مولكول : (Molocul ) :

كوچكترين ذره ممكن است از هر جسم را كه هنوز خاصيت جسم اصلي را داشته باشد مولكول مي نامند .

تمامي مايعات و گازها نيز داراي ملكول مي باشند و فرق بين آنها با اجسام جامد در اين است كه مولكول ها در اجسام جامد وضعيتهاي ثابتي دارند و حال آنكه در مايعات با آنكه مولكولها خيلي بهم نزديك هستند ولي مي توانند به راحتي حركت كنند و در گازها مولكولها آنقدر آزادند كه مي توانند در فضا براحتي پخش شده و حركت نمايند .

اتم : (Atom ) :

مولكولها را به نوبه خود مي توانيم خرد كرده و به ذرات كوچكتر تجزيه نمائيم كه اين ذرات كوچكتر را اتم گويند .

مثال : كوچك كردن يك مولكول آب منجر به حصول اتمهاي اكسيژن و هيدروژن مي شود و تمام چيزهايي كه در اطراف خود در جهان مشاهده مي نمائيم از اتم ساخته شده اند .

گرچه اتمها با قويترين ميكروسكوپ ها قابل رويت نيستند ليكن دانشمندان نظريات بسيار روشني در مورد ساختمان عملكرد و خواص آنها بيان نموده اند .

ساختمان اتم :

از سه نوع ذره تشكيل شده است :

1- الكترون (Electron ) 2- پروتون (Proton ) 3- نوترون ( Neutron)

الكترونها در مدار يا اربيتالهايي ( كه بهتر است لايه الكتروني بناميم Electren Shell ) به دور هسته در گردش و پروتونها و نوترونها در مركز هسته اتم قرار دارند . الكترونها نقش اساسي را در تركيب اتمها ( براي تشكيل مولكول ) ايفا مي كنند .

در شكل زير ساختمان يك اتم كربن را نشان مي دهد كه 6 پروتون در هسته و 6 الكترون در مدارهاي اطراف دارد .

هسته اتم : Atom Nucleus :

آن قسمت از اتم كه حاوي پروتون و نوترون هست هسته نام دارد ( قسمت مركزي اتم ) تفاوت بين دو عنصر را در حقيقت تفاوت بين پروتون هاي موجود در هسته آن دو عنصر تعيين مي كند .

تعداد پروتون هاي هر عنصر به عدد اتمي عنصر معروف است . مثال : عدد اتمي مس 29 مي باشد ( يعني اين عنصر در هسته اتم 29 عدد پروتون دارد ) جرم پروتون معادل يك گرم است . قطر پروتون الكترون مي باشد ولي وزنش 1840 برابر آن مي باشد .

عدد جرمي :

به مجموع مقدار پروتونها و نوترونها عدد جرمي مي گويند .

مثال : هسته هيدروژن يك پروتون دارد عدد اتمي آن = 1 ، عدد جرمي آن = 1 و يا هليوم 2 پروتون دارد و 2 نوترون دارد .

عدد اتمي آن ( تعداد پروتون ها ) = 2 ، عدد جرمي آن ( مجموعه پروتونها و نوترونها ) = 3 يا در مس : 29 پروتون وجود دارد ، 35 نوترون وجود دارد

عدد اتمي مس = 29 ، عدد جرمي مس =64 = 29 + 35

هيدروژن تنها عنصري است كه نوترون ندارد گر چه ممكن است يك يا دو نوترون هم بگيرد .

هر گاه تعداد نوترونهاي اتم عنصري از پروتونهايش كمتر يا بيشتر باشد به آن ايزوتوپ ( Isotope ) مي گويند .

اثر بارهاي الكترو استاتيك بر يكديگر : ( Electrostatic )

بار منفي الكترون از نظر مقدار ، مساوي و لي از نظر جهت خطوط نيرو مخالف بار مثبت پروتون است به بارهاي الكترون و پروتون بارهاي الكترواستاتيكي گويند.

خطوط نيروي هر يك از ذرات ، ميدانهاي الكنرواستاتيكي توليد مي كنند .

