـ YBa2Cu3O7 تبلغ 100000 أمبير لكل سنتيمتر مربع.
كذلك فإن هذه المواد لها تطبيقات عديدة فى مجال الالكترونيات لما تمتاز به من قدرة عالية فى فتح و إغلاق الدائرة الكهربية لتمرير التيار ومنعه، وهذا يشكل العنصر أساسى فى بنية الكمبيوتر والبحث جارى الأن لإدخال هذه المواد فى صناعة السوبركمبيوتر، وإذا ما توصل إلى ذلك فإن هذا سوف يؤدى إلى تطور كبير فى مجال الكمبيوتر. أما فى مجال الطب فقد تم صناعة أجهزة ذات حساسية عالية جدا للمجالات المغناطيسية المنخفضة الشدة، وتستخدم الأن كبديل للمواد المشعة المستخدمة فى تشخيص الأمراض التى قد تصيب الدماغ، حيث يتم الكشف عن التغير فى المجال المغناطيسى المنبعث من الدماغ والتى تبلغ شدته 10-13 تسلا، وهذا مقدار صغير جداً لكن تلك الأجهزة قادرة على قياسه، كذلك يمكن بدقة تحديد مصدر الأشارات العصبية الصادرة من الدماغ وأيضا يمكن أن تستخدم فى البحث عن المعادن الدفينة فى باطن الأرض وعن مصادر المياه والنفط لأنها تحدث تغيراً طفيفاً فى المجال المغناطيسى للأرض وهذا التغير يمكن التقاطه بواسطة هذه الأجهزة.
وهنالك أيضا تطبيقات على مجال أوسع، ففى اليابان تم تصميم قطار يعمل على قضبان مصنوعة من هذه المواد فائقة التوصيل، وعندما تبرد هذه القضبان إلى درجة الحرارة المطلوبة فإن القطار بكامله يرتفع عن سطح القضبان نتيجة التنافر المغناضيسى ويصبح وكأنه يسير على الهواء وهذا يمنع الأحتكاك مما يقلل من استهلاك الوقود..
فى عام 1911م عندما كان العالم Onnes يقيس مقاومة الزئبق المتجمد عند درجة حرارة بالقرب من الصفر المطلق. قد وجد أن المقاومة تنخفض بشكل كبير عند درجة 4,15 كلفن وتصبح المادة عند درجات الحرارة الأقل من هذه الدرجة الحرجة Tc موصيلية فائقة.
ثم بعد ذلك وجدت مواد أخرى تتمتع بتلك الخاصية مثل :
الألومنيوم AL والدرجة الحرجة = 1.2K
أنديوم والدرجة الحرجة = 3,4
الرصاص والدرجة الحرجة= 7,19
الزئبق والدرجة الحرجة =4.15
نيوبيوم والدرجة الحرجة = 9.26
أوزميوم والدرجة الحرجة =0.66
قصدير والدرجة الحرجة =3.72
تنجستون والدرجة الحرجة 0.012=
فنديوم والدرجة الحرجة =5.3
زنك والدرجة الحرجة= 0.87
وبالإضافة إلى ذلك فقد وجد أن بعض السبائك والمركبات السيراميكية تظهر موصلية فائقة عند درجات حرارة أعلى بكثير من تلك التى تظهر عندها فى الفلزات النقية.
خواص الموصلات الفائقة
ظاهرة الرفع
بما أن الموصل الفائق هو موصل تام التوصيل . أى ليس له مقاومة كهربية على الإطلاق فإذا أدخل تيارا كهربيا فى دائرة من سلك فائق التوصيل يستمر هذا التيار فى السريان إلى ما شاء الله. طالما استمر تبريد السلك ليظل محتفظا بموصيليته الفائقة , ففى إحدى التجارب استمر سريان التيار بدون إنقطاع فى حلقة من سلك فائق التوصيل لمدة عامين ونصف دون أى نقص فى شدته ودون تغذية الحلقة بأى مصدر كهربائى. ويسمى التيار الذى لا يجد أى مقاومة لسريانه فى موصل فائق يسمى بالتيار المداوم Persistent Current
تحدث التيارات المداومة فى دوائر الموصلات الفائقة مجالات مغناطيسية متغيرة ينشأ عنها ظاهرة الرفع المثيرة .
