اجسام رسانا و نارسانا
بعضی از اجسام مانند فلزات که الکتریسته را به خوبی از خود عبور می دهند، رسانا نامیده می شوند. در این نوع اجسام الکترونهای آزاد اتم به راحتی در شبکه بلوری اجسام حرکت می کنند. و عمل رسانایی را انجام می دهند. اجسامی که الکترونهای آزاد ( برای هدایت الکترون ) ندارند ، و نمی توانند الکتریسته را از خود عبور دهند، نارسانا یا عایق نامیده می شود. باید توجه نمود که رسانایی یا نارسانایی یک کمیت نسبی است.
توزیع بار الکتریکی در اجسام رسانا:
اگر جسم رسانایی بر روی پایه عایقی قرارگیرد. و در اثر مالش باردار شود. بار تولیدشده در آن در سطح خارجیش پخش می شود، به طوریکه در لبه ها و قسمت های نوک تیز چگالی سطحی بار بیشتر از سایر قسمت ها می باشد.
بار الکتریکی:
میزان باری که ذره بنیادی الکترون دارد را مبنا قرارمی گیرد و چون مبادله بار از طریق الکترون صورت می گیرد شمارش تعداد الکترون های مبادله شده بار الکتریکی جسم را به ما می دهد. به عبارتی اگر جسمی n تا الکترون دریافت نماید، بار الکتریکی آن از نوع منفی بوده (چون الکترون گرفته) و مقدارش n برابر بار الکترون خواهد بود. اگر بار الکتریکی را با علامت q و بار الکترون را با e نمایش دهیم، مقدار بارالکتریکی هر جسم از رابطه q=ne تبعیت می نماید. واحد بار الکتریکی به افتخار اولین قانون الکتریسته ((قانون کولن)) که آقای کولن کشف نمود، کولن نام دارد. بار الکتریکی یک الکترون در دستگاه برحسب کولن برابر است با: e=۱.۶x۱۰۱۹ c .در نظر داشته باشید که n> ۱ است.(یک کمیت کوانتومی است)
اثر بارهای الکتریکی برهمدیگر:
بر طبق قانون کولن دو بار الکتریکی همنام همدیگر را دفع و دو بار الکتریکی غیر همنام همدیگر راجذب می کنند. مقدار نیروی جاذبه یا دافعه بین بارها بر طبق قانون کولن با حاصلضرب اندازه بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بارها نسبت عکس دارد. این نیرو به جنس محیطی که بارها در آن واقع شده نیز وابسته است (بستگی نیرو به گذردهی الکتریکی محیط).
آموزش فیزیک الکتریسیته و مغناطیس تعریف اجسام رسانا,نارسانا ونیمه رسانا
اجسام رسانا یا هادی:
به اجسامی مانند فلزات,آب,بدن انسان,و… که در آن ها الکترون آزاد به تعداد زیادی موجود است و بار الکتریکی به راحتی در آن ها جابجا می شود رسانا گفته می شود.
اجسام نیمه رسانا یا نیمه هادی:
بعضی از اجسام در برخی دماها رسانا نمی باشند ولی با بالا رفتن درجه حرارت آن ها هادی می شوند.مثلا سیلسیم در دمای حدود 20 در جه ی سلسیوس الکترون آزاد ندارند ولی با بالا رفتن حرارت در آن الکترون آزاد ایجاد می شود و هادی می شود.
اجسام نارسانا یا عایق:
به اجسامی که امکان جابجایی بار الکتریکی در آن ها وجود ندارد و یا به عبارت دیگر الکترون آزاد ندارند نارسانا گفته می شود.
نحوه ی توزیع بار در هادی ها و عایق ها:
هرگاه به یک جسم هادی بار الکتریکی بدهیم,بارها حرکت خواهند کرد و روی سطح فلز پخش خواهند شد اما اگر شکل جسم هادی نا متقارن باشد چگالی سطحی بار درنقاط نوک تیز بیشتر خواهد بود,هرگاه به یک جسم عایق بار الکتریکی بدهیم بارها در همان نقطه باقی خواهند ماند.
