اساسيات جدااااا بسيطه بالكهرباء.......

[طارق حديد]

هل تريد أن تفهم الإلكترونيات و تبنى مشاريعك الخاصه و ربما تخترع أشياء جديده فى المستقبل ؟ لكى تكون . يجب أن تفهم بعض الأساسيات أولا.

ما هى الكهرباء ؟

لكى تعرف إجابه هذا السؤال . يجب أيضا أن تعرف بعض الأشياء و منها بناء الذره.
فالموضوع هنا أن الذره لها كتله و الكتله هى التى تجعل الذره تشغل جزء من الفراغ حتى لو كان بسيطا و هذه الكتله من الممكن أن تكون فى عدة صور أو حالات :
الحاله الصلبه
الحاله السائله
الحاله الغازيه
حاله البلازما
و الذره تتحرك تحت تأثير نوعين من الطاقه
طاقة الوضع POTENTIAL ENERGY
و طاقه الحركه KINETIC ENERGY
فالذره الكامله تشبه النظام الشمسى .فلها مركز كالشمس (النواه -وتتكون من بروتونات و نيترونات) و الكواكب تدور حولها ( الإلكترونات ).
و توجد مدارات حول النواه تدور فيها الإلكترونات . وكل مدار له عدد معين من الإلكترونات المسموح لها بالتواجد فيه
فالمدار الأول القريب من النواه مسموح فيه ب 2 ألكترون و المدار الثانى 8 و الثالث 8 و الرابع 18 . إلخ.
فإذا ملىء أحد المدارات بدأ فى إستعمال المدار التالى . حتى يمتلىء المدار الأخير فتعتبر الذره خامله . و من أمثلة الذرات الخاملة ( الهيليوم و النيون والأرجون ).

المزج بن ذرتين أو أكثر يكون ما يعرف بالجزىء . مثل ملح الطعام ( NaCl ) و هو مركب من مزج كميائى بين ذرات الصوديوم ( Na ) و الكلور ( Cl )

كيف تنتج الكهرباء ؟ :

البروتونات توجد فى النواة و الإلكترونات تدور حول النواه فى مداراتها الخارجيه متأثرة بقوى الجذب من النواه( الناتجه من التجاذب بين الإلكترونات السالبة الشحنه و البروتونات الموجبة الشحنه) و قوى الطرد ( الناتجه عن دورانها السريع حول النواة).
وهنا يجب أن تتساوى القوتان حتى تتزن الذره .
ولكن فى وجود قوى شد خارجيه ( ذرات أخرى أو جهود موجبه ) فإن الإلكترونات تترك النواه وتسير مكونة الكهرباء.

الشحنة الكهربيه :

فى أيام الصيف الجافه عندما تمشط شعرك فإن شحنه ذرات شعرك وشحنة ذرات المشط سيتغيران فقد فقد شعرك بعض من الإلكترونات (فأصبحت ذرات شعرك أكثر إيجابيه ) و أعطاها لذرات المشط الذى أصبحت شحنته أكثر سالبية . و إذا أطفأت النور فى الحجره فإنك ربما ترى بعض من الشرارات التى تنتقل من المشط إلى شعرك و هذا ما يسمى بالكهرباء الإستاتيكيه .
ولكن لماذا تنتقل من المشط للشعر وليس العكس ؟
ذلك لأن النظام يبحث عن الإتزان . و ذلك يشبه فتحك لباب الثلاجه فى أحد الأيام الحاره وبعد بعض من الوقت ستصبح درجةالحراره بداخل الثلاجه مساويه لدرجة الحراره خارجها و هنا حدث الإتزان ( ولكن لا تنسى قطع الطاقه عن الثلاجه قبل إجراء التجربه ) .
فالذره أو الجسم المشحون يوجد به زياده فى الإلكترونات أو الشحنه و يسعى لتفريغها و إعطائها إلى جسم أخر تنقصه الشحنه .

