بعض الحقائق الاساسية عن الالكترونات - حركة الالكترونات في الذرة .. الإلكترونيات
بعض الحقائق الاساسية عن الالكترونات
حركة الالكترونات في الذرة
من الممكن وضع صورة مبسطة أو معقدة للذرة حسب الحاجة .
فمن الممكن أن تظهر ذرة الهدروجين مكونة من نواة مركزية أو بروتون محاطة بالكترون واحد ( ۱ ) . والبروتون يحمل عادة شحنة موجبة ، وله كتلة تعادل ١٨٤٠ مرة كتلة الالكترون الذي يحمل بدوره شحنة سالبة .
ويدور الالكترون حول النواة ملايين المرات في اقل من جزء من مليون من الثانية . ونحن نحتاج عادة لمئات الملايين من النوى ، الواحدة بجانب الاخرى ، لملء انش واحد فقط . وتتعادل الشحنات الموجبة مع الشحنات السالبة في الذرة ) البروتونات والالكترونات ( بحيث تظهر الذرة دون فائض في الشحنة ، أي دون زيادة لاي من الشحنتين عن الاخرى .
وتحتوي ذرة الهليوم على الكترونين وبروتونين ، بينما تحتوي ذرات العناصر الاثقل على عدد أكبر من الالكترونات ( ٢ ) . قذرة اليورانيوم مثلا تحتوي على ۹۴ الكترون ، ولا تحمل أية شحنة زائدة بسبب التوازن الحاصل بين الالكترونات السالبة من جهة وشحنة النواة الموجبة من جهة ثانية .
والى جانب البروتونات والالكترونات تحتوي النواة على العديد من الدقائق الاخرى ، مثل النوترون الذي لا يحمل اي شحنة والذي تشتمل عليه بعض الذرات .
كما تظهر احيانا جسيمات عابرة أخرى ، تغير من حالتها أو تختفي ظاهريا في طاقتها . ومن الممكن لالكترون ذرة الهدروجين أن يمتص فوتونا او جسيما ضوئيا ، وأن يستمد منه طاقة ترفعه الى مدار ذي طاقة أعلى من طاقة مداره الاصلي . ومن الممكن أيضا أن تصطدم الالكترونات ببعضها فتفقد جزءا من طاقتها وتهبط الى مدارات اقل طاقة فتنبعث منها الفوتونات من جراء ذلك .
فائض الشحنة
في الاحوال العادية ، تتعادل الشحنات السالبة التي تحملها الالكترونات مع الشحنات الموجبة التي تحملها النواة . وعلى ذلك لا تحمل الذرة أي شحنة زائدة . الا أنه في بعض الاحيان ، قد تكتسب الذرة الكترونا زائدا ، وعندئذ يصبح لديها شحنة سالبة زائدة . أما اذا فقدت الذرة الكترونا ، فان عدد بروتونات النواة الموجبة يزيد عن عدد الالكترونات السالبة وفي هذه الحالة تحمل الذرة شحنة موجبة زائدة . أما في حالة انصاف النواقل ، فبامكاننا أن نتكلم عن « الثقوب » الموجبة أو الثقوب الحاملة للشحنة . ومن الممكن تخيل هذه الثقوب على انها فراغات يمكن أن تملأها الكترونات سالبة الشحنة لتشغيلها . والاجسام التي تحتوي على الكترونات زائدة تحمل عادة شحنة سالبة . أما الاجسام التي تفقد عددا من الكتروناتها فانها تحمل عادة .
١ - صورة مبسطة لذرة الهدروجين .
٢ - تحتوي الذرات الثقيلة على عدد اكبر من الالكترونات .
شحنة موجبة ( ٣ ) . ولذلك فهناك دائما فرق في الكمون بين الاجسام المشحونة والاجسام المتعادلة ما لم توجد وسيلة تسمح للاجسام السالبة بان تفقد الكتروناتها الزائدة أو لذرات الاجسام الموجبة بأن تكتسب ما ينقصها من الكترونات .
