|
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
الخلايا الكهروكيميائية
|
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
التحليل الكهربائي
|
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
قانونا فاراداي
|
رد: سلسة المُساعد(1): شرح ومناقشة التيار المستمر والتيار المتردد
ينقسم التيار الكهربائي إلى نوعين؛ فهو إما أن يكون مستمرًا أو متناوبًا وذلك حسب مصدره. التيار المستمر : Direct Current-DC : هو التيار الذي يسري في اتجاه واحد دائمًا، وينتج من البطاريات ومولّدات التيار المستمر، ويستخدم التيار المستمر في التطبيقات ذات الجهد المنخفض مثل إدارة النظام الكهربائي للسيارات، والقاطرات وبعض أنواع المحركات في الصناعة. ومع أن أجهزة المذياع والتلفاز وأجهزة إلكترونية أخرى تستخدم التيار المتناوب، إلا أنها تحتاج أيضًا إلى التيار المستمر لتشغيل دوائرها الداخلية. وتستطيع المقوِّمات تغيير التيار المتردد إلى تيار مستمر بسهولة. كيف يعمل التيار المستمر DC؟ كما تلاحظ، فالطاقة الإلكترونية تنتقل في اتجاه واحد داخل أجزاء الدائرة الكهربائية، تتدفق فيه الإلكترونات من القطب السالب للدائرة إلى القطب الموجب، ويبقى هذا الاتجاه ثابتاً مع ثبات في الجهد والتيار الكهربائي مهما تغير الزمن. - التيار المتردد: ِAlternative Current-AC : هو تيار يقوم بعكس اتجاه سريانه بصورة نظامية، وينتج من مولدات التيار المتناوب هذا النوع عند وصل المولدات الكهربائية الضخمة، والمحركات، وفي التسليكات المنزلية ، مثل تشغيل المصابيح و المكيفات و السخانات و لكن معظم الإلكترونيات لا تعمل على هذا النوع من التيار . وفي كل مرة يكمل فيها التيار المتناوب تغييرين في اتجاه سريانه فإنه يكون قد أتم دورة. ويُسمى عدد الدورات في كل ثانية بتردد التيار المتناوب. ويقاس التردد بوحدات تسمى هرتز. وتُوَلَّد الطاقة في كثير من الأقطار، عند تردد 50 هرتز وفي البعض الآخر عند تردد 60 هرتز . والتيار المتردد يتفوق على التيار المستمر بعدة مزايا منها سهولة وكفاءة نقله من محطات القوى. وتُفقد أقل كمية ممكنة من الطاقة الكهربائية عندما تُنقل عند فروق جهد مرتفعة. ولكن فروق الجهد المرتفعة تشكل خطرًا عند استخدامها في المنازل. وتستطيع أجهزة تسمى المحوِّلات تقليل أو زيادة فرق الجهد المتناوب بسهولة، بينما لا يمكن تغيير فرق الجهد المستمر بنفس السهولة والكفاءة. كيف يعمل التيار المتردد AC؟ كما تلاحظ، فاتجاه تدفق الإلكترونات في أجزاء الدائرة الكهربائية يتغير عدة مرات في الثانية الواحدة بسبب تناوب القطبين السالب والموجب، ويسمى هذا التيار أيضاً بالتيار المتردد، نظراً لتردد اتجاه التيار بين القطبين السالب والموجب. لهذا السبب، علينا الأخذ بالاعتبار احتساب دالة الوقت عند التعامل رياضياً مع هذا التيار. علل: يفضل استخدام التيار المتردد عن التيار المستمر 1 - لأن التيار المتردد يمكن رفع أو خفض قوته الدافعة بواسطة المحولات الكهربائية 2- التيار المتردد يمر في دائرة بها مكثف 3 - التيار المتردد يمكن تحويله الى تيار مستمر ما قصة إكتشاف التيار المستمر والمتردد ؟ في البدء كان التيار المستمر DC في عام 1879، قام توماس أديسون بابتكار المصباح الكهربائي وقدم للعالم فكرة مولد التيار المستمر للإضاءة الكهربائية. فبهر العالم بابتكاره الجديد. وفي عام 1887 انتشرت على أراضي الولايات المتحدة 121 محطة كهربائية سميت باسم هذا العالم العبقري Edison ، تقوم بتوصيل كهرباء التيار المستمر لسكان أمريكا. لكن … ! مع انتشار استخدام الكهرباء في المنازل، وكثرة الطلب عليها، بدأت تظهر بعض مشاكل التيار المستمر. من أبرزها قصر المسافة التي يقطعها التيار، فمع اتساع رقعة التغطية وجد أن التيار المستمر يفقد بعضاً من قوته بعد قطعه مسافة قصيرة قدرت بالميل الواحد. هنا بدأ العلماء عملية البحث عن حل عملي لهذه المشكلة يرضي كلاً من شركات الكهرباء والمستهلكين. وبدأت الحرب … في عام 1881 بدأ العالمان Nikola Tesla و George Westinghouse تطوير نظامهما الجديد والمعتمد على فكرة التيار المتناوب AC. أبرز ما يميز هذا النظام هو فعاليته وقدرته على التوصيل الكهربائي لمسافات طويلة جداً مقارنة بالتيار المستمر DC، فاعتمدته أغلب شركات الكهرباء في محطات التوليد والتوصيل، وأصبحت غالبية دول العالم تعتمد هذا النظام. لكن على الرغم مما أحدثه التيار المتناوب من ثورة في عالم الكهرباء، لازال البعض متمسكاً بفكرة استخدام التيار المستمر ، ومن هنا بدأت بين الفريقين سلسلة من النقاشات حول جدوى استخدام أي من التيارين ، حتى أطلق على ذلك مصطلح حرب التيارات. آخر أخبار هذه الحرب هو قيام إحدى الشركات العريقة في مدينة نيويورك بقطع خدمة التيار المستمر من 1600 مستهلك يسكنون أرقى أحياء المدينة – مانهاتن- أواخر عام 2005. فلاشات مُهمة في الشرح : ( أضغط على الفلاش بزر الفارة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم ) http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s1.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s2.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s4.swf الدرس القادم بإذن الله تعالى ( القوة المحركة الكهربائية ) |
رد: سلسة المُساعد(2): شرح ومناقشة القوة المُحركة الكهربائية
القوة المحركة (الدافعة) الكهربائية (( ق.د.ك)) Electromotive force - emf لفهم المقصود بالقوة المحركة الكهربائية نحتاج إلى بعض المعلومات المرتبطة بالبنية الذرية , فلكل ذرة إلكترون واحد أو أكثر، يحمل كل منها شحنة كهربائية سالبة , وتحتوي الذرات أيضًا على بروتونات، وهي جسيمات يحمل كل منها شحنة كهربائية موجبة , والشحنات المختلفة تتجاذب، و الشحنات المتشابهة تتنافر, وينبني تشغيل الدائرة على مبدأ التجاذب بين الشحنات المختلفة. ونعلم مما سبق دراسته أن سريان الإلكترونات في اتجاه واحد يكوّن تيارًا كهربائيًا . بعد ذلك وجد أن القوة الدافعة الكهربائية ( أو ما يسمى بالفولتية) ، هي القوة التي تدفع هذه الإلكترونات لتكون تيارا. أي أن الأكترون يتحرر من الذرة وينطلق متنقل من ذرة إلى أخرى بفعل القوة الدافعة الكهربائية ، والتي تعتبر أيضا – أي القوة الدافعة الكهربائية – بأنها قوة التجاذب الكهربائي الذي يسببه اختلاف الشحنات بين نقطتين في الدائرة، ويوفرها مصدر طاقة كهربائية ( البطارية مثلا )، حيث أن أحد طرفي البطارية سالبا ، و الطرف الآخر موجبا. ( تسمى الإلكترونات التي يتحرر من الذرة ويتطلق متنقلة بين الذرات بالإلكترونات الحرة أو حاملات الشحنة ). والفلاشين التاليين يوضحان ما سبق : لحفظهما ( أضغط بزر الفأة اليمن ثم أختر حفظ بإسم ) وتسري الإلكترونات فعليا من طرف البطارية السالب إلى طرف البطارية الموجب، حيث تولد هذه الحركة