קורס אלקטרוניקה

9: מוליכים, מבודדים ומה שביניהם



כפי שראינו בדף 7, במעגל החשמלי הבסיסי, על מנת שיזרום זרם במעגל מהסוללה אל הנורה ומהנורה בחזרה לסוללה, יש לחבר את הסוללה לנורה במעגל חשמלי סגור, באמצעות חוטי חשמל מוליכים. אם במקום חוטי חשמל נשתמש בחוטי תפירה, למשל, או בחוטי ניילון, לא יזרום זרם במעגל. זה משום שיש חומרים המוליכים חשמל, בעוד חומרים אחרים הם מבודדים מבחינת הזרם החשמלי.

מוליכים חשמליים (Electrical conductors)
מוליכים חשמליים הם חומרים בעלי רמה גבוהה של מוליכות חשמלית.
המוליכות החשמלית (Electrical conductivity) של חומר מסוים היא מידת היכולת של חומר מסוים להעביר דרכו זרם חשמלי.
כדי שלחומר מסוים תהיה יכולת טובה להעברת זרם חשמלי, על הפרודות של אותו חומר להיות בעלות מבנה כזה שבו קיימים חלקיקים טעונים במטען חשמלי (אלקטרונים או יונים), בעלי חופש תנועה יחסי.

ראינו בדף 4 שבפרודות של מתכות, האטומים של המתכת המרכיבים את הפרודה קשורים ביניהם בסוג מיוחד של קשר כימי הנקרא קשר מתכתי. בקשר מתכתי, בפרודות המתכת קיימים אלקטרונים חופשיים שאינם קשורים לגרעיני אטומים מסוימים – ולכן יש לאותם אלקטרונים חופש תנועה יחסי. חופש תנועה זה מאפשר לאלקטרונים החופשיים לעבור מפרודה אחת לאחרת. כאשר בגוש מתכת, או בחוט מתכת, יש הפרש פוטנציאלים חשמלי בין שתי נקודות, מאחר ומטענים חשמליים זהים דוחים זה את זה, בעוד מטענים חשמליים מנוגדים (חיובי ו(שלילי) נמשכים זה אל זה, ייווצר זרם חשמלי. המטען החשמלי השלילי שבנקודה אחת במתכת ידחה את האלקטרונים החופשיים של המתכת באותה נקודה. המטען החשמלי החיובי שבנקודה השנייה במתכת ימשוך אליו את האלקטרונים החופשיים שבמתכת. כך תיווצר תנועה של אלקטרונים בתוך המתכת, מנקודת הפוטנציאל החשמלי השלילי אל נקודת הפוטנציאל החשמלי החיובי. תנועה זאת של אלקטרונים היא זרם חשמלי.

מבודדים חשמליים (Electrical insulators)
מבודדים_חשמליים הם חומרים המתנגדים לזרימת זרם חשמלי דרכם, או חומרים שרמת המוליכות החשמלית שלהם נמוכה מאד וכתוצאה מכך, תחת הפרש פוטנציאלים חשמלי, הזרם בחשמלי דרכם יהיה זעום ביותר, בהשוואה לזרם דרך מוליכים חשמליים, תחת אותו הפרש פוטנציאלים.

בחומרים מבודדים, אלקטרוני הערכיות שלהם, שהם האלקטרונים הנמצאים ברמת האנרגיה האחרונה (החיצונית) של האטום, או ב"קליפה החיצונית" של האטום, קשורים באופן הדוק לאטומים או לפרודות שלהם. לכן בחומרים אלה יש התנגדות רבה מאד לתנועת, או זרימת אלקטרונים דרכם. משמעות הדבר היא שבחומרים יש התנגדות גבוהה מאד למעבר זרם דרכם. במילים אחרות, חומרים אלה מבודדים זרימת זרם חשמלי דרכם.

סוג מסוים של חומרים מבודדים הוא חומרים דיאלקטריים. הרחבה בעניין חומרים דיאלקטריים תובא בהמשך הקורס.

חומרים מוליכים
בין הדוגמאות לחומרים מוליכים ניתן למצוא מתכות, כמו:
  • נחושת
  • חמרן (אלומיניום)
  • כסף
  • זהב
  • ברזל
חומרים מוליכים אחרים הם:
  • תמיסות מסוימות, כמו מי ים
  • פולימרים מסוימים, ביניהם פולימרים טבעיים מסוימים ופולימרים מלאכותיים (חומרים פלסטיים, פלסטיק – תרכובות סינטטיות) מסוימים.
חומרים מבודדים
בין הדוגמאות לחומרים מבודדים ניתן למצוא:
  • עץ (יבש)
  • שעם (יבש)
  • נייר (יבש)
  • זכוכית
  • חרסינה
  • גומי
  • צורן (סיליקון) בתרכובות מסוימות, כמו חול וסיליקה (תרכובת הנמצאת, בין השאר, בזכוכית, חרסינה ומלט)
  • אוויר
  • מרבית החומרים הפלסטיים
חומרים בעלי דרגת מוליכת משתנה
יש חומרים שרמת המוליכות החשמלית שלהם משתנה, בהתאם לנסיבות.

לדוגמא, מים מזוקקים הם בעלי מוליכות נמוכה, יחסית. כאשר מוסיפים למים כמויות קטנות מאד של מלחים, המוליכות שלהם עולה במידה ניכרת. כך, למי ברז יש רמת מוליכות די גבוהה, יחסית. למי ים יש רמת מוליכות הרבה יותר גבוהה מאשר למי ברז, בשל ריכוז המלחים במי ים.

בדומה, עץ יבש, שעם יבש וניר יבש הם מבודדים. אולם, אם נספיג את כל אחד מהחומרים האלה במי ברז, או במי ים, הם יהפכו להיות מוליכים.

מוליכים למחצה (Semiconductors)
ישנם חומרים, כמו תרכובות מסוימות של גרמניום ובעיקר תרכובות מסוימות של צורן (סיליקון), אשר בתנאים מסוימים, כמו למשל בקיטוב חשמלי מסוים, הם מוליכים, בעוד בתנאים אחרים, כמו בקיטוב חשמלי שונה, הם מבודדים. מוליכים למחצה משמשים לייצור טרנזיסטורים ושבבים אלקטרוניים.
הרחבה בעניין מוליכים למחצה תובא בהמשך הקורס.

הרחבות נוספות ניתן לראות בקישורים הבאים:
מוליכות חשמלית – ויקיפידיה
בידוד חשמלי – ויקיפידיה
מוליכות חשמלית – ויקיפידיה באנגלית
מבודד חשמלי – ויקיפידיה באנגלית








לדף קודם         לתוכן העניינים         לדף הבא





שאלות, הערות והצעות יתקבלו בברכה: דואר אלקטרוני E-mail



כל הזכויות שמורות.
Copyright © - 2010 ליהושע גומא,
עזריאל