فإذا أسقط مغناطيس صغير فوق موصل فائق أحدث مجال المغناطيس على سطح الموصل الفائق تيارات مداومة . وتحدث هذه التيارات قوى تنافر مع المغناطيس تقوى وتشتد كثيرا باقتراب المغناطيس من الموصل الفائق ويكون نتيجتها رفع المغناطيس فى الهواء فيظهر وكأنه عائم فى الهواء غير مرتكز على شيىء.
وقد إستخدم اليابانيون ظاهرة الرفع هذه فى تصميم قطار طائر سريع تقترب سرعت من سرعة رصاصة البندقية (500 كم/ساعة(
المجال المغناطيسى الحرج والنوع الأول من الموصلات الفائقة
تتكون مجالات مغناطيسية قوية عند مرور التيارات المداومة فى ملفات الموصلات الفائقة .التى تعمل عمل مغناطيسات دائمة لا تحتاج لأى مصدر طاقة لحفظ المغناطيسية.
إذ تحتاج فقط لشحن الملف بكمية ابتدائية من الطاقة لكى يسرى هذا التيار المداوم فى الملف . وطالما لا توجد للملف أية مقاومة كهربية لذلك فمن الممكن نظريا زيادة شدة التيار المداوم بغير حدود. ويصاحب ذلك بالتبعية زيادة فى شدة المجال المغناطيسى أيضا بغير حدود.
ولكن الواقع غير ذلك فقد وجد أنه إذا زاد المجال المغناطيسى عن قيمة معينة – يسمى بالمجال الحرج Hc – تختفى تماما ظاهرة الموصيلية الفائقة للمادة وتتحول إلى مادة عادية التوصيل. ويطلق على هذا النوع من الموصلات بالنوع الأول.
ولذلك توضع زيادة شدة التيار المداوم قيدا على إمكانية الحصول على مجالات مغناطيسية لا نهائية الشدة.
الموصيلية الفائقة عند درجات الحرارة المرتفعة
منذ اكتشاف الموصيلية الفائقة والعلماء يحاولون الحصول على موصلات فائقة تكون درجاتها الحرجة مرتفعة. وكانت أعلى درجة حرجة أمكن الوصول إليها لموصل فائق حتى عام 1986م هى 23,2 كلفن وكانت لمادة (Nb3Ge) النيوبيوم -جرمانيوم.
وفى هذا العام تقدم بدنورز ومولر باكتشاف مركب اللانثام والباريوم وأكسيد النحاس La2 Ba1 Cu O4 . يرفع الدرجة الحرجة إلى 30 كلفن وقد حصل هذان العالمان على جائزة نوبل عام 1987م لهذا الإكتشاف الذى يعد بحق فتحا لتكنولوجيا الموصلات الفائقة.
فى عام 1987م أعلن مجموعة من العلماء بجامعة هيوستون توصلهم لموصل فائق من طور مختلط يحتوى على مواد الإيتريوم والباريوم والنحاس والأكسجين الذى له موصيلية فائقة تصل لدرجة 92 كلفن و لما كانت الدرجة الحرجة لهذه المادة أعلى من درجة غليان النيتروجين السائل (77 كلفن) لذلك فإن وجود مبرد رخيص وفى متناول الكثيرين كالنيتروجين السائل فتح أبواب البحث فى موضوع الموصيلية الفائقة على مصراعيه خاصة بعدأن اصبحت طريقة تحضير هذا الموصل الفائق معروفة للجميع.
ويعود السبب فى إهتمام العلماء فى هذه الأيام بالبحث العلمى لإكتشاف المزيد من الموصلات الفائقة عند درجات الحرارة المرتفعة للعوامل التالية :
1- سهولة الحصول على أكاسيد الفلزات وتحضيرها.
