burhansaeed
08-16-2012, 05:35 AM
عازل كهربائي (بالإنجليزية (http://ar.wikipedia.org/wiki/لغة_إنجليزية): dielectric) هي مادة يمر فيها المجال الكهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/المجال_الكهربائي) إلا أنها ليست بالضرورة موصلة (http://ar.wikipedia.org/wiki/موصل) للتيار الكهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/تيار_كهربائي). تختلف هذه عن العازل "insulator" بأنه يُستخدم كمادة عازلة بين الأقطاب (http://ar.wikipedia.org/wiki/قطب) المعدنية في المكثف (http://ar.wikipedia.org/wiki/مكثف) مثلاً، بينما العازل "insulator" يستخدم لمنع مرور التيار الكهربائي عبره.
ما يميز هذه المواد كونها غير موصلة أي أن الإلكترونات (http://ar.wikipedia.org/wiki/إلكترون) فيها غير حرة الحركة كما هي في المعادن الموصلة، وإنما تميل إلى الأستقطاب (http://ar.wikipedia.org/wiki/استقطاب) في حال توجيه مجال كهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/مجال_كهربائي) عليها - أي تتجة الإلكترونات إلى طرف من العازل (مشكلة قطبا سالبا) بينما تزيد الشحنة الكهربائية الموجبة في الطرف العكسي (مشكلة قطبا (http://ar.wikipedia.org/wiki/قطب) موجبا) - وهذا هو معنى استقطاب المادة .
استخدامات العازل الكهربائي
وتستخدم العوازل في أنواع كثيرة من التجهيزات الكهربائية والإلكترونية. فمثلاً، تُغطى الأسلاك المعدنية وحزم الأسلاك التي توصل الكهرباء من محطات التوليد إلى المنازل والمكاتب بمواد عازلة لمنع تسرب التيار الكهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/تيار_كهربائي) وحماية الأشخاص. كما نري العوازل على أعمدة النور وهي مصنوعة من السيراميك العازل للكهرباء من اجل عزل الأسلاك الحاملة للتيار الكهربائي عن العمود وبالتالى نطمئن على ملمامسة العمود بدون أن يصعقنا التيار. وتستخدم العوازل أيضًا فيالمكثفات الكهربائية (http://ar.wikipedia.org/wiki/مكثف) من أجل زيادة قدرتها على خزن شحنة كهربائية. ويستخدم الكهربائيون أدواتا ذات مقابض بلاستيكية أو مطاطية عازلة كهربائيا، ويرتدون أحذية ذات نعال مطاطية لكي يتجنبوا الضرر الناجم عن الصعقة الكهربائية.
كما أن الألواح الإلكترونية المطبوعة (http://ar.wikipedia.org/wiki/لوحة_دارات_مطبوعة) تتكون في المقام الأول من لوح من مادة عازلة كهربائيا، وذلك لتكوين الدوائر الكهربائية (http://ar.wikipedia.org/wiki/دارة_كهربائية) والإلكترونية عليها. كما تستخدم العوازل الكهربائية في صناعة المفاتيح الكهربائية لكي يتجنب الأشخاص الصعقة الكهربائية.
ومن العوازل الكهربائية الخشب (http://ar.wikipedia.org/wiki/الخشب) والصوف (http://ar.wikipedia.org/wiki/الصوف) وأكسيد الألمونيوم (http://ar.wikipedia.org/wiki/أكسيد_الألمونيوم) والبولي إثيلين (http://ar.wikipedia.org/wiki/بولي_إثيلين) والسيراميك (http://ar.wikipedia.org/wiki/السيراميك) والمايكا (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=المايكا&action=edit&redlink=1) والزجاج (http://ar.wikipedia.org/wiki/الزجاج) والهواء (http://ar.wikipedia.org/wiki/الهواء) والتفلون (http://ar.wikipedia.org/wiki/التفلون).
