إجابة سؤال: في أي المواد التالية تبقى الإلكترونات في أماكنها من الذرة نفسها ؟ العوازل المواد الموصلة أشباه الموصلات
- الجواب: العوازل.
شرح الإجابة:
تبقى الإلكترونات مقيدة بشكل كبير ضمن الذرات في العوازل، وذلك على عكس سلوكها في أنواع أخرى من المواد مثل المواد الموصلة. يعود هذا التقييد إلى عدة عوامل أساسية تتعلق بالبنية الذرية والخصائص الإلكترونية لهذه المواد.
في جوهرها، تمتلك العوازل بنية إلكترونية تتميز بوجود نطاق تكافؤ ممتلئ تقريباً بالإلكترونات التي ترتبط بقوة بـ نواة الذرة، ويفصل هذا النطاق عن نطاق التوصيل – وهو النطاق الذي يجب أن تصل إليه الإلكترونات لتتمكن من الحركة بحرية وتشكيل تيار كهربائي – بـ فجوة طاقة كبيرة جداً. هذه الفجوة الطاقة الواسعة تعني أن كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية أو الطاقة الحرارية مطلوبة لنقل إلكترونات التكافؤ من مكانها المقيد إلى حيث يمكنها المساهمة في الـ موصلية الكهربائية.
على النقيض، في المواد الموصلة مثل المعادن الموصلة، تتواجد إلكترونات حرة الحركة في ما يشبه بحر الإلكترونات، حيث لا ترتبط هذه الإلكترونات بشدة بذرات معينة بل تتحرك بحرية عبر البنية البلورية للمادة. هذا يجعلها قادرة على الاستجابة لأي جهد كهربائي مطبق وتوليد تيار كهربائي بسهولة بمقاومة كهربائية منخفضة جداً.
أما أشباه الموصلات، فتمتلك فجوة طاقة متوسطة مقارنة بالـ العوازل والموصلات، مما يعني أن توصيلها للكهرباء يعتمد بشكل كبير على عوامل مثل درجة الحرارة أو وجود شوائب، حيث يمكن لكميات معتدلة من الطاقة (مثل الفوتونات) تحرير بعض إلكترونات التكافؤ للانتقال إلى نطاق التوصيل.
إقرأ أيضا:لصُنع الحليب المجفف يتم تبخير الماء من الحليب الطازج حتى يصبح مسحوقًا. صواب خطأإن شدة الـ قوى الترابط داخل العوازل، سواء كانت على شكل روابط تساهمية قوية أو غيرها من أنواع الـ روابط الكيميائية التي تمسك الـ إلكترونات في مداراتها القريبة من النواة، تساهم بشكل كبير في بقاء الـ إلكترونات في أماكنها. هذا الاستقرار الشديد للإلكترونات هو ما يفسر الـ مقاومة الكهربائية العالية جداً لـ العوازل وقدرتها على منع تدفق الـ تيار الكهربائي، مما يجعلها ضرورية في التطبيقات التي تتطلب عزل المكونات الكهربائية ومنع التسرب الكهربائي غير المرغوب فيه.
إقرأ أيضا:مبادئ إدارة النفايات الرقمية: دليل للحفاظ على بيئة إلكترونية نظيفةببساطة، تحتاج الـ إلكترونات في الـ عوازل إلى كمية هائلة من الـ طاقة للتغلب على هذه الـ قوى الترابط وعبور الـ فجوة الطاقة للانتقال من حالة القيد إلى حالة الـ حركة الحرة للإلكترونات التي تسمح بتوصيل الكهرباء.