2-لهذه المواد درجات حرارة حرجة تزيد فى بعض الحالات عن 100 كلفن كما أن لها مجالا مغناطيسيا حرجا مرتفعا.
3-لا يزال موطن الموصيلية الفائقة فى المركب- كذلك ميكانيكية التوصيل وخواصه المختلفة تحتاج للمزيد من الدراسة والمعتقد حاليا أن موطن الموصيلية الفائقة يكمن فى طبقات (النحاس – أكسجين) فى المركب وزيادة كثافة هذه الطبقات ترفع من الدرجة الحرجة للمركب.
4-التوقعات التكنولوجية الهامة والتطبيقات المحتملة عند الحصول على موصل فائق يعمل على درجة حرارة الغرفة أى تكون درجة حرارته الحرجة أعلى من ذلك . وعندئذ سوف يتغير تماما شكل جميع التكنولوجيا الكهربائية المستخدمة حاليا فى الحياة ويجدر بالذكر أنه فى أوائل التسعينيات أمكن للعلماء رفع الدرجة الحرجة للموصل الفائق التوصيل إلى 125 كلفن.
دروس في الإليكترونيات
– العناصر الإليكترونية النصف موصلة
– الصمام الثنائي ( ديود)
العناصر النصف موصلة
الثورة في الإليكترونيات الحديثة
للأسف أن كلمة ثورة في اللغة العربي قد ساء أستعملها ، وذلك بفرض من مَن يريد تكبير ما هو ليس كبيرا، وذلك بظلم وبحق الثورات الحقيقية والفعلية . فالترانزيستور مثلا قد أحدث ثورة فعلية . الترانزيستور الذي أحدث اختراقا هائلا في الإليكترونيات الحديثة ، والذي دونه لم تصل البشرية لما وصلت له من هذه الإنجازات الضخمة من تقدم في حقول شتى ، علميا ، مدنيا ، وعسكريا وعمليا ، ودونه لم يتحقق التصغير للأجهزة ، ودونه لم تكن الدوائر المتكاملة أو وحدات الذاكرة بهذه الأحجام مثلا ، وبالتالي دونه لم تكن هناك وحدات المعالجة المركزية (CPU) التي تشكل الدماغ للحاسب ، ودونه يحتاج الحاسب الذي أمامنا إلى قاعة احتفال كاملة بكل ما فيها من خسارة وتبدد للمكان ، للوقت، للطاقة وللحرارة .
السليكون – العنصر الذي أحدث الثورة
لكي يرسي في أذهاننا ما نستوعبه ويثبت بصورة دائمة فعلينا أن نتمعّن جيدا لما يجري من التفاعلات أو” تـنـقيط” في العناصر النصف موصلة . فالترانزيستورات بأشكالها ، والصمامات الثنائية بأشكالها، والدوائر المتكاملة بأشكالها تقع جميعها تحت هذا التصنيف (فالترانزيستور مثلا يتكون من أثـنين من الديود ) .
المواد النصف موصلة
أن جودة التوصيل في الكهرباء عامة ، هي أهم مقياس للمعادن ، حيث أن المواد المعدنية تنقسم لثلاثة أنواع : الموصلة ، النصف موصلة ، والعازلة . و تتميز المواد الموصلة والنصف موصلة ( ذو “العامل الحراري السالب الخاص بالمقاومة” ?) بأن مقاومة التيار فيها تقل ، وجودة توصيلها تعلو كلما انخفضت درجة الحرارة ، وفي درجة معيّنة للحرارة تزول مقاومتها كليا ، وذو (“العامل الحراري الموجب الخاص بالمقاومة”) تنخفض جودة توصيلها كلما انخفضت درجة الحرارة وتنقلب إلى مقاومة دون حدود أي إلى مادة عازلة في نقطة التجميد المطلقة ( نقطة الصفر في سُلم كلفين للحرارة أي 273,15 تحت الصفر في سلم الدرجات المئوية ) .