بعض الناس يظنون أن الجسم المشحون هو جسم يحمل شحنه موجبه و هذا خطأ . فالذره عندما تكون فى حاجه إلى الإلكترونات فإنها بذلك تكون مشحونه بشحنه موجبه أما إذا كان بها زياده فى الإلكترونيات تكون بذلك مشحونه بشحنه سالبه .

وبما أن هذه الشحنات التى نتكلم عنها صغيره جدا جدا فإنه يجب إيجاد وحدات لها كبيره نسبيا حتى يمكن التعامل معها . وهذا ما فعله العالم كولوم (1736-1806 Charles Augustin Coulomb ) فلقد جعل الكولوم وحده تعبر عن شحنة الإلكترون .
1 كولوم = 6.24 بليون بليون وحدة شحنه.( 6.24*1018 ) و إما أن يكون بالموجب أو بالسلب .

قانون كولوم للقوى الكهروستاتيكيه :

قوة الجذب أو التنافر (F)بين جسمين مشحونين يتناسب طرديا مع حاصل ضرب شحناتهما (Q) و يتناسب عكسيا مع الجذر التربيعى للمسافه بينهما.

قانون نيوتن للطاقه :

الطاقه لا تفنى ولا تستحدث من العدم . ولكنها تتحول من صوره إلى أخرى

فمثلا : فى البطاريه يتم تحويل الطاقه الكميائيه إلى طاقه كهربيه عند توصيلها فى الدائره و المحول الكهربى يحول الطاقه الميكانيكيه إلى طاقه كهربيه.

كيف تنفذ البطاريات ؟

لنفرض أن لديك إنائين بهما ماء .أحدهما مملوء و الأخر نصف مملوء و أنك أحضرت ماسوره بلاستيكيه صغيره لتصل بين الإنائين . ستلاحظ أن الماء سيمر من الإناء المملوء إلى الإناء النصف مملوء خلال الماسوره (وهذا هو التيار الكهربى) و سيستمر ذلك حتى يتعادل الضغط على طرفى الأنبوب ( فرق الضغط = 0)و هو مايعادل فرق الجهد فى البطاريه وعندما يحدث الإتزان فإن البطاريه قد ماتت .
و الوحده المستخدمه لقياس هذا الفرق فى الجهد هو الفولت ( وهو فرق الجهد الازم لتحريك شحنه مقدارها واحد كولوم لتبذل شغل مقداره واحد جول (JOULE))
V = W/Q
القدره الكهربيه( P ) :

الطاقه هى القدره على بذل جهد و القدره هى المعدل الذى يبذل به هذا الجهد
P = W/t
حيث t هى الزمن
والقدره تقاس بالواط (Watt ) و هو الوحده الأساسيه . و يقاس أيضا بالحصان (1 حصان = 746 وات )

[ahmed115]

جزاك الله خير ياطارق

ليا عدة اسالة فى موضوع مناقشات الكترونية مع الاخ ابو قشة فى نفس موضوعك
هل يمكن ان تشترك معنا فى الحوار ؟

[ولاء الدين]

سلام الله عليكم
أشكرك أخي طارق على هذه المعلومات القيمة
وأساهم معك بعد إذنك بنقل معلومات بسيطة


التيار والجهد الكهربى :

لكى نفهم الجهد الكهربى أكثر يمكننا أن نتخيل كوب زجاجى مملوء بالماء (وهنا يوجد الجهد كما فى البطارية ) وعندما نوصل هذا الكوب بأنبوب وندع الماء يتدفق خلال الأنبوب فإننا صنعنا تيارا (يماثل التيار الكهربى فى الأسلاك ) وكلما زاد معدل تدفق المياه فى الأنبوب فى الثانية الواحدة كلما زادت شدة التيار) وعندما يفرغ الكوب من محتواه من الماء تكون بطاريتنا نفذت .

