الموصلات والعوازل واشباه الموصلات conductor ,insulators and semi conductors

جميع المواد يمكن ان نصنفها الى 3 انواع رئيسية وهي العازلات والموصلات واشباه الموصلات وقبل المقارنة بينهم هناك بعض المفاهيم يجب ان نعرفها 

(Forbidden Energy Bands)

لكي نفهم نطاقات الطاقة (Energy Bands)  ، فكما نعلم ان اي ذرة تتكون من نواة بها البروتونات والنيوترونات وتدور حولها الالكترونات ، وطبقا لنظرية العالم بوهر فان هذه الالكترونات تتوزع في مستويات تسمي مستويات الطاقة Energy bands  - وهذه المستويات تختلف بالطبع من ذرة الى اخرى حسب العدد الذري - وتنقسم الى نطاقين هما نطاق التكافؤ(Valence band ) ونطاق التوصيل (Conduction band)ويوجد بينهما ما يسمى بنطاقات الطاقة الممنوعة او المحظورة  (Forbidden Energy Bands) ، نطاق التكافؤ (Valence band )  هو جميع المستويات الموجودة بين النواة والمستوى الاخير وتكون ممتلئة بالالكترونات ومنه يمكن ان تقفز الالكترونات الى نطاق التوصيل  (Conduction band) ولكن يحدث هذا عند اثارتها مثلا برفع درجة الحرارة لانها تكون مرتبطة بالنواة بشكل اكبر من ارتباطها في نطاق التوصيل  ، وايضا نطاق التوصيل وهو المدار او مستوى الطاقة الخارجي وغير ضروري ان يكون ممتلئا بالالكترونات وهو المستوي الذي فيه يمكن ان تنتقل الالكتورنات بين الذرات المجاورة ليمر التيار الكهربي  وكما قلنا عندما يتم تطبيق نوع من الاثارة على نطاق التكافؤ فان الالكترونات يمكن ان تنتقل الى نطاق التوصيل وتصبح حرة الحركة لان ارتباطها بالنواة ضعيف ،

Resistivity  المقاومة النوعية(المقاومية)

هي خاصية مميزة لجميع المواد ويرمز إليها عادةً بالحرف ρ ، تساوي

المقاومة A لعينة مثل السلك ، مضروبة في مساحتها المقطع  R ، ومقسمة على

 طولها L , ρ=RA / L  ووحدة المقاومة هي الأوم  ، المقاومة النوعية للموصل الكهربائي الجيد ، مثل النحاس عند 20 درجة مئوية هي 1.77 × 10-8 متر ، بينما للعوازل الكهربائية تكون المقاومية في المدى من 10 ^12  إلى 10^20 أوم. وفيما يلي جدول يوضح المقاومة النوعية لبعض المواد عند 20 درجة مئوية

Resistivity and Temperature Coefficient at 20 C

Material	Resistivity (ohm m)		Temperature coefficient per degree C
Silver	1.59	x10^-8	.0061
Copper	1.68	x10^-8	.0068
Aluminum	2.65	x10^-8	.00429
Tungsten	5.6	x10^-8	.0045
Iron	9.71	x10^-8	.00651
Platinum	10.6	x10^-8	.003927
Manganin	48.2	x10^-8	.000002
Mercury	98	x10^-8	.0009
Nichrome (Ni,Fe,Cr alloy)	100	x10^-8	.0004
Carbon* (graphite)	3-60	x10^-5	-.0005
Germanium*	1-500	x10^-3	-.05
Silicon*	0.1-60	...	-.07
Glass	1-1000	x10^9	...
Hard rubber	1-100	x10^13	...

ومما سبق ايضا 
نستنتج ايضا ان المقاومة الكلية لمقطع معين من الموصل ذات قطر معين من العلاقة   R=ρL/A وهي التي سنعتمد عليها في قانون اوم كما سنعرف لاحقا ،

التوصيلية والموصلية الكهربية conductance and conductivity

ببساطة نقول ان التوصيلية (conductance)  هي خاصية خارجية للموصل او المادة

 بشكل عام وهي عكس المقاومة وتعتمد على طول الموصل ومساحة مقطعه بينما

 الموصلية  conductivity  هي خاصية داخلية في المادة وهي عكس المقاومية resistivity  وهناك علاقة 

تربط بينهما A/L σ G = حيث G  هي التوصيلية ، σ هي الموصلية 

  temperature coefficientالمعامل الحراري

 وهي قيمة تحدد تغير خواص المواد مع تغير درجة الحرارة ومن ضمن هذه الخواص المقاومة النوعية وبالتالي مدى توصيليتها للكهرباء ويوجد منه نوعان :-

·   موجب (positive temperature coefficient)  وبقصد به ان المقاومة تزداد مع رفع درجة الحرارة وبالتالي تقل التوصيلية الكهربية

·   سالب (negative temperature coefficient)  وبقصد به ان المقاومة تقل مع رفع درجة الحرارة وبالتالي تزيد التوصيلية الكهربية

Bonding Types.