الإكترونية تيارًا كهربائيًا. ولكن العلماء اصطلحوا اعتبار أن سريان التيار الكهربائي يكون من الموجب إلى السالب. فحتى أواخر القرن التاسع عشر الميلادي ظل العلماء يعتقدون خطأ أن التيار الكهربائي يسري في ذلك الاتجاه. الخلاصة : لكي تتحرك الإلكترونات المكونة للتيار لا بد لها من طاقة تكتسبها من المولد الكهربائي وتعرف تلك الطاقة بالقوة المحركة الكهربائية للمولد والتي يمكن تعريفها بأنها : مقدار الطاقة التي يعطيها المولد لكل كولوم يجتازه . الفلاش التالي ، يحاكي تعريف القوة المحركة الكهربائية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/emf1.swf للحفظ ( أضغط بزر الفأة اليمن ثم أختر حفظ بإسم ) مثال توضيحي : إذا فرضنا أن كمية من الكهرباء قدرها 10 كولوم مرت خلال المولد فاكتسبت طاقة مقدارها 20 جول . فإن الطاقة التي يكتسبها الكولوم الواحد هي 20÷10=2جول/ كولوم , وفي هذه الحالة نقول أن القوة المحركة لهذا المولد هي 2جول / كولوم ( فولت ) , ومما سبق يمكن حساب القوة المحركة للمولد من العلاقة التالية : قم = ط / ش وتقاس القوة المحركة الكهربائية بوحدة ( جول / كولوم ) وتكافئها وحدة ( الفولت ) ، ويستخدم جهاز الفولتميتر لقياس القوة الدافعة الكهربية (e.m.f) الناتجة من مصدر كهربي . سؤال : ما معنى أن القوة المحركة لمولد 2 فولت . الجواب : أن مقدار الطاقة الكهربائية التي يعطيها المولد لكل كولوم يجتازه = 2 جول ملاحظات : 1 - القوة المحركة ليست قوة بالمعنى الميكانيكي ولكنها طاقة وحدة الشحنات ووحدة قياسها هي وحدة قياس فرق الجهد ( الفولت ) . 2 – القوة المحركة الكهربائية هي فرق الجهد الكهربائي ، في حالة عدم مرور تيار كهربائي . 3 – في حالة مرور تيار كهربائي فإن الفرق بين القوة المحركة للمولدة وفرق الجهد هو أن : القوة المحركة الكهربائية : تمثل الطاقة المكتسبة لوحدة الشحنات الكهربائية من المولد بينما فرق الجهد : الطاقة المفقودة من وحدة الشحنات الكهربائية بين هاتين النقطتين في الدائرة الكهربائية . وسنتعرف لاحقا بإذن الله تعالى ، على مزيد من التفرقة بين القوة المحركة الكهربائية و فرق الجهد الكهربائي . الدرس القادم بإذن الله تعالى هو مفهوم " المقاومة الكهربائية والعوامل المؤثرة عليها ". |
رد: سلسة المُساعد(3): شرح ومناقشة "المقاومة الكهربائية"
المقاومة الكهربائية Electrical Resistance هي خاصية فيزيائية ، تعني اعتراض ( إعاقة ) المادة لمرور الشحنات الكهربائية عبرها. وتحدث المقاومة عندما تصطدم الإلكترونات المتحركة في المادة بالذرات ، وتطلق طاقة في شكل حرارة (تغير الطاقة الكهربائية إلى حرارة ). وتعتبر الموصلات الجيدة، مثل النحاس، ضعيفة المقاومة، مقارنة بأشباه الموصلات، مثل السليكون. أما العوازل، مثل الزجاج والخشب، فذات مقاومة عالية جدًا، يصعب معها مرور الشحنات الكهربائية عبرها. بينما لا تشكل الموصلات الفائقة أي مقاومة لمرور الشحنات عبرها. تعريف المقاومة الكهربائية : هي خاصية ممانعة الموصل لمرور التيار الكهربائي فيه مما ينتج عنها ارتفاع في درجة حرارته لمشاهدة فلاشات تحاكي المقاومة ، تفضل إلى الروابط التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance1.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance2.swf وللحفظ أضغط على الرابط ثم أختر حفظ بإسم ملاحظة الفلاش الثاني حجمه 1.3م.