تحقیق مقاله آهن ربا

آهنربا

 به اشیایی که میدان مغناطیسی تولید کنند، آهنربا گفته می شود.

 معنای لغوی

 آهنربا از دو بخش آهن و ربا از فعل ربودن تشکیل شده کاربرد واژه هایی مانند آهنربا و کهربا در فارسی پیشینه طولانی دارد.

برابر اروپایی آن : اولین شرح مغناطیسی به یونانیان قدیم باز می گردد که این اسم را به نام مغناطیس دادند. این اسم از مگنزیا که نام دهکده ی یونانی است، مشتق شده است. از لحاظ لغوی Magnet به معنی «سنگی از منگزیا » است. این سنگ حاوی مگنتیت (Fe2O3) بود و هنگام مالش آن به آهن، آن را آهنربا می کرد.

 تاریخچه

 تلاش جدی برای استفاده از قدرت پنهان مواد مغناطیسی بسیار پس از کشف آن انجام شد. به عنوان مثال در قرن 18 ام با ادغام تکه های کوچک مواد مغناطیسی تکه ی بزرگتری به دست آمد که مشخص شد توانایی بلند کردن قابل توجهی دارد.

 پس از اینکه اورستد در سال 1820 کشف کرد که جریان الکتریکی می تواند میدان مغناطیسی به وجود آورد، پیشرفت های زیادی در این زمینه حاصل شد. استورگن دانش خودش را با موفقیت برای ساخت اولین آهنربای الکتریکی در سال 1825 به کار برد. با اینکه دانشمندان زیادی (از قبیل گاوس، ماکسول و فارادی) با این پدیده از دیدگاه تئوریک درگیر شدند، اما توصیف درست مواد مغناطیسی به فیزیکدانان قرن 20 ام نسبت داده می شود.

 کیوری و ویس در شفاف سازی پدیده ی مغناطش دائمی و وابستگی دمایی آن موفق بودند. ویس فرضیه ی وجود حوزه های مغناطیسی را مطرح کرد تا توضیح دهد که مواد چگونه می توانند آهنربا شده یا خاصیت مغناطیسی کل آنها صفر شود.

 جزئیات خواص دیواره های این حوزه های مغناطیسی توسط بلوچ، لاندو و نیل بررسی شد.

 کاربرد

 مواد مغناطیسی جزء جدانشدنی فناوری مدرن هستند. آهنرباها یکی از اجزای مهم بسیاری از وسایل الکترونیکی و الکترومکانیکی هستند. کاربرد عمده ی آهنرباهای دائم در تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و بالعکس است. (مانند موتورهای الکتریکی و ژنراتورها) مغناطیس ها همچنین در حافظه های مغناطیسی (صفحات هارد دیسک و فلاپی دیسک و کارت های پلاستیکی حافظه)

جستارهای وابسته

­ پارامغناطیس

­ فرو مغناطیس

­ فری مغناطیس

 ­آنتی فرومغناطیس

­ دیا مغناطیس

 ­حلقه هیسترزیس

­ قانون کیوری

 رسانای الکتریکی

 در بعضی از اجسام، انتقال الکتریکی از منطقه ای در درون جسم به منطقه دیگر آن به آسانی صورت می گیرد و در بعضی چنین نیست. به عنوان مثال اگر سر یک سیم مسی را به میله نایلونی باردار و سردیگر آن را به کمک گلوله چوب پنبه ای که در ابتدا بدون بار است، وصل می کنیم، با نزدیک کردن اجسام باردار دیگر، معلوم می شود که گلوله باردار شده است. بنابراین به سیم مسی که در آن انتقال بار صورت می گیرد، جسم رسانا گویند.

 تعریف رسانایی از دیدگاه جریان الکتریکی

 اجسامی که می توانند جریان الکتریسیته را بدون اتلاف زیاد (با مقاومت الکتریکی کم) از خود عبور دهند، رسانای الکتریسیته خوانده می شود.

