فاحص المواد: الموصلات والعوازل

كيف تلعب فاحص المواد

1. اختر اختبارًا واقرأ أبعاد العيّنة على البطاقة ومقاوميتها في السؤال.
2. استخدم ⁦R = ρ·L ÷ A⁩ و⁦L⁩ بالمتر و⁦A⁩ بالمتر المربع ⁦(1 mm² = 10⁻⁶ m²)⁩، و⁦I = V ÷ R⁩.
3. اكتب توقّعك واضغط ابدأ. يُغلق المفتاح بعد نصف ثانية.
4. اقرأ الأميتر، وانظر أين تقع إجابتك على سلّم المقاومية.

الموصلات والعوازل والمقاومية

توصيل المادة للكهرباء يتوقف على مدى حرية حركة إلكتروناتها. المقاومية ⁦ρ⁩ تقيس صعوبة تمرير تيار عبر مكعب طول ضلعه ⁦1 m⁩ من تلك المادة. للمعادن إلكترونات حرة ومقاوميات ضئيلة، نحو ⁦10⁻⁸ Ω·m⁩ للنحاس؛ أما الزجاج والمطاط فيمسكان إلكتروناتهما ويبلغان ⁦10¹² Ω·m⁩ أو أكثر. لا توجد خاصية يومية أخرى تمتد على هذا العدد من قوى العشرة، ولهذا يختلف سلوك الموصلات عن العوازل كل هذا الاختلاف. وتتوقف مقاومة قطعة بعينها على شكلها أيضًا: ⁦R = ρ·L ÷ A⁩، فالسلك الطويل الرفيع يقاوم أكثر من القصير السميك. يُستعمل النيكروم، الذي تبلغ مقاوميته نحو ⁦65⁩ ضعف مقاومية النحاس، في عناصر التسخين؛ وينقل النحاس والألومنيوم التيار بأقل فقد ممكن؛ أما الغرافيت، الذي يقع بينهما، فيُصنع منه رصاص الأقلام وفُرَش المحركات الكهربائية.

نموذج تعليمي مركّز

البطارية والأسلاك والمشابك والمفتاح والأميتر مثالية، فالعيّنة هي المقاومة الوحيدة؛ وهي لا تسخن، فتبقى مقاوميتها ثابتة. يكون التيار ثابتًا منذ إغلاق المفتاح عند ⁦0.5 s⁩؛ وتستمر المحاولة ⁦3 s⁩. المقاوميات قيم نموذجية: يتراوح الزجاج بين ⁦10¹⁰⁩ و⁦10¹⁴ Ω·m⁩، والمطاط أعلى من ذلك، والغرافيت يتوقف على نوع الرصاص. تتحرك نقاط الإلكترونات بسرعة عرض تتبع لوغاريتم التيار، لا بسرعة انجرافها الحقيقية. الإجابات ضمن ⁦2%⁩ صحيحة.