الاستقطاب الكهربائي
الاستقطاب الكهربائي هو انزياح شكل السحابة الإلكترونية المحيطة بالنواة الذرية من الشكل الكروي إل الشكل البيضوي. بذلك تصبح محصلة السحابة الإلكترونية (سالبة) للذرة منزاحة بمسافة قليلة عن وتكون شحنة النواة المركزية الموجبة، وتكوّن قطبين أحدهما موجب الشحنة والآخر سالب الشحنة، ويسمى هذا الاستقطاب الكهربائي.
بناء الذرة المبسط
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Dielectric_model.svg/400px-Dielectric_model.svg.png (http://ar.wikipedia.org/wiki/ملف:Dielectric_model.svg)http://bits.wikimedia.org/static-1.20wmf8/skins/common/images/magnify-clip-rtl.png (http://ar.wikipedia.org/wiki/ملف:Dielectric_model.svg)
تأثير مجال كهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/مجال_كهربائي) على إحدى الذرات وتفسير العزل الكهربائي.
تتكون المادة من ذرات، وتتكون كل ذرة من سحابة من الإكترونات (http://ar.wikipedia.org/wiki/إلكترون) وهي سالبة الشحنة ومن نواة ذات شحنة كهربية موجبة في مركز السحابة السالبة، وتساوى شحنة النواة الموجبة شحنة السحابة المكونة من الإلكترونات السالبة ويذلك تنتج الذرة المتعادلة الشحنة. وبسبب المسافات الكبيرة بين الذرات وبعضها في المادة العازلة والارتباط الشديد بين الإلكترونات والنواة فإنه يصعب انتقال الإلكترونات من ذرة إلى أخرى عند تأثير مجال كهربائي خارجي عليها، وهذا معناه أن الإلكترونات لا تستطيع السريان من ذرة إلى أخرى تحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي. وهذا هو العزل الكهربائي.
وتحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي ينزاح فقط شكل سحابة الإلكترونات لكل ذرة كما هو واضح في الشكل فبدلا من أن تكون السحابة كروية تصبح شكلها بيضويا.
والشكل البيضاوي لسحابة الإلكترونات معناه اكتساب الذرة خاصية القطبين، ذلك بسبب انزياح محصلة الشحنة السالبة عن مكان وجود النواة الموجبة الشحنة. أي يمكن تمثيلها بقطبين كهربائيين أحدهما سالب والآخر موجب الشحنة. وتتصف المواد العازلة بأن كل ذرة فيه تتخذ شكل القطبين تحت تأثير مجال كهربائي خارجي، ولا تنتقل الإلكترونات بين الذرات، أي لا تسمح بمرور تيار كهربائي.
وعند إزالة المجال الكهربائي الخارجي تعود كل ذرة إلى حالتها الأصلية الكروية، وهي تحتاج للوصول غلى ذلك إلى زمن معين يسمى زمن الاسترخاء (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=زمن_الاسترخاء&action=edit&redlink=1) وهو يختلف من مادة إلى مادة، وتعود الذرة إلى شكلها الأصلي الكروي طبقا لعلاقة رياضية أسية معتمدة على الثابت الطبيعي e.
هذا هو التفسير البسيط المعتمد على البناء الذري للمادة. وتعتمد خواص كل مادة من وجهة عزلها للتيار الكهربائي على المؤثرات الخارجية عليها. وكلما تعقدت المؤثرات الخارجية على العازل الكهربائي كلما زادت تفاصيل وصف خواصه ن ومن المسائل الهامة في هذا السبيل:
هل المجال الكهربائي الخارجي ثابت أم متردد أي متغير مع الزمن ؟
وإذا كان المجال الكهربائي الخارجي متغير مع الزمن، فبأي معدل؟
ماهي خولص المادة المختارة ؟
هل اتجاه المجال الكهربائي الخارجي مهم، أي هل يوجد اختلاف بين تطبيق المجال الكهربائي على العينة من اليمين إلى اليسار ،و اختلاف في قدرة المادة على العزل عند تطبيق المجال الخارجي عموديا على الاتجاه الأول ؟
هل المادة نقية ومتساوية التوزيع ؟
هل توجد داخل المادة حدودا أو شقوقا لا بد من أخذها في الحسبان؟
هل صفات نظام العازل صفات خطية (http://ar.wikipedia.org/wiki/معادلة_خطية) أم له صفات غير خطية ،لا بد من أخذها أيضا في الحسبان.