والمقياس لهذه العناصر هو قيمة المقاومة في للمساحة فيها :
المواد الموصلة : 1,5 مايكرو آوم لسنتيمتر الواحد (في الفضة مثلا )
المواد النصف موصلة : من 0,1 ميلي آوم وحتى 1 آوم لسنتيمتر ( للسيليكون المنقط )
المواد العازلة : واحد جيجا آوم للسنتيمتر الواحد في الخشب
والمجموعة المهمة للعناصر (الكيميائية) النصف موصلة هي :
– السليكون (عنصر كيميائي فلزي رمزه (س) ، الرقم الترتيبي 14 ) (والذي أحدث الثورة في عالم الإليكترونيات وتجده في شتى رمال صحراءنا) .
– الجرمانيوم ، عنصر كيميائي فلزي رمزه (جر) ، الرقم الترتيبي 32
– الألمنيوم ، عنصر فلزي رمزه (لو) ، الرقم الترتيبي 89
– البورون ، عنصر فلزي رمزه (ب) ، الرقم الترتيبي 31
– الجاليوم ، عنصر فلزي رمزه (جا) ، الرقم الترتيبي 3 …..
وإذا اقتربت منطقتان من المواد النصف موصلة تختلف فيهن قوة التوصيل فتتكون بينهن حدود ، ما يسمى بمنطقة “اجتياز إيجابي – سلبي” أو عملية نشر (Diffusion) . وبتأثير التحرك الحراري للجزئيات تتنقل الشحنات السالبة (الإليكترونات) فيه من منطقة (التوصيل) السالبة إلى المنطقة (التوصيل)الإيجابية ، وتتنقل الشحنات الإنجابية (الثقوب) من المنطقة الإيجابية الى منطقة السالبة .
وتـنقسم المكونات النصف موصلة إلى مجموعتين الأولى أحادية القطبية والذي يسري بها التيار فيها خلال منطقة واحدة فقط ، والثانية هي ثنائية القطبية ، حيث يسري التيار خلال في عدة مناطق فيها .
الصمام الثـنائي ( الثنائي DIODE) النصف موصل
من الموسوعة :
صمام ثنائي ، عنصر كهربائية له وصلتان : وصلة إيجابية المصعد ( أنود ) ، ووصلة سلبية المهبط (كاتود) ، يسري به معظم التيار باتجاه واحد ، وإذا تم توصيله بالاتجاه الأمامي أي الموجب بالموجب فيسري به تيار وقيمته تتعلق بالدائرة والمكونات الكهربائية الأخرى فهيا، وإذا تم توصيله بالاتجاه الخلفي فيتكون الجهد في الثنائي فقط ويسري به تيار ذو قيمة ضئيلة جدا ، ما يسمى بتيار “الحجز” . وفي التوصيل الأمامي تبدأ قيمة التيار بالارتفاع عندما تصل قيمة الجهد الموصل من 0,5 حتى 0,7 فولت ( ما يسمى بجهد الفتح أو الهَوِيس أي بوابة) .
أنواع الثنائي :
الثنائي العام universal ويستغل الثنائي لكثير من الوظائف مثل : كاشف (وهي علمية تقويم أيضا) ، أو كمعدل للترددات العالية .
ثنائي القدرة العالية ( ?الوظائف) ، وثنائيات القدرة التي تستغل في تقويم الجهد المتردد في الشبكة العامة حيث يحوّل الجهد من متردد إلى مستمر ، وهذا يستغل أيضا في كثر من الوظائف مثل الحماية ، فكثيرا من الدوائر في الأجهزة المنزلية مثلا يتم حمايتها من البريق بالثنائي ، كما يستعمل الثنائي في تثبيت الجهود المستعملة .
ثنائي التعـشيق (يعمل كمفتاح كهربائي) ، والذي يستعمل في التقنية الرقمية ، ولتحويل الجهد المتردد إلى الجهد المستمر (التقويم) .