لاحظ أن البطارية إذا كانت 10 فولت مثلا وهى جديدة (كوب الماء مملوء) فإن هذا هو أقصى جهد يمكن أن تعطيه ولكن يمكننا أن نزيد من التيار أو نقلله بواسطة تغيير حالة الصنبور من (مفتوح) إلى (مغلق).
ولكن تذكر أن هذا التيار يتناسب مع الجهد فكلما زاد الجهد (كمية الماءالموجودة فى الكوب ) كلما زاد التيار (معدل تدفق الماء فى الأنبوب).

وهكذا تعمل بطاريات التيار المستمر DC . أما فى حالة التيار المترددAC الذى نستخدمه فى منازلنا لتشغيل التليفزيون والغسالة وغيرهما فالأمر يختلف حيث لا ينضب مصدر الجهد الكهربى ويظل ثابتا حيث أنه لا يأتى من بطارية (كوب مياه ) ولكن من شركة توليد الكهرباء حيث توجد دائما كمية كافية من المياه تسمح لك بسحب المزيد والمزيد من التيار. (طبعا هذا مثال مثالى لا يتحقق حقيقيا ولكن عليك أن تضع هذه الفكرة فى رأسك)

وعندما يمر التيار (المائى) فى الأنبوب فإن هذا الأنبوب يحاول منع الماء من التدفق فيه عن طريق الإحتكاك مع السطح الداخلى أو عن طريق عدم وجود فراغ كافى داخل الأنبوب حتى يمر المزيد من الماء (كاما قل هذا الفراغ كلما زاد الضغط بداخل الأنبوب)

وطبعا يلزم لمرور التيار الكهربى أسلاك لكى يعبر من خلالها إلى المكونات المختلفة للدائرة (بالمناسبة فإن هذه المكونات تشبه الصمامات والمضخات فى أنبوب المياه السابق) حيث تقوم هذه العناصر بما فيها الأسلاك بممانعة التيار ومقاومته كل تبعا لتركيبه.

ولذلك دعونا نرى ما هى الأقسام الأساسية التى صنف علم الكهرباء بها المواد :

الموصلات CONDUCTORS والعوازل INSULATORS

1- الموصلات :
وهى المواد تمرر التيار الكهربى خلالها بسهولة حيث لا يجد منها سوى مقاومة بسيطة جدا لسريانه .

2- العوازل :
وهى المواد التى يقابل فيها التيار الكهربى بمقاومة شديدة يبذل فيها طاقة كبيرة جدا فى محاولته للمرور خلالها ولكن هيهات.

والأسلاك الكهربية التى نستخدمها تصنع من هاذين النوعين من المواد حيث يكون السلك الداخلى من مادة موصلة مغطاً بغلاف من مادة عازلة وذلك لعدة أسباب من أهمها حماية جسدك من صدمة كهربية عندما تلمس تلك الأسلاك . والسبب الأخر هو عزل الأسلاك عن بعضها حتى لا يحدث قصربينها وهذا القصر ممكن أن يؤدى إلى إنصهارها وإحداث حرائق وانفجارات وخسائر فى الأرواح.

من الموصلات الجيدة (الذهب و النحاس والفضة ) أما من العوازل الجيدة (البيلاستيك والزجاج والهواء )

توجدبعض المواد لا تنستطيع أن نقول عنها أنها موصلة كما لا نستطيع أن نقول أنها عازلة وهذه المواد أطلق عليها أسم أشباه الموصلات semi-conductors وهى مثل (الكربون والسيلكون والجرمانيوم )
وهذه الأشباه موصلات مهمة جدا فى مجال الإلكترونيات حيث تصنع منها كثير من المكونات الإلكترونية من المقاومات إلى الترانزستورات إلى الدوائر المتكاملة IC والتى هى أساس البناء فى مكونات حاسبك الشخصى .

يوجد نوع أخر يمكن لبعض المواد أن تصنف خلاله وهو الموصلات الفائقة Superconductivity حيث يمر التيار الكهربى فى هذه المواد دون أى مقاومة . ولكن هذه المواد لا يمكنها أن تعمل بتلك الخاصية عند درجة حرارة الغرفة العادية ولهذا السبب مازال البحث فيها جاريا داخل المعامل .لذلك لا تشغل بالك بها الأن.