 افرادی که بیشتر با وسایل برقی کار می کنند، در هنگام کار از وسایلی استفاده می کنند که برق آنها را نگیر. به عنوان مثال، کفشهایی مخصوص پوشیده و مشغول کار می شوند. یعنب از آنجا که بدن انسان رسانا است، از اینرو برای اینکه جریان برق از طریق بدن انسان به زمین منتقل نشود، (چون در این صورت برق گرفتگی اتفاق می افتد) باید از کفشهای مخصوص یا دستکش های مخصوص استفاده کنند. دسته فازمتر ماده ای عایق است و لذا می توان با استفاده از آن به راحتی برای تشخیص وجود یا عدم وجود جریان برق استفاده نمود.

 در کلیه این موارد باید اطلاع داشته باشیم که چه اجسامی قابلیت انتقال جریان الکتریسیته را دارند و چه موادی فاقد این قابلیت هستند. اصطلاحاً اجسام دسته اول را رسانا و اجسام دسته دوم را عایق یا نارسانا می گویند.

 رسانای الکترونی

 برای پی بردن به دلیل رسانش می توان ساختمان مواد رسانا را مورد توجه قرار داد. از جمله مواد رسانای بسیار معروف فلزات هستند. ویژگی عمده فلزات از نظر خصوصیت الکتریکی این است که این مواد دارای الکترونهای آزاد هستند. این الکترونها را اصطلاحاً حاملین بار می گویند. هنگامی که اتمهای منزوی برای تشکیل جسم جامد فلزی با هم ترکیب می شوند، الکترونهای لایه خارجی اتم، مفید به اتمهای منفرد باقی نمی مانند، بلکه 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 الکترونهای آزاد منتقل می شود و از این رو خاصیت رسانای بیشتر متوجه حاملین بار و سرعت آنهاست. البته غیر از فلزات رساناهای دیگری نیز به وجود دارند. از این جمله می توان به محلولهای آبی نمکها و اسیدها و بسیاری از اجسام رسانای دیگر اشاره کرد در این مواد رسانایی به شیوه یونی انجام می گیرد.

 رسانایی یئنی

 این بخش خرد است. با گسترش آن به ویکی پدیا کمک کنید.

 اهمیت اجسام رسانا

 در زندگی امروزی اجسام رسانا نقش بسیار اساسی ایفا می کنند. به عنوان نمونه، می توان به سیمهای انتقال اشاره کرد که به این وسیله جریان برق تولید شده در نیروگاه به شهرها و مناطق مسکونی منتقل می شود. البته اهمیت مواد رسانا تنها به این مورد خاص که اشاره شد، محدود نمی شود. اگر وسایل برقی خانگی را مورد توجه قرار دهیم و به مواد مختلف رسانا که در ساختمان آن به کار رفته است، توجه کنیم، اهمیت این مواد بیشتر واضح خواهد بود.

 فرض بارز اجسام رسانا و عایق

 شیشه جزو موادی است که الکتریسیته را هدایت نمی کنند، اما این امر دلیل بر این نیست که بارهای الکتریکی اصلاً نمی تواند از شیشه و یا هر ماده عایق دیگری عبور کنند، بلکه بار الکتریکی از مواد عایق نیز عبور می کنند، اما باری که می تواند از اجسام نارسانا در مدت زمان معینی عبور کند (با مساوی بودن شرایط) بسیار کمتر از باری است که از رسانایی با همان شکل و اندازه عبور می کند. بنابراین وقتی گفته می شود جسمی نارسانا است، این فقط به معنی این است که در این مورد می توان از بارهایی که می توانند از آن بگذرند، صرفنظر کرد.

 اجسام نیم رسانا

 علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک جامد و الکترونیک > فیزیک الکترونیک

 علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک جامد و الکترونیک > فیزیک قطعات نیم هادی

 دید کلی

 معمولاً اجسام از لحاظ عبور یا عدم عبور الکتریسیته به دو دسته رسانا و عایق تقسیم می شود. اما گروه دیگری از اجسام نیز وجود دارد که به طور کامل رسانا و نه به طور کامل نارساناست. این گروه خاص از اجسام را نیم رسانا می گویند.