ب وتقاس المقاومة الكهربائية بالأوم ويرمز لة بالحرف Ω ويقرأ اوميغا OMEGA ، ويرمز لها كما في الصورة التالية : أهمية المقاومة الكهربائية : رغم أن المقاومة الكهربائية تسبب هدرا لجزء من الطاقة إلا أنها تكون ضرورية لحماية بعض أجزاء الدوائر الكهربائية, ولذلك فهي تصنع لتوضع في بعض أجزاء الدوائر الكهربائية حماية لها ، وتكمن أهميتها في : أنها تتحكم في شدة التيار المار وتتحكم أيضا في فرق الجهد بين طرفيها . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance4.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance6.jpg للتوضيح : ويمكن تشبيه المقاومة الكهربائية في عملها عمل محبس الماء حيث لا تسمح إلا بمرور كمية معينة من الكهرباء , وبعض المقاومات تتلف ( تنصهر ) إذا مر بها تيار أكبر من مقدار معين , أما بعض المقاومات فتتميز بأنها تقطع التيار الكهربائي تلقائيا عند تجاوزه مقدار معين , ومن الأمثلة على النوع الأول تلك المستخدمة في السيارات والتي تسمى ( فيوز ) أما النوع الثاني فمن الأمثلة عليه قاطع الكهرباء الذي بداخل عداد الكهرباء الخاص بالمنزل , حيث يلاحظ تسجيل رقم مثل 200A ( 200أمبير ) أي أنه لا يسمح بمرور أكثر من 200 أمبير ( أي 200كولوم/ث ) وفي حالة حدوث ذلك بسبب التماس ببن بعض الأسلاك في الدائرة أو غيره ( هو ما يسمى بالدائرة القصيرة أي عديمة المقاومة ) فإن القاطع يقطع التيار عن الدائرة الكهربائية لحمايتها . أنواع المقاومات الكهربائية : وتختلف نوعيتها على حسب كيفية صنعها والمواد المركبة منها وأهم أنواع المقاومات هي: 1- المقاومة الثابتة 2- المقاومة المتغيرة 3- المقاومة الضوئية 4- المقاومة الحرارية http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance1.gif أولا : المقاومة الثابته Resistor : تتميز هذه المقاومات بثبات قيمتها وتختلف في استخدامها على حسب قدرتها في تمرير التيار الكهربائي فهناك مقاومات ذات أحجام كبيرة تستخدم في التيارات الكبيره وأخرى صغيرة للتيارات الصغيرة. ثانيا: المقاومة المتغيرة Potentiometer or Variable Resistor VR : مقاومة يمكن تغيير قيمتها حيث تتراوح قيمتها بين الصفر وأقصى قيمة لها فمثلا عندما تقول أن قيمة المقاومة 10KΩ يعني أن قيمة المقاومة تتراوح بين الصفر أوم تزداد بالتدريج يدويا حتى تصل قيمتها العظمى 10KΩ 0-10KΩ ويمكن تثبيتها على قيمة معينة. ويمكن مشاهدة المقاومة المتغيرة في كافة الأجهزة الصوتية فعندما نريد رفع صوت الجهاز "الراديو" أو نخفضه فإننا نغير في قيمة المقاومة المتغيرة فعندما تصل قيمة المقاومة أقصاها فإن الصوت ينخفض إلى أقل شدة والعكس عند رفع الصوت. العوامل المؤثرة في مقاومة أي موصل :. 1- نوع المادة المصنوع منها الموصل 2- طول الموصل 3- مساحة مقطع الموصل 4- درجة حرارة الموصل http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance4.