واذا اتيح للالكترونات التحرك بحرية في المكان الواقع بين الشحنات الموجبة والسالبة ، فانها تتحرك في هذا المسار الموصل لتحتل مكانا حول نوى الاجسام الموجبة الشحنة التي تشكو من نقص في عدد الكتروناتها . هذه الحركة ليست سوى تيار كهربائي قادر على المرور عبر ( ٤ ) أي موصل مثل السلك المعدني .
التيار الكهربائي
لا بد ، لضمان استمرار التيار الكهربائي ، من توليد او انتاج فائض من الشحنات السالبة بصفة مستمرة لتعمل على احلال الكترونات جديدة بدلا من تلك تركت مكانها في السلك . ففي أي جهاز يستطيع التيار أن يمر من الطرف السالب للبطارية الى المصباح أو الى أي جهاز آخر ، ويعود ثانية الى الطرف الموجب للبطارية عبر موصل آخر والوصلات الناقلة ، الى جانب باقي الاجهزة ، تشكل ما يسمى بالدارة الكهربائية .
ويمكن زيادة عدد الالكترونات عند احد اطراف الدارة وابقائها على هذه الحال بطريقة كيميائية ،
٣ - فرق الجهد بين شحنتين مختلفتين .
٤ - تدفق الالكترونات السالبة تحت تأثير الشحنة الموجبة .
باستخدام بطارية مثلا . وهذه الطريقة سهلة ومستخدمة بكثرة في الاجهزة المنقولة . كما يمكن ايضا انتاج وزيادة هذه الالكترونات بالطرق الكهرمغنطيسية بواسطة مولد ، أو بواسطة الخلايا الضوئية التي لها قدرة على انتاج التيار الكهربائي تحت تأثير الفوتونات أو جسيمات الضوء ، او باستخدام مزدوجات أو وصلات حرارية مصنوعة من معادن مختلفة لانتاج تيار كهربائي عند رفع درجة حرارة هذه المزدوجات أو الوصلات .
بعض الحقائق الاساسية عن الالكترونات
حركة الالكترونات في الذرة
من الممكن وضع صورة مبسطة أو معقدة للذرة حسب الحاجة .
فمن الممكن أن تظهر ذرة الهدروجين مكونة من نواة مركزية أو بروتون محاطة بالكترون واحد ( ۱ ) . والبروتون يحمل عادة شحنة موجبة ، وله كتلة تعادل ١٨٤٠ مرة كتلة الالكترون الذي يحمل بدوره شحنة سالبة .
ويدور الالكترون حول النواة ملايين المرات في اقل من جزء من مليون من الثانية . ونحن نحتاج عادة لمئات الملايين من النوى ، الواحدة بجانب الاخرى ، لملء انش واحد فقط . وتتعادل الشحنات الموجبة مع الشحنات السالبة في الذرة ) البروتونات والالكترونات ( بحيث تظهر الذرة دون فائض في الشحنة ، أي دون زيادة لاي من الشحنتين عن الاخرى .
وتحتوي ذرة الهليوم على الكترونين وبروتونين ، بينما تحتوي ذرات العناصر الاثقل على عدد أكبر من الالكترونات ( ٢ ) . قذرة اليورانيوم مثلا تحتوي على ۹۴ الكترون ، ولا تحمل أية شحنة زائدة بسبب التوازن الحاصل بين الالكترونات السالبة من جهة وشحنة النواة الموجبة من جهة ثانية .
والى جانب البروتونات والالكترونات تحتوي النواة على العديد من الدقائق الاخرى ، مثل النوترون الذي لا يحمل اي شحنة والذي تشتمل عليه بعض الذرات .