آیا تاکنون به سیم هایی که مخصوص سیم کشی برق است ،توجه کرده اید؟ این سیم ها را از دو قسمت درست کرده اند. یک قسمت رشته های باریکی هستند که در داخل قرارگرفته اند و قسمت دیگر، روکش آن است.
قسمت مرکزی از یک نوع فلز (معمولاًمس) تشکیل شده است و قسمت خارجی آن پلاستیکی است. به موادی که جریان برق را از خود عبور می دهند رسانا و به موادیکه عبور نمی دهند نارسانا گفته می شود.تمامی فلزات از جمله مس که سیم برق از آن ساخته می شود رسانا هستند. روکش پلاستیکی سیم در بیشتر فلزات نارسانا هستند.
در اتم بعضی عنصرها، الکترونی که به دورترین فاصله از هسته واقع است. براحتی از اتم به اتم دیگر جهش می کند. به اینگونه الکترونها «الکترون آزاد» گفته می شود. در مواد رسانا تعداد بی شماری الکترون آزاد وجود دارد. الکترون های آزاد با جابه جا شدن در داخل رسانا، باعث جابجایی بارالکتریکی ازداخل رسانا می شود.
در جسم نارسانا، به تعداد کافی الکترون آزاد برای جابه جایی وجود ندارد، در نتیجه وقتی به یک جسم نارسانا الکترون اضافه یا کاسته شود جسم دارای بارالکتریکی می گردد و بارالکتریکی در همان محل، ساکن باقی می ماند و جابه جا نمی شود.
رسانایی الکتریکی
رسانایی الکتریکی به مفهوم اندازه گیری قابلیت هدایت جریان الکتریکی در یک ماده می‌باشد و یکای آن در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها زیمنس می باشد. در بعضی از اجسام، انتقال بار الکتریکی از منطقه‌ای در درون جسم به منطقه دیگر آن به آسانی صورت می‌گیرد و در بعضی چنین نیست. به عنوان مثال اگر سر یک سیم مسی را به میله نایلونی باردار و سر دیگر آن را به یک گلوله چوب پنبه‌ای که در ابتدا بدون بار است، وصل کنیم، با نزدیک کردن اجسام باردار دیگر، معلوم می‌شود که گلوله باردار شده است. بنابراین به سیم مسی که در آن انتقال بار صورت می‌گیرد، جسم رسانا گویند.
فهرست مندرجات
۱ تعریف رسانایی از دیدگاه جریان الکتریکی
۲ رسانایی الکترونی
۳ رسانایی یونی
۴ اهمیت اجسام رسانا
۵ تفاوت آشکار رسانا و نارسانا
تعریف رسانایی از دیدگاه جریان الکتریکی
اجسامی که می‌توانند جریان الکتریسیته را بدون اتلاف زیاد (با مقاومت الکتریکی کم) از خود عبور دهند، رسانای الکتریسته خوانده می‌شوند.
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، ازاینرو برای اینکه جریان برق از طریق بدن انسان به زمین منتقل نشود، (چون در این صورت برق گرفتگی اتفاق می‌افتد) باید از کفشهای مخصوص یا دستگش‌های مخصوص استفاده کنند. دسته فازمتر ماده‌ای عایق است و لذا می‌توان با استفاده از آن به راحتی برای تشخیص وجود یا عدم وجود جریان برق استفاده نمود.
در همه ی این نمونه هاباید اطلاع داشته باشیم که چه اجسامی قابلیت انتقال جریان الکتریسیته را دارند و چه موادی فاقد این قابلیت هستند. دسته اول را رسانا و دسته دوم را نارسانا می نامند.
رسانایی الکترونی
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 ازاینرو 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 در این مواد رسانایی به شیوهٔ یونی انجام می‌گیرد.
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.
تفاوت آشکار رسانا و نارسانا
ششیشه نمونه ای از یک نارسانا است. به بیان دیگر بار الکتریکی که از شیشه یا هر نارسانای دیگرمی گذرد بسیار کمتر از بار الکتریکی است که در زمان برابر از یک رسانا با همان شکل و اندازه می گذرد. مقدار این بار به اندازه ای کم است که می توان آن را نادیده گرفت.