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance3.gif فالسلك النحاسي الرقيق، على سبيل المثال، أكثر مقاومة من السلك السميك، والسلك الطويل أكثر مقاومة من السلك القصير. و تتفاوت مقاومة المادة أيضًا حسب درجة الحرارة ، وبما أن مقاومة الموصل ( م ) تتناسب طرديا مع طوله ( ل ) وعكسيا مع مساحة مقطعه ( س ) : لمشاهدة فلاشات تحاكي العوامل المؤثرة على المقاومة ، تفضل إلى الروابط التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance4.swf وللحفظ أضغط على الرابط ثم أختر حفظ بإسم م = ثابت × ل / س وثابت التناسب هنا يعتمد على نوع مادة الموصل ويسمى المقاومة النوعية ( من ) م = من × ل / س ومن هذه العلاقة يمكن تعريف المقاومة النوعية ( من ) بأنها : " مقاومة موصل منتظم المقطع طوله وحدة الأطول ومساحة مقطعه وحدة المساحات " وتتأثر المقاومة النوعية ومن ثم المقاومة الكلية لناقل ما بدرجة الحرارة بشكل طردي حيث دلت التجارب العملية أن المقاومة النوعية تتغير مع درجة الحرارة حسب العلاقة : من د = من. ( أ + ثا × د ) حيث ( من د ) هي المقاومة النوعية للموصل عند درجة ( د ) المئوية . (من. ) المقاومة النوعية للموصل عند درجة صفر المئوية . ( ثا ) المعامل الحراري للمقاومة النوعية للعنصر وهو ثابت للعنصر الواحد ويختلف من عنصر لآخر . ( د ) درجة الحرارة المئوية . تحديد قيمة المقاومة : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance5.gif والفلاشات التالية ، لحساب قيمة المقاومة بالألوان : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance5.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance6.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance7.swf وللحفظ أضغط على الرابط ثم أختر حفظ بإسم الدرس القادم بإذن الله تعالى هو مفهوم " المواد فائقة التوصيل ". |
رد: سلسة المُساعد(5): شرح ومناقشة " قانون أوم وتحقيقه عمليا "
يعد قانون أوم من أهم القوانين في فرع الفيزياء الكهربائية ، حيث أثبت العالم الألماني جورج سيمون أوم ( 1787- 1854 م ) بعد سلسلة من التجارب في عام 1826م أن التيار الكهربي ( ت ) المار في موصل يتناسب طرديا ( علاقة خطية ) مع فرق الجهد الكهربائي (جـ ) المطبق بين طرفيه، ويمكن تمثيلها بيانيا كما بالشكل التالي : ويمكن كتابة العلاقة البيانية بالقانون التالي : فرق الجهد = ثابت × التيار يعتبرهذا الثابت هو : "المقاومة الكهربائية" خلاصة : قانون أوم يصف العلاقة حسابيا بين كلا من فرق الجهد الكهربائي (جـ ) الذي يعبر عن قوة تدفق الشحنات الكهربائية .. وبين المقاومة الكهربائية ( م ) التي تقاوم وتعيق هذا التدفق .. وبين النتيجة الحقيقية لهذا التدفق وهو التيار الكهربائي ( ت ) . نص قانون أوم : عند ثبوت درجة الحرارة يتناسب شدة التيار المار في موصل طرديا مع فرق الجهد بين طرفيه . جـ = م × ت لاحظوا أن العلاقة سهلة وبسيطة جدا .. كلما زاد الجهد او قلت المقاومة كلما زاد التيار المتدفق .. و زيادة المقاومة تحد من مرور التيار كما هو واضح في قانون اوم من استخدامات قانون أوم : يستخدم المهندسون قانون أوم لتحديد فعالية الدوائر الكهربائية. فبإمكانهم، على سبيل المثال، حساب كيف يمكن أن يتأثر سريان التيار بالترتيبات المختلفة لمكونات هذه الدائرة مثل توصيل الأسلاك والمكثفات والمقاومات. إثبات قانون أوم عمليا لإثبات قانون أوم عملياً اتبع الخطوات الآتية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw3.gif 1) أعمل الدارة الكهربائية كما في الشكل أعلاه . 2) استعن بالعرض الفلاشي التالي لاستنتاج العلاقة بين فرق الجهد وشدة التيار الكهربائيين فلاش محاكاة قانون أوم يمكن استخدامه لتحقيق قانون أوم عمليا : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw1.swf وهذا فلاش آخر : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw2.swf 3) حرّك المؤشر voltage لضبط فرق الجهد على القيمة 1.5 فولت 4) اضبط المؤشر resistance لضبط المقاومة الكهربائية على القيمة 200 Ω . 