رسانا و نارسانا

چکیده
در نوشتار قبل با مفهوم الکتریسیته و جریان الکتریکی آشنا شدیم. در این نوشتار می خواهیم بدانیم آیا جریان الکتریکی قادر است از هر جسمی عبور کند؟ جریان الکتریکی از چه اجسامی می تواند عبور کند و قادر به عبور از چه اجسامی نمی باشد. اجسامی که می توانند جریان الکتریکی را از خود عبور دهند، رسانای الکتریکی نامیده می شوند.

اهداف
دانش آموز با مفهوم رسانا و نارسانا آشنا شود. 
دانش آموز اجسام رسانا و نارسانا را بتواند شناسایی کند.

شرح درس
 بعضی از اجسام مانند فلزات که الکتریسته را به خوبی از خود عبور می دهند، رسانا نامیده می شوند. در این نوع اجسام الکترون های آزاد اتم به راحتی در شبکه بلوری اجسام حرکت می کنند و عمل رسانایی را انجام می دهند. چیزهایی مثل میخ آهنی و سیم فلزی، آب، مس، طلا، نقره، آلمینیوم و بدن انسان از این دسته هستند.

اجسامی که الکترون های آزاد ( برای هدایت الکترون ) ندارند، و نمی توانند الکتریسته را از خود عبور دهند، نارسانا یا عایق نامیده می شود، اجسامی مانند پلاستیک، چوب و شیشه، هوا و کاغذ که الکتریسیته از آن ها عبور نمی کند در گروه نارسانا قرار دارند. در این بین برخی اجسام هم وجود دارند که در دمای خاصی رسانا نیستند، ولی با بالا رفتن درجه حرارت و دما رسانا می شوند. به این گروه نیمه هادی، یا نیمه رسانا گفته می شود.

پرسش
آیا می توانید در اطراف خود وسایل رسانا و نارسانا را نام ببرید؟
در زندگی امروزی اجسام رسانا نقش بسیار مهمی دارند. به عنوان نمونه، می توان به سیم های انتقال اشاره کرد که توسط آن ها جریان برقی که در نیروگاه های برق تولید شده است به شهر ها و مناطق مسکونی منتقل می شود. این جریان است که باعث روشنایی شهرها و وجود برق در منازل و سایر اماکن شده است.  اگر به وسایل برقی خانگی و به مواد مختلف رسانا که در ساختمان آن به کار رفته است، توجه کنیم، اهمیت این مواد بیشتر مشخص می شود.

تفاوت رسانا و نارسانا
در واقع بار الکتریکی که از اجسام نارسانا می گذرد بسیار کمتر از بار الکتریکی است که در زمان برابر از یک رسانا با همان شکل و اندازه می گذرد. مقدار این بار به اندازه ای کم است که می توان آن را نادیده گرفت.

 خوب است بدانید که ویژگی عمده فلزات از نظر خصوصیت الکتریکی این است که این مواد دارای الکترون های آزاد هستند. این الکترون ها در واقع حاملین بار هستند. هنگامی که اتم ها برای تشکیل جسم جامد فلزی با هم ترکیب می شوند، الکترون های لایه خارجی اتم،آزادانه در سرتاسر حجم جسم جامد حرکت می کنند.
زمانی که در جسمی جابجایی بار صورت می گیرد، می گویند از جسم جریان الکتریکی می گذرد. بنابراین اگر فلزی را در مسیر جریان الکتریکی قرار دهیم، این جریان توسط الکترون های آزاد منتقل می شود و ازاین رو خاصیت رسانایی بیشتر متوجه حاملین بار و سرعت آن ها است. البته غیر از فلزات رساناهای  مختلف دیگری نیز وجود دارند.

آیا تا به حال فکر کرده اید که چرا افرادی که برق کار هستند و یا با جریان برق و وسایل برقی زیاد کار می کنند از وسایلی استفاده می کنند که برق آن ها را نگیرد، مثلا چرا کفش ایمنی می پوشند؟ خوب است بدانیم که بدن انسان نیز رسانا است. یعنی قادر است جریان الکتریکی را از خود عبود دهد، به همین دلیل برای این که جریان برق از بدن انسان به زمین انتقال پیدا نکند و برق گرفتکی ایجاد نشود، این افراد از کفش ها و یا دستکش های مخصوصی استفاده می کنند. به همین علت است که برای اطلاع از جریان برق در وسیله ای آن را با فازمتر امتحان می کنند، زیرا دسته فازمتر عایق است و ضمن عبور ندادن جریان برق و جلوگیری از ایجاد برق گرفتگی می تواند وجود یا نبود جریان برق را مشخص کند.

در اجسام نارسانا الکترون های آزاد برای جابه جایی به تعداد کافی وجود ندارند، در نتیجه وقتی به یک جسم نارسانا الکترون اضافه می شود یا از تعداد الکترون های آن کاسته می شود، جسم دارای بار الکتریکی می شود و این بار در همان محل ساکن باقی می ماند و جا به جا نمی شود.

در شکل زیر می توانید نحوه عمل الکترون ها در اجسام رسانا و نارسانا را مشاهده کنید.

مرکز یادگیری سایت تبیان، تهیه: نسیم گوهری

تنظیم: مرجان سلیمانیان