ما يميز هذه المواد كونها غير موصلة أي أن الإلكترونات (http://ar.wikipedia.org/wiki/إلكترون) فيها غير حرة الحركة كما هي في المعادن الموصلة، وإنما تميل إلى الأستقطاب (http://ar.wikipedia.org/wiki/استقطاب) في حال توجيه مجال كهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/مجال_كهربائي) عليها - أي تتجة الإلكترونات إلى طرف من العازل (مشكلة قطبا سالبا) بينما تزيد الشحنة الكهربائية الموجبة في الطرف العكسي (مشكلة قطبا (http://ar.wikipedia.org/wiki/قطب) موجبا) - وهذا هو معنى استقطاب المادة .
استخدامات العازل الكهربائي
وتستخدم العوازل في أنواع كثيرة من التجهيزات الكهربائية والإلكترونية. فمثلاً، تُغطى الأسلاك المعدنية وحزم الأسلاك التي توصل الكهرباء من محطات التوليد إلى المنازل والمكاتب بمواد عازلة لمنع تسرب التيار الكهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/تيار_كهربائي) وحماية الأشخاص. كما نري العوازل على أعمدة النور وهي مصنوعة من السيراميك العازل للكهرباء من اجل عزل الأسلاك الحاملة للتيار الكهربائي عن العمود وبالتالى نطمئن على ملمامسة العمود بدون أن يصعقنا التيار. وتستخدم العوازل أيضًا فيالمكثفات الكهربائية (http://ar.wikipedia.org/wiki/مكثف) من أجل زيادة قدرتها على خزن شحنة كهربائية. ويستخدم الكهربائيون أدواتا ذات مقابض بلاستيكية أو مطاطية عازلة كهربائيا، ويرتدون أحذية ذات نعال مطاطية لكي يتجنبوا الضرر الناجم عن الصعقة الكهربائية.
كما أن الألواح الإلكترونية المطبوعة (http://ar.wikipedia.org/wiki/لوحة_دارات_مطبوعة) تتكون في المقام الأول من لوح من مادة عازلة كهربائيا، وذلك لتكوين الدوائر الكهربائية (http://ar.wikipedia.org/wiki/دارة_كهربائية) والإلكترونية عليها. كما تستخدم العوازل الكهربائية في صناعة المفاتيح الكهربائية لكي يتجنب الأشخاص الصعقة الكهربائية.
ومن العوازل الكهربائية الخشب (http://ar.wikipedia.org/wiki/الخشب) والصوف (http://ar.wikipedia.org/wiki/الصوف) وأكسيد الألمونيوم (http://ar.wikipedia.org/wiki/أكسيد_الألمونيوم) والبولي إثيلين (http://ar.wikipedia.org/wiki/بولي_إثيلين) والسيراميك (http://ar.wikipedia.org/wiki/السيراميك) والمايكا (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=المايكا&action=edit&redlink=1) والزجاج (http://ar.wikipedia.org/wiki/الزجاج) والهواء (http://ar.wikipedia.org/wiki/الهواء) والتفلون (http://ar.wikipedia.org/wiki/التفلون).
الاستقطاب الكهربائي
الاستقطاب الكهربائي هو انزياح شكل السحابة الإلكترونية المحيطة بالنواة الذرية من الشكل الكروي إل الشكل البيضوي. بذلك تصبح محصلة السحابة الإلكترونية (سالبة) للذرة منزاحة بمسافة قليلة عن وتكون شحنة النواة المركزية الموجبة، وتكوّن قطبين أحدهما موجب الشحنة والآخر سالب الشحنة، ويسمى هذا الاستقطاب الكهربائي.