شدت ميدان الكترو استاتيك از فرمول ( به حسب نيوتون بر كولن ) محاسبه مي شود به علت اثرات متقابل اين دو ميدان ، ذرات باردار يكديگر را جذب يا دفع مي كنند پس دو بار همنام يكديگر را دفع و دو بار غير همنام يكديگر را جذب مي نمايند اين نيروي مبادله شده بين دو بار از فرمول كولن محاسبه مي شود بستگي به جنس و محيط دارد و d فاصله دو بار است (بر حسب متر ) گر چه پروتونها مثبت هستند و بايد يكديگر را دفع كنند ، اما نوعي نيروي جاذبه داخل هسته اتم وجود دارد كه آنها را در كنار هم نگه مي دارد اين نيرو قويتر از نيروي دافعه پروتونها است به اين علت هسته اتم از هم نمي پاشد .

بار الكتريكي اجسام :

هر جسمي كه تعداد الكترونها و پروتونهاي آن مساوي نباشد داراي بار الكتريكي است همانطور كه گفته شد درشرايط عادي تعداد پروتونها و الكترونهاي هر جسمي برابر است ولي امكان دارد تعدادي الكترون از آن كم كرد و يا به آن افزود .

جسمي كه تعداد الكترونها و پروتونهاي آن مساوي نباشد داراي بار الكتريكي است.

واحد بار الكتريكي كلمب است كه علامت اختصاري آن C مي باشد و بار الكتريكي را با Q نشان مي دهند .

بار الكترون = يك كلومب ( Coulomb ) ، و كولن = بار هر الكترون .

اگر تعداد الكترونهاي جسمي بيش از تعداد پروتونهاي آن باشد ، داراي بار منفي و اگر تعداد الكترونهاي آن كمتر از پروتونهاي آن باشد داراي بار مثبت خواهد بود .

در عمل بار الكتريكي هر جسمي همواره به وسيله افزايش يا كاهش تعداد الكترونهاي آن ظاهر مي شود مثلا اگر ميله شيشه اي را به يك پارچه ابريشمي مالش دهيم تعدادي از الكترونهاي شيشه به پارچه منتقل شده و داراي بار مثبت مي شود و پارچه ابريشمي در اثر جذب الكترونهاي شيشه داراي بار منفي مي گردد .

رابطه بين بار الكتريكي و جريان :

الكتريسيته ساكن : ( Static Electricity )

عموما از هر اتم نمي توان بيش از يك الكترون جدا كرد . قابليت جدا شدن يك الكترون از هر اتم اساس تمام علم الكتريسيته را تشكيل مي دهد .

اين تجارب نشان مي دهد كه در نتيجه اصطكاك ، مالش ، القا يك نوع الكتريسيته به وجود مي آيد . الكتريسيته اي كه بدين طريق به دست مي آيد الكتريسيته ساكن ناميده مي شود و اتم الكتريسيته دار را يون مي نامند .

بار دار شدن اجسام :

براي بار دار شدن اجسام سه روش وجود دارد :

الف – مالش : مانند مالش يك ميله شيشه اي بر روي پارچه ابريشمي

ب – اصطكاك : مانند راه رفتن انسان بر روي موكت

ج- القا : مانند مجاور نمودن يك بادكنك حاوي بار الكتريكي با يك بادكنك بي بار

خطرات الكتريسيته ساكن :

1-انفجار : مانند كاميون هاي حامل گاز ( با آويز كردن زنجيري در پشت كاميون خطر رفع مي گردد )

2- آتش سوزي : مانند برخورد صاعقه با ساختمانهاي مرتفع ( با نصب برق گير بر روي بام ساختمانهاي مرتفع خطر رفع مي گردد )

3- در تسمه نقاله هايي كه براي انتقال بار از آنها استفاده مي شود در اثر اصطكاك ، الكتريسيته ساكن ، ايجاد مي گردد ( با زمين كردن بدنه دستگاه خطر رفع مي گردد )

كاربرد الكتريسيته ساكن :

1-رنگپاش هاي الكترو استاتيكي

2- دستگاه هاي زيراكس

3- تصفيه هوا

الكتريسيته جاري : ( Dynamic Electricity )

هر گاه الكترون ها در يك هادي جريان يابند ، الكتريسيته ساكن به جاري تبديل مي شود .