[ahmed115]

السلام عليكم اخى ولاء

لقد ذكرت ان

توجدبعض المواد لا تنستطيع أن نقول عنها أنها موصلة كما لا نستطيع أن نقول أنها عازلة وهذه المواد أطلق عليها أسم أشباه الموصلات semi-conductors وهى مثل (الكربون والسيلكون والجرمانيوم )
وهذه الأشباه موصلات مهمة جدا فى مجال الإلكترونيات حيث تصنع منها كثير من المكونات الإلكترونية من المقاومات إلى الترانزستورات إلى الدوائر المتكاملة IC والتى هى أساس البناء فى مكونات حاسبك الشخصى .

هل لو جانا بمكعب من السليكون ووضعناه فى دائرة مصباح وبطارية هل يضيئ المصباح؟
ستقول لى لن يضيئ المصباح
اذن السليكون مادة عازلة لانه لم يسمج بمرور التيار الكهربى
والفرق بينه وبين اى مادة عازلة اخرى انه يمكن معالجته ليصبح مادة موصلة ولذلك صنف انه شبه موصل وفى الواقع هو عازل بدون معالجة ولكن هذا التصنيف يعتبر تصنيف فيزيائى
فياريت تعطينا نبذة عن الفرق بين المادة الموصلة والعازلة وشبه الموصلة فيزيائيا

وبارك الله فيك

[ولاء الدين]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة ahmed115

السلام عليكم اخى ولاء

لقد ذكرت ان



هل لو جانا بمكعب من السليكون ووضعناه فى دائرة مصباح وبطارية هل يضيئ المصباح؟
ستقول لى لن يضيئ المصباح
اذن السليكون مادة عازلة لانه لم يسمج بمرور التيار الكهربى
والفرق بينه وبين اى مادة عازلة اخرى انه يمكن معالجته ليصبح مادة موصلة ولذلك صنف انه شبه موصل وفى الواقع هو عازل بدون معالجة ولكن هذا التصنيف يعتبر تصنيف فيزيائى
فياريت تعطينا نبذة عن الفرق بين المادة الموصلة والعازلة وشبه الموصلة فيزيائيا

وبارك الله فيك

سلام الله عليكم

في ما سبق كتابته إنما هو نقل واستكمال للمشاركة السابقة وليست لي
الإجابة دون نقل:
المواد الموصلة هي المواد التي تتنقل فيها الإلكترونات وتتحرك بسهولة وقد تختلف نسبة الناقل من عنصر إلى آخر مثال : الذهب والرصاص الجافيت فحم المعوجات
أما المواد العازلة فهي التي لاتسمح ذراتها بإطلاق إلكتروناتها حتى لو استخدمنا جهد عالي إلا إذا كانت المادة بها شوائب البلور الخزف الهواء الجاف
إجابة خارجة عن السؤال
المواد نصف الموصلة هي مواد محلها بين الصنفين السابقين إما أن تكون مواد مركبة ( معالجة كميائيا ) أو مواد ذات طبيعة شبه موصلة
بحيث تتراجح بين التوصيل والمقاومة إذا المادة شديدة ( كبيرة ) التوصيل ضعيفة المقاومة والعكس صحيح وتختلف المواد في نقلها للتيار من حيث التأثر والتأثير ويرجع ذلك إل تكوين المادة فمنها ما يصبح فاعلا بعد المعالجة والتطعيم وإحداث الفجوات كمادة االجرمانيوم والسليسيوم والسيليكون ومن المواد شبه الناقلة تعتبر خاملة مثال المواد المستخدمة في صنع المقاومة بحيث يكون دورها في نقل تيار نسبي في الشدة والجهد حسب قواعد فيزيائية والمقاومة التي تكون قيمتها 1000 يكون توصيلها 1/1000 مهو وهي القيمة العكسية أوم للمقاومة