بناء الذرة المبسط
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Dielectric_model.svg/400px-Dielectric_model.svg.png (http://ar.wikipedia.org/wiki/ملف:Dielectric_model.svg)http://bits.wikimedia.org/static-1.20wmf8/skins/common/images/magnify-clip-rtl.png (http://ar.wikipedia.org/wiki/ملف:Dielectric_model.svg)
تأثير مجال كهربائي (http://ar.wikipedia.org/wiki/مجال_كهربائي) على إحدى الذرات وتفسير العزل الكهربائي.
تتكون المادة من ذرات، وتتكون كل ذرة من سحابة من الإكترونات (http://ar.wikipedia.org/wiki/إلكترون) وهي سالبة الشحنة ومن نواة ذات شحنة كهربية موجبة في مركز السحابة السالبة، وتساوى شحنة النواة الموجبة شحنة السحابة المكونة من الإلكترونات السالبة ويذلك تنتج الذرة المتعادلة الشحنة. وبسبب المسافات الكبيرة بين الذرات وبعضها في المادة العازلة والارتباط الشديد بين الإلكترونات والنواة فإنه يصعب انتقال الإلكترونات من ذرة إلى أخرى عند تأثير مجال كهربائي خارجي عليها، وهذا معناه أن الإلكترونات لا تستطيع السريان من ذرة إلى أخرى تحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي. وهذا هو العزل الكهربائي.
وتحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي ينزاح فقط شكل سحابة الإلكترونات لكل ذرة كما هو واضح في الشكل فبدلا من أن تكون السحابة كروية تصبح شكلها بيضويا.
والشكل البيضاوي لسحابة الإلكترونات معناه اكتساب الذرة خاصية القطبين، ذلك بسبب انزياح محصلة الشحنة السالبة عن مكان وجود النواة الموجبة الشحنة. أي يمكن تمثيلها بقطبين كهربائيين أحدهما سالب والآخر موجب الشحنة. وتتصف المواد العازلة بأن كل ذرة فيه تتخذ شكل القطبين تحت تأثير مجال كهربائي خارجي، ولا تنتقل الإلكترونات بين الذرات، أي لا تسمح بمرور تيار كهربائي.
وعند إزالة المجال الكهربائي الخارجي تعود كل ذرة إلى حالتها الأصلية الكروية، وهي تحتاج للوصول غلى ذلك إلى زمن معين يسمى زمن الاسترخاء (http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=زمن_الاسترخاء&action=edit&redlink=1) وهو يختلف من مادة إلى مادة، وتعود الذرة إلى شكلها الأصلي الكروي طبقا لعلاقة رياضية أسية معتمدة على الثابت الطبيعي e.
هذا هو التفسير البسيط المعتمد على البناء الذري للمادة. وتعتمد خواص كل مادة من وجهة عزلها للتيار الكهربائي على المؤثرات الخارجية عليها. وكلما تعقدت المؤثرات الخارجية على العازل الكهربائي كلما زادت تفاصيل وصف خواصه ن ومن المسائل الهامة في هذا السبيل:
هل المجال الكهربائي الخارجي ثابت أم متردد أي متغير مع الزمن ؟
وإذا كان المجال الكهربائي الخارجي متغير مع الزمن، فبأي معدل؟
ماهي خولص المادة المختارة ؟
هل اتجاه المجال الكهربائي الخارجي مهم، أي هل يوجد اختلاف بين تطبيق المجال الكهربائي على العينة من اليمين إلى اليسار ،و اختلاف في قدرة المادة على العزل عند تطبيق المجال الخارجي عموديا على الاتجاه الأول ؟
هل المادة نقية ومتساوية التوزيع ؟
هل توجد داخل المادة حدودا أو شقوقا لا بد من أخذها في الحسبان؟
هل صفات نظام العازل صفات خطية (http://ar.wikipedia.org/wiki/معادلة_خطية) أم له صفات غير خطية ،لا بد من أخذها أيضا في الحسبان.