ما هي الخواص الكهربائية للمواد

يعد أي جسم يحتوي على كتلة وحجم في الفيزياء الكلاسيكية مادة، ولكل مادة خصائص مختلفة تميزها عن غيرها من حيث الحجم والكثلة والكثافة؛ فالمادة تتكون من جزيئات صغيرة جدًا لا ترى بالعين المُجردة وغير قابلة للانقسام تُسمى بالذرات كما أنّ المادة تعتبر جزءًا من الكون، فالكون يتكون من أجسام مختلفة تحيط بالبشر وهي مواد تُقسم إلى ثلاث حالات تحدد شكلها وهي: السائلة والصلبة والغازية، وسيجيب هذا المقال عن سؤال: “ما هي الخواص الكهربائية للمواد؟”.
ما هي الخواص الكهربائية للمواد
خواص المواد هي صفات مميزة لكل مادة ولا تختلف باختلاف مقدارها، وقد تكون هذه الخواص رقمًا ثابتًا وقد تغيرها عوامل كدرجة الحرارة مثلًا، وتمكن هذه الخواص المقارنة بين المواد وترتبيها حسب كل خاصية بسهولة، مما يساعد في اختيار المادة حسب المواصفات المطلوبة أما عن إجابة سؤال: “ما هي الخواص الكهربائية للمواد؟” فهي كالآتي:
الموصلية الكهربائية
الموصلية الكهربائية هي قابلية المادة لمرور التيار الكهربائي أو كمية الكهرباء في الثانية الواحدة عبرها وتعتبر الموصلية الكهربائية عكس المقاومة الكهربائية[١]، وتقسم المواد حسب قابيلة توصيلها للكهرباء إلى مواد موصلة وهي المواد التي تحتوي على إلكترونات حرة الحركة تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها بسهولة، والمواد العازلة التي لا تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها لعدم احتوائها على كميات كبيرة من الإلكترونات حرة الحركة[٢].
البيزوكهربائية
تُعرف البيزوكهربائية بأنّها خاصية توليد جهد كهربائي على المواد ويحدث ذلك استجابةً لتطبيق إجهاد ميكانيكي على هذه المواد كالبلورات مثلًا حيث يتولد على طرف منها شحنة موجبة وعلى الطرف الآخر شحنة سالبة، ويتم استغلال هذه الخاصية للمواد في مجموعة متنوعة من الأجهزة العملية مثل الميكروفونات والتقاطات الفوتوغراف ومرشحات الموجة في أنظمة الاتصالات الهاتفية، ويُذكر بأنّه قد تم اكتشاف خاصية البيزوكهربائية في عام 1880م من قبل الأخوين بيار كوري وجاك كوري، وذلك من خلال عملهما حيث وجدا عندما قاما بالضغط على أنواع معينة من البلورات منها الكوارتز والتورمالين وملح روشيل على طول محاور معينة أدى ذلك إلى إنتاج جهد كهربائي على سطح البلورة.[٣]
الفيروكهربائية
تُعتبر الفيروكهربائية بأنّها خاصية لبعض المواد غير الموصلة -أي العازلة كهربائيًا- وتتمثل هذه الخاصية باكتساب المادة استقطاب كهربائي تلقائي أي فصل مركز الشحنة الكهربائية الموجبة والسالبة مما يجعل جانبًا واحدًا من البلورة موجبًا والجانب الآخر سالبًا، ويمكن عكس الاتجاه عن طريق تطبيق مجال كهربائي مناسب، وتدعى المواد التي تمتلك هذه الخاصية بالمواد الكهروضوئية مثل تيتانيت الباريوم BaTiO3 وملح روشيل، وتشبه هذه الخاصية خاصية الفيرومغناطيسية التي تمتلكها بعض المواد كالحديد.[٤]
ظاهرة هول
يمكن تمييز ظاهرة هول على مادة معينة بحيث تكون بين الشحنات الموجبة المتدفقة في اتجاه واحد والشحنات السالبة المتدفقة في الاتجاه الآخر كما تُعد أيضًا طريقة شائعة لقياس قوة المجال المغناطيسي.[٥]
المواد شبه الموصلة
بعد التعرف على ما هي الخواص الكهربائية للمواد يُذكر نوع آخر للمواد وهي أشباه الموصلات التي تعد ما بين المواد الموصلة والعازلة من حيث مقاومتها الكهربائية أي أنّها متوسطة في التوصيل الكهربائي، حيث يتم استخدامها في صناعة أنواع مختلفة من الأجهزة الإلكترونية منها: الثنائيات والترانزستور والدوائر المتكاملة والتي وُجدت تطبيقًا واسعًا نظرًا؛ لكفاءة طاقتها وموثوقيتها وتكلفتها المنخفضة كما تستخدم المواد شبه الموصلة في صناعة أجهزة الطاقة وأجهزة الاستشعار البصرية، وهذه المواد تتأثر بشكل سريع بدرجة الحرارة والإضاءة والمجالات المغناطيسية، ومن الأمثلة عليها: ذرة السيليكون Si والجرمانيوم Ge والقصدير Sn والسيلينيوم Se والتيلوريوم Te.[٦]