الموصلات والعوازل
تؤثر طريقة ارتباط الذرات معًا على الخواص الكهربائية للمواد التي تتكون منها. على سبيل المثال ، في المواد التي يتم ربطها ببعضها بواسطة الرابطة المعدنية ، تطفو الإلكترونات بشكل فضفاض بين أيونات المعادن. ستكون هذه الإلكترونات حرة في الحركة إذا تم تطبيق قوة كهربائية. على سبيل المثال ، إذا تم توصيل سلك نحاسي عبر أعمدة البطارية ، فستتدفق الإلكترونات داخل السلك. وهكذا ، يتدفق تيار كهربائي ، ويقال أن النحاس موصل.
إن تدفق الإلكترونات داخل الموصل ليس بهذه البساطة. سيتم تسريع الإلكترون الحر لفترة من الوقت ولكنه سيتصادم بعد ذلك مع أيون. في عملية التصادم ، سيتم نقل بعض الطاقة التي يكتسبها الإلكترون إلى الأيون. ونتيجة لذلك ، سوف يتحرك الأيون بشكل أسرع ، وسيلاحظ مراقب ارتفاع درجة حرارة السلك. يسمى تحويل الطاقة الكهربائية من حركة الإلكترونات إلى طاقة حرارية المقاومة الكهربائية. في مادة عالية المقاومة ، يسخن السلك بسرعة مع تدفق التيار الكهربائي. في مادة ذات مقاومة منخفضة ، مثل الأسلاك النحاسية ، تبقى معظم الطاقة مع الإلكترونات المتحركة ، وبالتالي فإن المادة جيدة في نقل الطاقة الكهربائية من نقطة إلى أخرى. إن خاصية التوصيل الممتازة ، إلى جانب تكلفتها المنخفضة نسبيًا ، هي سبب استخدام النحاس بشكل شائع في الأسلاك الكهربائية.
يتم الحصول على الحالة المعاكسة تمامًا في المواد ، مثل البلاستيك والسيراميك ، حيث يتم قفل جميع الإلكترونات في روابط أيونية أو تساهمية. عندما توضع هذه الأنواع من المواد بين أقطاب البطارية ، لا يتدفق التيار - لا توجد ببساطة إلكترونات حرة للتحرك. تسمى هذه المواد العوازل.
الخواص المغناطيسية
ترتبط الخصائص المغناطيسية للمواد أيضًا بسلوك الإلكترونات في الذرات. يمكن اعتبار الإلكترون الموجود في المدار بمثابة حلقة مصغرة للتيار الكهربائي. وفقًا لقوانين الكهرومغناطيسية ، ستؤدي هذه الحلقة إلى إنشاء مجال مغناطيسي. ينتج كل إلكترون في مدار حول النواة مجاله المغناطيسي الخاص به ، ويحدد مجموع هذه الحقول ، جنبًا إلى جنب مع المجالات المتأصلة للإلكترونات والنواة ، المجال المغناطيسي للذرة. ما لم يتم إلغاء كل هذه الحقول ، يمكن اعتبار الذرة مغناطيسًا صغيرًا.
في معظم المواد ، تشير هذه المغناطيسات الذرية إلى اتجاهات عشوائية ، بحيث لا تكون المادة نفسها مغناطيسية. في بعض الحالات - على سبيل المثال ، عندما يتم وضع مغناطيسات ذرية موجهة بشكل عشوائي في مجال مغناطيسي خارجي قوي - فإنها تصطف ، مما يقوي المجال الخارجي في العملية. تُعرف هذه الظاهرة باسم البارامغناطيسية. في عدد قليل من المعادن ، مثل الحديد ، تكون القوى بين الذرية بحيث تصطف المغناطيسات الذرية فوق مناطق عبر عدة آلاف من الذرات. تسمى هذه المناطق المجالات. في الحديد العادي ، يتم توجيه المجالات بشكل عشوائي ، لذلك فإن المادة ليست مغناطيسية. ومع ذلك ، إذا تم وضع الحديد في مجال مغناطيسي قوي ، فسوف تصطف المجالات وستبقى مبطنة حتى بعد إزالة المجال الخارجي. ونتيجة لذلك ، ستكتسب قطعة الحديد مجالًا مغناطيسيًا قويًا. تُعرف هذه الظاهرة باسم المغناطيسية الحديدية. مصنوعة المغناطيس الدائم بهذه الطريقة.