5 ) سجل قيمة شدة التيار current المارة ( التي تظهر أسفل الفلاش ) بعد تحويلها إلى أمبير بقسمتها على 1000 ، لتصبح بوحدة الأمبير . 6) حرّك المؤشر voltage لزيادة فرق الجهد بشكل منتظم ، و بعد كل زيادة في فرق الجهد قم بتسجيل قيمة شدة التيار 7 ) مثل القياسات التي سجلتها في الجدول بيانيا ، ثم ارسم العلاقة . 8) احسب ميل الخط المستقيم ، يجب أن تكون مساوية لـ 200 Ω . الاستنتاج 1) نلاحظ أن العلاقة بين كل من فرق الجهد وشدة التيار علاقة طردية أي انه كلما زاد فرق الجهد زاد شدة التيار وكلما قل فرق الجهد قلت شدة التيار 2) بحساب ميل الخط المستقيم الذي بالشكل نجد أن ميل الخط المستقيم = 200 نفس قيمة المؤشر resistance وهنا فيديو عربي لشرح تحقيق قانون أوم عمليا : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw3.rar ملاحظات : 1 – يمكن تطبيق قانون أوم في جزء من الدائرة أو الدائرة ككل مع ملاحظة : عند تطبيق قانون أوم في جزء من الدائرة يجب أن يكون تعاملنا مع التيار المار في هذا الجزء فقط وكذلك المقاومة ذات الصلة . عند تطبيق قانون أوم على الدائرة ككل يجب حساب التيار الكلي ، و المقاومة الكلية ، وكذلك يكون تعاملنا مع قيمة جهد المصدر للدائرة . 2 – الشكل التالي يلخص قوانين أوم : والفلاش التالي عرض شامل لقانون أوم : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw4.swf |
رد: سلسة المُساعد(5): شرح ومناقشة " قانون أوم وتحقيقه عمليا "
|
رد: سلسة المُساعد(4): شرح ومناقشة "الموصلات فائقة التوصيل"
في هذا الموضوع ، سأكتفي بالإشارة إلى موضوعين شاملين تتحدث عن " الموصلات فائقة التوصيل " بالإضافة إلى بعض الصور ومقاطع الفيديو ، ومن لديه سؤال حول الموضوع فليتفضل به وسيجد بإذن الله تعالى الأجابة . تفضل إلى الموضوعين التاليين : المواد فائقة التوصيل وتطبيقاتها الموصلات فائقة التوصيل مقاطع فيديو : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Superconduct.rar http://www.fys.uio.no:80/super/levitation/apart.avi http://www.fys.uio.no:80/super/levitation/together.avi وهذه الصور : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct2.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct3.bmp http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct4.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct5.jpg |
رد: سلسة المُساعد(4): شرح ومناقشة "الموصلات فائقة التوصيل"
نستأذن أستاذنا أبا صالح في هذه الإضافة البسيطة مشكوراً التوصيل الفائق عملية توصيل الحرارة والكهرباء بواسطة بعض الفلزات والسبائك والخزف دون مقاومة. ويحدث التوصيل الفائق في الفلزات والسبائك في درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق وهي -273,15°م. ويُصبح كل من الرصاص والزئبق والصفيح فائق التوصيل في هذه الدرجة. وتصبح بعض أنواع الخزف مُوَصِّلات فائقة عند درجة حرارة قد تصل إلى -138°م . وقد طوَّر النظرية الحديثة للتوصيل الفائق ثلاثة من علماء الفيزياء الأمريكيين، وهم جون باردين، وليون كوبر، وجون روبرت شريفر، وتُعْرَف هذه النظرية بنظرية (bcs)، وهي تحمل أسماء مكتشفيها الثلاثة