كما تظهر احيانا جسيمات عابرة أخرى ، تغير من حالتها أو تختفي ظاهريا في طاقتها . ومن الممكن لالكترون ذرة الهدروجين أن يمتص فوتونا او جسيما ضوئيا ، وأن يستمد منه طاقة ترفعه الى مدار ذي طاقة أعلى من طاقة مداره الاصلي . ومن الممكن أيضا أن تصطدم الالكترونات ببعضها فتفقد جزءا من طاقتها وتهبط الى مدارات اقل طاقة فتنبعث منها الفوتونات من جراء ذلك .
فائض الشحنة
في الاحوال العادية ، تتعادل الشحنات السالبة التي تحملها الالكترونات مع الشحنات الموجبة التي تحملها النواة . وعلى ذلك لا تحمل الذرة أي شحنة زائدة . الا أنه في بعض الاحيان ، قد تكتسب الذرة الكترونا زائدا ، وعندئذ يصبح لديها شحنة سالبة زائدة . أما اذا فقدت الذرة الكترونا ، فان عدد بروتونات النواة الموجبة يزيد عن عدد الالكترونات السالبة وفي هذه الحالة تحمل الذرة شحنة موجبة زائدة . أما في حالة انصاف النواقل ، فبامكاننا أن نتكلم عن « الثقوب » الموجبة أو الثقوب الحاملة للشحنة . ومن الممكن تخيل هذه الثقوب على انها فراغات يمكن أن تملأها الكترونات سالبة الشحنة لتشغيلها . والاجسام التي تحتوي على الكترونات زائدة تحمل عادة شحنة سالبة . أما الاجسام التي تفقد عددا من الكتروناتها فانها تحمل عادة .
١ - صورة مبسطة لذرة الهدروجين .
٢ - تحتوي الذرات الثقيلة على عدد اكبر من الالكترونات .
شحنة موجبة ( ٣ ) . ولذلك فهناك دائما فرق في الكمون بين الاجسام المشحونة والاجسام المتعادلة ما لم توجد وسيلة تسمح للاجسام السالبة بان تفقد الكتروناتها الزائدة أو لذرات الاجسام الموجبة بأن تكتسب ما ينقصها من الكترونات .
واذا اتيح للالكترونات التحرك بحرية في المكان الواقع بين الشحنات الموجبة والسالبة ، فانها تتحرك في هذا المسار الموصل لتحتل مكانا حول نوى الاجسام الموجبة الشحنة التي تشكو من نقص في عدد الكتروناتها . هذه الحركة ليست سوى تيار كهربائي قادر على المرور عبر ( ٤ ) أي موصل مثل السلك المعدني .
التيار الكهربائي
لا بد ، لضمان استمرار التيار الكهربائي ، من توليد او انتاج فائض من الشحنات السالبة بصفة مستمرة لتعمل على احلال الكترونات جديدة بدلا من تلك تركت مكانها في السلك . ففي أي جهاز يستطيع التيار أن يمر من الطرف السالب للبطارية الى المصباح أو الى أي جهاز آخر ، ويعود ثانية الى الطرف الموجب للبطارية عبر موصل آخر والوصلات الناقلة ، الى جانب باقي الاجهزة ، تشكل ما يسمى بالدارة الكهربائية .
ويمكن زيادة عدد الالكترونات عند احد اطراف الدارة وابقائها على هذه الحال بطريقة كيميائية ،
٣ - فرق الجهد بين شحنتين مختلفتين .
٤ - تدفق الالكترونات السالبة تحت تأثير الشحنة الموجبة .
باستخدام بطارية مثلا . وهذه الطريقة سهلة ومستخدمة بكثرة في الاجهزة المنقولة . كما يمكن ايضا انتاج وزيادة هذه الالكترونات بالطرق الكهرمغنطيسية بواسطة مولد ، أو بواسطة الخلايا الضوئية التي لها قدرة على انتاج التيار الكهربائي تحت تأثير الفوتونات أو جسيمات الضوء ، او باستخدام مزدوجات أو وصلات حرارية مصنوعة من معادن مختلفة لانتاج تيار كهربائي عند رفع درجة حرارة هذه المزدوجات أو الوصلات .
تعليق