وهي نوع الروابط التي يمكن ان توجد بين الذرات في المادة ومنها يوجد 4 انواع :-

1-    الرابطة الايونية Ionic bond وهي انتقال الكترون من ذرة الى اخرى ،  التي فقدت  ايون تحمل شحنة موجبة (كاتيون) والاخرى تحمل شحنة سالبة (انيون) **** ملحوظة عندما تفقد الذرة او تكتسب الكترون فيطلق عليها ايون

2-   الرابطة التساهمية Covalent bond

وهي الرابطة الأكثرشيوعًا في الجزيئات العضوية ، تشتمل على مشاركة الإلكترونات بين ذرتين. يشكل زوج الإلكترونات المشتركة مدارًا جديدًا يمتد حول نواة كلتا الذرتين ، مما ينتج عنه جزيء ، والنوع الثالث والراابع هما polar & hydrogen bond ولعدم اهميتهم لنا فلن نتطرق اليهم .

     ومما سبق نجد ان الفروق بين العازل والموصل وشبه الموصل تتلخص في             الجدول التالي 👇👇👇

BASIS FOR COMPARISON	CONDUCTOR	INSULATOR	SEMICONDUCTOR
Definition.	The elements which allow the flow of electric current through it by the application of voltage.	The elements which do not allow any flow of electric charge.	The elements whose conductivity lies between insulators and conductors.
Electric Conductivity.	Good conductor.	Bad conductor.	At 0K works , it works as an insulator while by applying thermal agitation or by adding impurity becomes good conductor.
Examples.	Copper, Mercury, Silver, Al, Water, Acids, Human Body, Metallic Salt, Charcoal.	Wood, Rubber, Glass, Ebonite, Mica, Sulphur, Dry air.	Germanium, Silicon, Cotton, Wool, Marble, Sand, Paper, Ivory, Moist air.
Energy Band.	Conduction band and valence band overlap each other.	Conduction band and valence band are separated by 6eV.	Conduction band and valence band separated by 1eV.
Temperature Coefficient.	Positive temperature Coefficient of resistance.	Negative Temperature Coefficient of resistance.	Negative Temperature Coefficient of resistance.
Charge carriers.	Electrons.	They do not contain any charge carriers.	Intrinsic charge carriers are holes and electrons.
Current Flow.	Current flow due to electrons.	Current does not flow.	Current flow due to holes and electrons.
Number of Charge Carriers.	Very High.	Negligible.	Low.
Valence band and conduction Band.	Valence band and conduction band is completely filled.	Valence Band is completely filled and conduction band is completely empty.	Valence band is partially empty and conduction band is partially filled.
Effect of temperature on conductivity.	Conductivity decreases.	Conductivity Increases.	Conductivity Increases.
On Increasing Temperature.	The number of current carriers decreases.	The number of current carriers increases.	The number of current carriers increases.
Effect of doping.	Resistance Increases.	Resistance remain unchanged.	Resistance Decreases.
Current Flow under the influence of electric field.	Takes place easily.	Does not take place.	Very Slow.
Behaviour at Absolute 0K temperature.	Behaves like super conductor.	Behaves like an Insulator.	Behaves like an Insulator.
Bonding Types.	Ionic bond.	Ionic Bond and Covalent Bond.	Covalent Bond

وبهذا نكون قد انتهينا ولله الحمد  ، ونامل ان يكون الموضوع حاز اعجابكم وفيه فائدة ولو بسيطة ، شكرا لكم ونسألكم الدعاء 

المصادر

1-      https://electronicscoach.com/difference-between-conductor-insulator-and-semiconductor.html

2-      https://electronicscoach.com/energy-band-theory.html

3-      https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-12/temperature-coefficient-resistance/

4-     https://www.dummies.com/education/science/anatomy/4-types-of-chemical-bonds/