[ahmed115]

حبيبى ولاء السلام عليكم
لم تجب على سؤالى الى الان
فانا سالتك عن السليكون هل لو وضعنا مكعب من السليكون فى دائرة بطارية ومصباح هل يضيئ المصباح ام لا؟
اذا لم يضيئ فالسليكون عازل كهربيا
واذا اضاء فالسليكون موصل كهربيا
ثم لم تتطرق الى تصنيف المواد فيزيائيا من ناحية عدد الكترونات فى المدار الخارجى مالفرق بين تلك المواد من هذه الناحية

ارجو ان يدخل معنا اخونا طارق فى المناقشة حتى لانكون قد استولينا على صفحته

[فهد المنصور]

كما ذكر الاستاذ ولاء الدين ان السليكون هي من المواد الشبة ناقلة التى يمكن معالجتها لتكون اما موصلة "بالمفهوم الكهربائي" او عازلة ..
والثورة الالكترونية بنيت على هذا الاساس ..

لكن لو اخذنا السليكون كا عنصر في الطبيعة .. سنجد انه عنصر عازل .. لكنه مفهوم ما سبق عصر الدايود ..

[ahmed115]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة Fahad

كما ذكر الاستاذ ولاء الدين ان السليكون هي من المواد الشبة ناقلة التى يمكن معالجتها لتكون اما موصلة "بالمفهوم الكهربائي" او عازلة ..
والثورة الالكترونية بنيت على هذا الاساس ..

لكن لو اخذنا السليكون كا عنصر في الطبيعة .. سنجد انه عنصر عازل .. لكنه مفهوم ما سبق عصر الدايود ..

تعبير معالجة السليكون ليكون اما موصل او عازل تعبير غير دقيق
لان المعالجة للسليكون تتم لتحويله الى مادة موصلة لانه بطبيعته عازل
فكيف يتم معالجة العازل ليتحول الى عازل مرة اخرى؟
كهربيا لايوجد شيئ اسمه مادة شبه ناقله
الكهرباء اما تمر فى المادة فتسمى مادة موصلة
واما لاتمر فى المادة فتسمى مادة عازلة
ويوجد مادة جيدة التوصيل او رديئة التوصيل للكهرباء ولكن لاتوجد مادة لحالها اسمها شبه موصلة
واطلق هذا اللفظ فقط لتمييز ذرات السليكون والجيرمانيوم وباقى الذرات المشابهة لها عن باقى العناصر لاختلاف الكترونات التكافؤ فيها عن باقى المواد الاخرى فقط
ولو جانا بمكعب من السليكون ووضعناه فى دائرة لن يمر فيه التيار الكهربى لعدم وجود الكترونات حره فى مداره الخارجى كما هو حال كل المواد الموصلة

هو بتلك الحالة الطبيعية عازل ولكنه يتحول الى موصل عند معالجته بشوائب خماسية او ثلاثية التكافئ

تقسيمه فيزيائيا بانه شبه موصل فقط جاء هذا الاسم لكونه انه ممكن ان يتحول الى موصل عند تطعيمه او معالجته وهذا الذى يفرقه عن العوازل التى لاتوصل الكهرباء

وكونى اشبه بانه عازل ليس بمفهوم ماقبل عصر الدايود كما تقول ولكن عصر الدايود فقط اكتشف كيفية تحويله وتغيير طبيعته الفيزيائية عند ارتباطه بذرات اخرى ولكن فى طبيعته سواء قبل عصر الدايود او بعده هو عازل كهربيا لوحده

لو ازلنا من الدايود ذرات الشوائب فلن يوصل وسيصبح مثله كمثل اى مادة عازلة
ولو طعمته بعدد قليل من الذرات الشائبة لن يمرر تيار مثل اى مادة موصلة ولكنه سيمرر تيار محدود بعدد الذرات الشائبة القليلة التى وضعت فيه