الثنائي النفـقي (الذي يستغل تياره لتوليد الذبذبة )
الثنائي ذو الطبقات الأربع والذي يستعمل في التقنية الرقمية
ثنائي شوتكي (Hot-carrier-Diode) وثنائي القذيفة والذي يستعملا في الترددات العالية (جهد الفتح به 0,4 فولت) ( موجات المايكرو في نطاق جيجا هرتز) وفي التقنية الرقمية أيضا.
ثنائي الزينر ، يثبت قيمة الجهد (حسب المعـطيات) ،ويحدد بذلك قيمة الجهد في الدارة ، وهو ثنائي من مادة السيليكون تـتم فيه عملية الاختراق في الاتجاه المعاكس . ويوصل ثنائي الزينر في الاتجاه الأمامي مثل أي ثنائي سيليكون عادي .
الثنائي المصدر للضوء (LED light emitting diode ) ثنائي باعث مصدر الضوء ، يتم تشغيله بالاتجاه الأمامي من المواد الضوئية النصف موصلة ، التي تحول الطاقة الكهربائية الى طاقة إشعاعية ، وهو مثل باقي الثنائيات له طبقة P (طبقة موجبة) وطبقة N (طبقة سالبة)ولكن تنقيط طبقة N يكون اكثر بكثير، عند سير التيار تتحرك الإلكترونات عبر الطبقة العازلة الى طبقة ال P والاثقاب إلى طبقة N ثم يعودوا لتلائُم وتخرج بذلك طاقة ضوئية . ويخترق الأشياع في الغالب من المنطقة رقيقة جداً (1,5 مايكرومتر) بين الطبقة العازلة وطبقة P ويستخلص من :
المواد اللون طول الموجة (بالنانومتر)
جاليوم النتروجين أزرق 450
جاليوم الفوسفور( نتروجين) أخضر 555
جاليوم زرنيخ الفسفور(تتزوجين) أصفر 590
جاليوم زرنيخ الفسفور(تتزوجين) برتقالي 625
جاليوم زرنيخ الفسفور أحمر 655
جاليوم الزرنيخ(الزنك) تحت الحمراء 900
جاليوم الزرنيخ(السليكون ) تحت الحمراء 930
(ولكي لا يتعدى الجهد المتردد بالاتجاه المعاكس قيمة الجهد المصرح فلابد من توصيل ثنائي عادي أو إضافة ثنائي ضوئي آخر بالتوازي )
التعريف الترانزيسستور
بلورة من مادة شبه موصل مطعمة بحيث تكون المنطقة الوسطى منها شبه موصل موجب أو سالب بينما المنطقتان الخارجيتان من نوعية مخالفة
تعريف آخر
وصلة ثلاثية من بللورة الجرمانيوم أو السيليكون تحتوي على بللورة رقيقة جدا من النوع الموجب أو السالب تسمى القاعدة توجد في الوسط وعلى جانبيها بللورتان من نوع مخالف هما الباعث والمجمع
نوعا الترانزيستور
يوجد نوعان من الترانزيستور هما :
فيه القاعدة من النوع السالب بينما الباعث والمجمع من النوع الموجب
فيه القاعدة من النوع الموجب بينما الباعث والمnpn تركيب الترانزيستور من النوع
Emitter الباعث
بللورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب عالية وذات حجم متوسط صممت لتبعث الكترونات
Base القاعدة
بللورة شبه موصل من النوع الموجب بها نسبة شوائب قليلة وذات حجم صغير تتوسط الباعث والمجمع صممت لتمرير الالكترونات
Collector المجمع
بللورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب أقل من الباعث وذات حجم كبير صممت لتجميع الالكترونات
كم وصلة ثنائية في الترانزيستور ؟
يتركب الترانزيستور من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر وصلة بين الباعث والقاعدة ووصلة بين القاعدة والمجمع
BJT علل يسمى الترانزيستور بالوصلة ذات القطبية الثنائية