الذين فازوا بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 1972م لتطويرهم هذه النظرية. وليس للموصل الفائق مقاومة كهربائية نظرًا لوجود تفاعل جذبي بين الإلكترونات والذي ينتج عنه تكوين أزواج من الإلكترونات. وترتبط أزواج الإلكترونات بعضها ببعض وتندفع دون مقاومة حول المواد الملوثة والشوائب. وتحدث المقاومة في المُوَصِّل العادي لأن الإلكترونات غير المرتبطة ترتطم بالشوائب ثم تتشتت. ويستخدم التوصيل الفائق في المجال الكهرومغناطيسي. وقد تمكن الباحثون من تطوير مغانط فائقة التوصيل، تستخدم كهرباء أقل من المغانط الكهربائية العادية. وقد مكَّنت مغانط التوصيل الفائق علماء الفيزياء من إنشاء معجِّل جسيمات أكثر فاعلية، وهي أجهزة تزيد سرعة جُسَيمات الذرة. وفي عام 1986م أعلن عالم الفيزياء الألماني جورج بدنورز والعالم الفيزيائي السويسري إليكس مولر اكتشافهما التوصيل الفائق في المواد الخزفية. وتصبح هذه المواد ذات توصيل فائق عند حرارة أعلى من الفلزات والسبائك. ونال بدنورز ومولر جائزة نوبل للفيزياء لعام 1987م لهذا الاكتشاف. ومنذ ذلك الوقت تمكَّن العُلماء من اكتشاف مواد خزفية أخرى تصبح فائقة التوصيل عند درجة حرارة عالية بحيث تكفي لاستخدام النيتروجين السائل لتبريدها. ويجب تبريد الفلزات والسبائك إلى درجة حرارة التوصيل الفائق باستخدام الهيليوم السائل، وهو أعلى تكلفة وأصعب في التعامل من النيتروجين السائل . ويبحث العُلماء اليوم الاستخدامات الممكنة للمواد الجديدة فائقة التوصيل عند درجة حرارة عالية. فهم مثلاً يجرون اختبارًا على جهاز مفتاح فائق التوصيل يضبط الدوائر الكهربائية في الحاسوب. وتعمل هذه الأجهزة بسرعة فائقة ولا تُنْتِج أي حرارة تقريبًا. وقد يكون التوصيل الفائق مفيدًا لتوصيل الكهرباء. فخطوط القدرة المصنوعة من المواد فائقة التوصيل يمكن أن تحمل تيارًا عبر مسافات بعيدة دون فقدان أي قدرة بسبب المقاومة الكهربائية. وخطوط القدرة هذه يمكن أن توفِّر كميات كبيرة من الطاقة. وإضافة إلى ذلك، فهي تسهل اختيار مناطق لمحطات القدرة بحيث يكون تأثير تلك المحطات على الناس وعلى البيئة قليلاً . وهنالك العديد من المشاكل التي يجب حلها قبل الاستخدام التجاري للموصلات الفائقة عند درجات الحرارة العالية. ويصعب تصنيع معظم الموصِّلات الفائقة الخزفية. ونجد الخزف أيضًا مادة سريعة الانكسار وليس من السهل تصنيعها في هيئة أسلاك. ولكن طور الباحثون أشرطة رفيعة مرنة تستطيع حمل تيارات كبيرة . وتشرح نظرية (BCS) كيفية حدوث التوصيل الفائق في المواد الخزفية، إلا أنه لم يُقترح بعد نظرية كاملة حول هذه الظاهرة . وفي عام 2001م، أعلن الباحثون أن ثنائي بوريد المغنسيوم (MgBr2) يصبح فائق التوصيل عند درجة الحرارة -234°م، أي أعلى بنحو 20°م من أي مركب فلزي آخر. كما أعلن الباحثون في العام نفسه أن البلورة التي تحتوي على كرات الكربون وثلاثي بروميد المثيل (CHBr3) تصبح فائقة التوصيل عند درجة حرارة -156°م. وتعرف كرات الكربون باسم بكمنسترفولرنيس أو كرات باكي، وتحتوي كل واحدة منها على 60 ذرة كربون . وقد اكتشف العالم الهولندي هايك كامرلنج أونز التوصيل الفائق عام 1911م، وتم هذا الاكتشاف عندما كان يقيس المقاومة الكهربائية لزئبق متجمد. |
| الساعة الآن 02:39 |
Powered by vBulletin® Copyright ©2000 - 2024, Jelsoft Enterprises Ltd. TranZ By
Almuhajir