دروس جافاسكريبت بالعربي _ الحلقة ١

المواد الموصلة

مقدمة

الموصل المثالي هو الذى يسمح بمرور التيار الكهربى بدون معاوقة و يطلق عليه superconductor و لكن العلماء الى وقتنا هذا لم يتوصلوا إلى هذا النوع من الموصلات و معظم ما تم اكتشافة كان مقتصراً على التجارب المعملية و لا يصلح للإستخدام التجارى.

و المواد المستخدمة فى التوصيل الكهربائى متعددة و يعد النحاس و الألمنيوم أشهر المعادن المستخدمة كموصلات كهربائية، لكن هناك أيضا مواد أخرى تستخدم فى التوصيل الكهربائي و لكل منها إستخدامات و تطبيقات خاصة و منها مثلا الفضة و هى تستخدم فى نقاط التوصيل relay contacts لبعض أجهزة الوقاية و تستخدم أيضا فى الدوائر الإلكترونية المطبوعة printed circuit boards.

الذهب أيضا يستخدم فى بعض تطبيقات التوصيل الكهربي فيتم طلاء نقاط التوصيل لبعض الدوائر الكهربائية الحساسة بالذهب، التانجستين Tungsten و يستخدم فى اللمبات الكهربائية و يستخدم النيكل Nickel فى ألواح البطاريات و سبيكة النيكل كروم Nichrome تستخدم فى السخانات الكهربائية و أيضا الكربون Carbon يستخدم فى صناعة البطاريات و المقاومات و الكنستانتين Constantan و هو سبيكة من النحاس و النيكل و يستخدم فى الثنائيات الحرارية Thermocouples و تستخدم فى أجهزة الوقاية من زيادة الحمل و غيرها من المواد المستخدمة فى التوصيل الكهربائي فى التطبيقات الخاصة. النحاس و الألمنيوم كما ذكرنا هما الاكثر شهرة و الأكثر إستخداماً فى التوصيل الكهربى و ذلك لما لهما من مميزات كهربية و ميكانيكة و أيضا أسباب اقتصادية لذلك سيتم تناولهما بشئ من التفصيل.

النحاس Copper

النحاس هو الموصل الكهربى الاكثر شهرة و أكثر أستخداما بين الموصلات الكهربية لما له من مزايا متفوقا بها حتى على الالمنيوم، فالنحاس يتمتع بتوصيلية كهربية عالية ( $5.96*10^7$ S/m) و النحاس متوفر بصفة عامة حول العالم و بأسعار مناسبة أيضا – أغلى من الألمنيوم، أيضا معدل تأكسد النحاس بطئ نسبيا بالاضافة إلى سهولة تشكيلة و صناعته.

و يعتبر النحاس من العناصر المستقرة نسبيا من حيث التمدد و الإنكماش و بمعدل أقل من الألمنيوم، أيضاً صدأ النحاس يتميز بكونه موصل جيد للتيار الكهربى لذلك لا يؤدى الى تغير كبير فى مقاومة التيار الكهربى حين يتعرض للصدأ أو الأكسدة.

الألمنيوم Aluminum

الوفرة النسبية لخام الألمنيوم يجعل منه بديلأ أكثر أقتصادية من النحاس كموصل للتيار الكهربى، و يعتبر الألمنيوم هو ثان أكثر المواد المستخدمة فى التوصيل الكهربائي، و يتمتع الألمنيوم ببعض المزايا و منها الوزن فوزنة الأخف من النحاس يجعله أفضل فى الاستخدام فى التوصيلات المعلقة كخطوط نقل التيار الكهربى حيث يسمح بزيادة المسافة بين الأبراج الحاملة للموصلات وأيضا نصف قطرة الأكبر لنفس التوصيلية الكهربية للنحاس يقلل من ظاهرة الكورونا أو التفريغ الكهربى.

توصيلية الألمنيوم أقل من النحاس $3.5*10^7$ S/m و يستطيع الألمنيوم أن يحمل تقريبا 61% من التيار الذى يحملة نفس المقطع من النحاس فى نفس ظروف التشغيل.

الألمنيوم له بعض الخصائص الغير مرغوب فيها عند إستخدامة كموصل للتيار الكهربائي لذلك لابد من أخذ بعض الاحتياطات عند تركيبة و من هذه الخصائص أن غطاء من الصدأ أو الأكسدة تتكون على سطح الألمنيوم عند تعرضة للهواء و هذا الغطاء يعمل كعازل للتيار الكهربى على عكس النحاس و لهذا الغطاء مزايا و عيوب، فالمزايا تتمثل أنه يعمل كعازل لسطح الموصل و يقلل من تآكل المعدن أما المشكلة فتحدث عند نقاط التوصيل حيث تزداد المقاومة و بالتالى ترتفع درجة حرارة الوصلات و ينخفض عندها الجهد و لذلك لابد من عمل صيانة مستمرة لهذه الوصلات.

أيضا لابد من مراعاة توصيل المواد الغير متشابهة مع بعضها البعض فى التوصيلات الكهربائية، فعند توصيل النحاس مع الألمنيوم مباشرة فى وجود الهواء الجوي و الذي لا يخلو من الرطوبة و الأملاح فيؤدى ذلك الى تكون خلية جلفانية مما يؤدي الى تآكل الألمنيوم أيضا معامل التمدد مختلف بين المواد مما يؤدى الى تشقق الوصلات و كسرها مع التكرار و مرور الوقت، و لحل هذه المشكلة يستحدم عند توصيل المواد المختلفة ببعضا بما يسمى بالوصلات ثنائية المعدن Bi-metallic connections.

الجدول التالى يوضح قيم التوصيلية و المقاومة النوعية لمجموعة من المواد المستخدمة فى التوصيل الكهربى:

جدول يوضح قيم التوصيلية و المقاومة لبعض المواد

عوامل تؤثر على التوصيلية الكهربية

يوجد ثلاث عوامل هامة تؤثر على التوصيل الكهربى و هى :

  1.  مساحة المقطع فكلما زاد مساحة مقطع الموصل كلما قلت مقاومته لمرور التيار و بالتالى يسمح بمرور تيار أكبر إذا فالعلاقة عكسية بين المقاومة و مساحة المقطع.

  2.  الطول فكلما زاد طول الموصل كلما زادت مقاومته لمرو التيار و بالتالى العلاقة طردية بين الطول و مقاومة الموصل.

  3.  درجة الحرارة كلما ارتفعت درجة الحرارة كلما زادت مقاومة الموصل لمرور التيار التيار الكهربى.

هناك أيضا عوامل أخرى تؤثر على أختيار الموصل المناسب سيتم التعرض لها بالتفصيل عند حساب طريقة اخيار المقطع المناسب و تسمى ب de-rating factors  منها طريقة دفن الكابلات و هل هى موضوعة داخل ماسورة ام متروكة فى الهواء و كم عدد الكابلات فى الترنش و طريقة رص الكابلات و غيرها مما سيتم توضيحة فى مكانة المناسب.

علاقات هامة

كما تعرفنا أن هناك عوامل تؤثر على قيمة مقاومة الموصل الكهربى و يمكن تجميعها فى العلاقة الاتية:

علاقة توضح تأثير درجة الحرارة على مقاومة الموصل 

تزداد المقاومة الكهربية للموصلات بإرتفاع درجة الحرارة و تختلف مقدار الزيادة من مادة الي اخري و يحكم هذه الزيادة العلاقة التالية