براي توجيه سرعت انتقال در الكتريسيته جاري چنين مي گويند :

در الكتريسيته جاري جابه جايي الكترون مد نظر نيست ( كه سرعتي براي سرعت صوت دارد ) بلكه سرعت اندازه حركت يا سرعت جا به جايي يا سرعت ضربه حركت مد نظر است كه سرعتي برابر سرعت نور دارد .

توليد الكتريسيته : ( Electric Power Generation )

توليد الكتريسيته به 6 دليل ميسر است :

1-حاصل از مالش – تريبو الكتريك ( باردار شدن يك ميله در اثر مالش بر پارچه ابريشمي )

2- حاصل از فعل و انفعالات شيميايي- الكترو شيميايي ( باطري ها )

3- فشار مكانيكي – پيزوالكتريك ( در تيتانت باريم فشار توليد الكتريسيته مي كند كه در ميكروفون ها كاربرد دارد )

4- حرارت – ترموكوبل ( محل اتصال دو فلز غير همنام را اگر حرارت دهيم برق توليد مي شود – باطري خورشيدي )

5- نور – فتو الكتريك ( بر اثر انتقال انرژي فتونها به بعضي از اجسام الكترونها آزاد مي شوند )

6 – مغناطيس – الكترو مغناطيس ( روشي است كه در توليد جريان DC, AC امروزه بسيار متداول است )

هدايت در اجسام :

1-هاديها :

اجسامي هستند كه به راحتي جريان را از خود عبور مي دهند .

اين اجسام داراي الكترون آزاد مي باشند و به راحتي الكترون لايه والانس خود رااز دست مي دهند و داراي بار الكتريكي مثبت مي شود . فلزات يك تا سه ظرفيتي مانند مس ، نقره ، آلومينيوم ، طلا ، هاديهاي خوبي هستند .

علاوه بر فلزات ، بعضي از اسيد ها ، قلياها و نمكها نيز جزء هاديها به شمار مي رود .

اصولا هاديهاي خوب فقط يك يا دو الكترون در لايه والانس دارند .

گر چه اتمهاي مس ، نقره و طلا هر يك فقط يك الكترون والانس دارند ليكن نقره بهترين هادي است و پس از آن مس و طلا قرار دارد .

2- نيمه هاديها : ( Semiconducting )

نيمه هاديها اجسامي هستند كه مدار آخر آنها داراي 4 الكترون مي باشد ( عناصر گروه چهارم جدول مندليف ) در صفر درجه مطلق تقريبا عايق هستند ولي در درجه حرارت معمولي ( 25 درجه سانتي گراد ) تقريبا هادي مي باشند اما هدايت آنها به مراتب كمتر از هادي ها است از انواع نيمه هاديها مي توان ( كربن ، ژرمانيم ، سيليسيم ، توريم ، هافينوم ، زيركونيم ) را نام برد .

عايق ها : ( Insuiator )

عايق ها اجسامي هستند كه در شرايط معمولي ، جريان برق را از خود عبور نمي دهند . زيرا الكترون آزاد آنها بسيار كم مي باشد مانند كائوچو ، شيشه ، هوا ، روغن ، پلاستيك و ... معمولا لايه والانس عايق هاي بيش از 4 الكترون دارد .

هر اتمي كه آخرين لايه الكترون آن هشت الكترون والانس داشته باشد كاملا پايدار است .

بهترين عايق ميكا مي باشد .

باند هاي انرژي هاديها ، نيمه هاديها ، عايق ها : همانطوري كه گقته شد شرط اينكه در يك جسم جريان برق جاري گردد جسم بايد داراي الكترون آزاد باشد . انرژي لازم براي آزادكردن الكترونهاي ظرفيت ( والانس ) هاديهابسيار كم است و مقدار آن در حدود 01/0 الكترون ولت ( ev ) مي باشد .

در نيمه هاديها مقدار انرژي لازم براي آزاد كردن الكترونهاي والانس ظرفيت اتمها ، بيشتر از هادي مي باشد ( حدود 5/ تا 5/1 الكترون ولت كه مقدار دقيق آن بستگي به نوع هادي دارد ) .

در عايق ها مقدار انرژي لازم براي آزاد سازي الكترونها ي ظرفيت ، زياد مي باشند ولي اين مقدار براي تمامي عايق ها يكسان نيست .

منبع :