Bipolar junction transistor لأنه يتركب من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر
علل يفضل الترانزيستور المصنوع من السيلكون ؟
لأن السيليكون يتحمل درجات حرارة عالية تصل الى 175 درجة سيلزية
السيليكون أسهل في تصنيعه من الجرمانيوم
السيلكون أرخص ثمنا حيث أنه ثاني أكثر العناصر انتشارا في الطبيعة
npn كيفية عمل الترانزيستور
أولا : توصل القاعدة والباعث بجهد ثابت توصيلا أماميا ( جهد الانحياز الأمامي ) وبالتالي يكون حاجز الجهد بين المنطقتين صغيرا جدا وعلى ذلك تكون مقاومة وصلة الباعث – القاعدة صغيرة
ثانيا : يوصل المجمع والقاعدة بجهد ثابت توصيلا خلفيا ( جهد الانحياز العكسي ) وبالتالي تكون مقاومة وصلة المجمع – القاعدة عالية
نلاحظ أن القاعدة تكون موجبة بالنسبة للباعث ويكون المجمع موجبا بالنسبة للقاعدة
ثالثا : بما أن القاعدة تحتوي على عدد قليل من الشوائب اذا عدد الفجوات بها يكون منخفضا وبالتالي يكون عدد الالكترونات التي يملأ هذه الفجوات منخفضا
رابعا : تمر معظم الالكترونات من الباعث الى المجمع عبر القاعدة ولا يمر في القاعدة الا عدد قليل من الالكترونات
خامسا : بتطبيق قانون كيرشوف على الترانزيستور يكون
شدة تيار الباعث = شدة تيار المجمع + شدة تيار القاعدة
علل شدة تيار الباعث يساوي تقريبا شدة تيار المجمع ؟
الأسباب : اولا وجود فرق جهد كبير بين المجمع والباعث ينتج مجالا كهربائيا شديدا يعمل على دفع الالكترونات باتجاه المجمع
ثانيا كبر المساحة المتقابلة بين المجمع والباعث وصغر مساحة القاعدة يجعل الالكترونات تعبر من الباعث الى المجمع بمعدل أكبر
ثالثا قلة عدد الشوائب في القاعدة يجعلها لا تقبل سوى عدد صغير من الالكترونات جمع من النوع السالب
كما هو معروف أن جريان التيار الكهربائي لا يمكن أن يتم أو يسير عبر الجسم أو السلك
إلا بوجود نقطتان مختلفتان في الجهد تتصلان بطرفي الجسم أو السلك كما هو حادث
عندما تقوم بتوصيل السلك على طرفي البطارية .
والطير عندما يجلس على سلك الكهرباء سواء برجل أو رجلين فإن التيار لا يمكن أن يسير
من خلاله ( الصعق الكهربائي ) لعدم اتصال الجسم بطرف ثاني …
لكن … وهنا مكمن الخطر … بمجرد اتصال أي جزء من الطير بالارض أو بشجرة فهنا تتكون
دائرة كهربائية ويصبح جسم الطير موصل للكهرباء فيصاب الطير بالصعق الكهربائي ……فيمــــــــــــــــــوت …
الصعق الكهربائي لا يحدث إلا عندما يكون هناك دائرة كهربائية حولي الجسم .
ولذلك ينصح العاملون في مجال الصيانة الكهربائية بلباس الاحذية العازلة والتي
تفصل جسم الانسان عن الارض ..
ولكن هذا الطرح يوصلنا معلومه هامه وهي أنه
عندما يتوقف قلب الإنسان عن العمل يستخدم الأطباء صعقات كهربائيه لا تؤدي إلى موته
يرجع ذلك إلى :
1 – مقدار التيار الذي تعرض له الانسان
2- الفترة الزمنية التي تعرض لها جسم الانسان للصعق الكهربائي .
فمثلاً الانسان عندما يتعرض لتيار كهربائي وبصفة مستمرة في حدود 0.5 ملي امبير
أو أقل فإنه لا يمكن له أن يشعر به وكأن شي لم يكن .