 انواع نیم رسانا

 نیم رسانای ذاتی

 بخش عمده الکترونیک نوین، وابسته به کاربرد مواد نیم رسانا است. دیویهای نوگسیل LDE ها ترانسفورماتورها و باتریهای خورشیدی از جمله عناصر الکترونیکی متداولی هستند که از نیم رساناها استفاده می کنند. نیم رساناهایی مانند Cds و ورمیلیون (Hgs) رنگهای درخشان دارند و هنرمندان نقاشی، از آنها استفاده می کنند. آنچه که تعیین کننده خواص الکترونیکی نیم رسانا است گاف انرژی (گاف نواری). بین ظرفیت و نوار و رسانش است. در بعضی مواد مانند Cds این شکاف اندازه ثابتی دارد. این مواد، نیم رساناهای ذاتی نامیده می شود.

گاف انرژی

نوار رسانش

نوار ظرفیت

هنگامی که نورسفید، با نیم رسانا برهمکنش می کند الکترونها تحریک شده و به نوار رسانش می روند. Cds ، نور بنفش و تا حدودی نور آبی را در می آشامد. اما انرژی سایر بسامدها، کمتر از انرژی لازم برای برانگیختن یک الکترون ورای گاف انرژی است. این بسامدها بازتاب می یابند و رنگی که مشاهده می کنیم، زرد است. در برخی نیم رساناها مانند Pbs , GoAS ، گاف نواری، چنان کوچک است که تمام بسامدهای نور مرئی در آنها دیده می شوند، هیچ نور مرئی بازتابی وجود ندارد و ماده تیره رنگ است.

 نیم رسانای مصنوعی

 در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می شوند، اندازه گاف نواری، با افزودن دقیق ناخالصیهایی کنترل می شود، که این فرآیند تقویت نامیده می شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداولترین نیم رساناهاست.

نوار ظرفیت

گاف انرژی

نوار رسانش

نیم رسانای نوع n

 وقتی به سیلیکون، ناخالصی فسفر افزوده شود. تراز انرژی اتمی فسفر، دقیقاً در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می گیرد.

 هر اتم فسفر 4 الکترون از 5 الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با 4 اتم si مجاور به کار می برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش برانگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را برجای گذارد. اتمهای فسفر، دهنده نامیده می شود. رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتاً در اثر حرکت الکترونهای حاصل از اتمهای دهنده در نوار رسانش، به وجود می آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده می شود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترونها حمل می شود.

 نیم رسانای نوع p

 وقتی به سیلیوکن ناخالص آلومینیوم افزوده می شود. تراز انرژی اتمهای AL که اتمهای پذیرنده نامیده می شوند، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می گیرد. با سه اتم si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می دهد. اما با چهارمین اتم si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می دهد. یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می شود. در نهایت، یک بون منفی تا  A غیر متحرک بوجود می آمدو در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می شود. از آنجا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا شامل حرکت حفره های مثبت است این نوع نیم رسانا، نوع p نامیده می شود.

کاربرد نیم رساناها در باطری خورشیدی

یک سلول خورشیدی که از نیم رساناها ساخته شده از سیلکون استفاده می شود. لایه نازکی از نیم رسانای نوع p با یک نیم رسانای نوع  n ، در ناحیه ای به نام پیوندگاه در تماس است. عمدتا عبور الکترونها و حفره های مثبت از میان پیوندگاه بسیار محدود است. زیرا چنین حرکتی، منجر بع تفکیک باز می شود: حفرهای سبک ناشی از نیم رسانای نوع p که از پیوندگاه عبور می کنند ناگزیر از یونهای غیر متحرک تا A جدا خواهند شد و الکترونهای ناشی از نیم رسانای نوع n که از پیوندگاه عبور می کنند به ناچار از یونهای غیر متحرک+ p جدا می شوند.