وعندما يتعرض لتيار لتيار في حدود 0.5 إلى 5 ملي امبير وبصفة مستمرة
فإن الانسان يبدأ بالشعور بالألم في أطراف الاصابع والذراع …
ومع هذا فإن الانسان لا تصاب عضلاته بالتشنج ولذلك فإنه يستطيع التحكم بنفسه
ويستطيع التخلص من هذه الكهرباء .
وعندما يتعرض لتيار في حدود 5 إلى 30 ملي امبير لعدة دقائق فإنه يتشنج
ولا يستطيع التحكم بنفسه ويصاب بصعوبة في التنفس وارتفاع الضغط .
من ذلك نصل إلى نتيجه وهي أن الانسان لا يمكن أن يموت بمجرد تعرضه للكهرباء
وبالتالي فإن الاطباء عندما يعرضون المريض للصعق الكهربائي فإن التيار المستخدم
لا بد أن يكون في الحدود المقبولة والتي لا تقتل الانسان
وإنما يكون دورها في تعريض القلب لضربات وصدمات لعله يسترجع حركته ونبضاته …
ولن يكون ذلك إلا بإذن الله سبحانه وتعالى
منقول
المجال الكهربائي
(2-1) المجال الكهربائي:
تعلم أن الشحنة الكهربائية تستطيع أن تجذب أو تدفع شحنة أخرى بقوة تتوقف على مقدار كل من الشحنتين والبعد بينهما. فلو فرضنا أن شحنة كهربائية نقطية موجبة وضعت للاختبار بالقرب من جسم مشحون فإن هذه الشحنة تتعرض لقوه جذب أو دفع تنشأ عن الشحنة المو جده على الجسم وإذا نحن غيرنا موضع شحنة الاختبار بالنسبة للجسم المشحون فإن القوة الكهربائية تتغير تبعا لقانون كولوم وهذا يدل على أن شحنة الجسم تولد حولها خاصية جدية تظهر على شكل قوه كهربائية ولما كانت هذه القوة تنقص بازدياد البعد فإنه لأمر طبيعي أن يضعف الأثر الكهربائي لشحنة الجسم تدريجيا حتى يتلاشى في نقطة تبعد بعدا كافيا عنهما.
والمنطقة المحيطة بالشحنة والتي تظهر فيها آثار القوى الكهربائية على غيرها من ألشحنات تسمى بالمجال الكهربائي للشحنة.
وتعرف شده المجال الكهربائي (مـ) عند نقطة في المجال بأنها القوة التي يؤثر بها المجال على وحده الشحنات الموجبة الموضوعة في هذه النقطة.
مـ = قش
لكن ق =( 9×10^9 * ش*ش.)ف^2 حسب قانون كولوم
بالتعويضعن ق في مـ
مـ =( 9×10^9 ش*ش.)(ف^2*ش.)
مـ =( 9×10^9 ش)ف^2
حيث مـ شده المجال الكهربائي الناشيء عن الشحنه ش ويحدد مقدارا واتجاها
*مقدارا يحسب من العلاقه السابقه
*اتجاها ::::
1- نفرض وجود شحنه نقطيه موجبه (ش.) تبعد ف عن ش
2- نحدد اتجاه حركه (ش.) بالنسبه ل (ش)
3- اتجاه حركه (ش.) هو اتجاه المجال الكهربائي عند هذه النقطه وبصوره عامه يكون اتجاه المجال داخلا في الشحنه السالبه وخارجا من الشحنه الموجبه
وتقاس مـ بوحده (نيوتن/كولوم)
ش => الشحنه المراد حساب المجال الناشيء عنها وتقاس بالكولوم
ف=> بعد النقطه المراد حساب المجال عندها عن (ش) وتقاس بالمتر
ش.=> الشحنه النقطيه الموجبه حره الحركه والتي تتاثر في المجال الكهربائي النائي عن ش وتقاس بالكولوم
ملاحظه::: اذا كانت النقطه متأثره من أكثر من مجال نحسب المجال المحصل عن هذه النقطه باستخدام قواعد المحصله
ملاحظة::: تسمى النقطه التي يكون عندها المجال الكهربائي صفرا نقطه التعادل
يمكن تمثيل المجال الكهربائي بيانيا لشحنة أو عدد من الشحنات بخطوط وهمية تسمى خطوط المجال الكهربائي وكل خط من هذه الخطوط يدل على الطريق الذي تسلكه وحدة الشحنات الموجبة عند تحركها في المجال الكهربائي بتأثير القوة التي يؤثر بها المجال عليها.
1- خطوط المجال تبتعد عن الشحنة الموجبة وتتجه نحو الشحنة السا لبة.
2- تتباعد خطوط المجال لشحنة مفرده كلما ابتعدنا عن الشحنة أي أن كثافتها (عددها الذي يخترق وحدة المساحه) تقل مع ازدياد بعدها عن الشحنة.
3- تتناسب شدة المجال الكهربائي طرديا مع عدد خطوط المجال المارة عموديا على وحدة المساحة أي تدل كثافة الخطوط في منطقة ما على مقدار المجال في تلك المنطقه.
4- يدل اتجاه المماس لخط المجال في نقطة ما على اتجاه المجال عند تلك النقطة.
5- خطوط المجال الكهربائي لا تتقاطع لأنه لا يكون لشدة المجال الكهرباي عند نقطة إلا اتجاه واحد.
6- يتناسب عدد الخطوط الخارجة من الشحنة الموجبة أو الداخلة في الشحنه السالبة تناسبا طرديا مع مقدار الشحنة.
يقسم المجال الكهربائي إل:
أولا::: مجالا كهربائيا منتظما
أ-وهو المجال الذي ينشأ بين صفيحتين مشحونتين متوازبتين.
ب- خطوط المجال المنتظم تكون متوازية والبعد بينها متساوي.
جـ- مقدار المجال الكهربائي المنتظم ثابت في كل نقطة تقع في المجال أي أن عددخطوط المجال التي تخترق وحدة المساحه العمودية ثابت عند أي نقطة
د- اتجاه المجال الكهربائي المنتظم ثابت في كل نقطة في المجال.
ثانيا::: مجالا كهربائيا غير منتظما
أ- وهو المجال الذي ينشأ عن الشحنات المفردة.
ب – خطوط المجال غير المنتظم تتباعد عن بعضها كلما ابتعدنا عنالشجنه
جـ- مقدار المجال الكهربائي غير المنتظم متغير في كل نقطة في المجالأي أن عدد خطوط المجال التي تخترق وحده المساحه العموديه لا يكون ثابتا
د-اتجاه المجال الكهربائي متغير في كل نقطة في المجال.
اذا وضعت شحنه نقطيهفي مجال كهربائي منتظم فان المجال سيؤثر على الشحنه بقوه كهربائيه
ق=مـ ش
وهذه القوه حسب قانون نيوتن الثاني ستكسب الشحنه تسارعا حيث
مجموع ق = ك ت
وهذا التسارع سيؤدي الى تغير سرعه الشحنه في زمن محدد وبالتالي فان الشحنه ستقطه المسافه بين اللوحين في زمن مقداره (ز) ويمكن حساب كل من (ع1,ع2,ف,ز) باستخدام معادلات الحركه
ع2= ع1+ت ز
ع2^2=ع1^2+2 ت ف
ف= ع1 ز+ 0.5 ت ز ^2
مع مراعاه كون الحوكه في بعد واحد أو في بعدين( حركه افقيه أو عموديه) كما في حركه المقذوفات.
كما ان المجال يبذل شغل على الشحنه تساوي( ق ف جتا <) حيث < الزاويه بين (ق) و (ف) ويصرف هذا الشغل كله لإكساب الجسم طاقة حركيه حيث ش( الشغل) = ط ح 2 – ط ح 1
__________________
