Физика 8 класс. Проводники и диэлектрики. Электрический ток в металлах и электролитах :: Класс!ная физика
Физика 8 класс. ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ
Проводник — это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.
В проводниках возможно возникновение электрического тока под действием приложенного электрического поля.
Все металлы, растворы солей и кислот, влажная почва, тела людей и животных — хорошие проводники электрических зарядов.
___
Изолятор ( или диэлектрик ) — тело не содержащее внутри свободные электрические заряды.
В изоляторах электрический ток невозможен.
К диэлектрикам можно отнести — стекло, пластик, резину, картон,
воздух. тела изготовленные из диэлектриков называют изоляторами.
Абсолютно непроводящая жидкость – дистиллированная, т.е. очищенная вода,
(любая другая вода (водопроводная или морская) содержит какое-то количество
примесей и является проводником)
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ
В металле всегда существует большое количество свободных электронов.
Электрический ток в металлических проводниках — это упорядоченное движение свободных электронов под действием электрического поля, создаваемого источником тока.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ
Электрический ток могут проводить растворы солей и кислот, а также обычная вода ( кроме дистиллированной).
Раствор, способный проводить электрический ток, называется электролитом.
В растворе молекулы растворяемого вещества под действием растворителя
превращаются в положительные и отрицательные ионы. Ионы
под действием приложенного к раствору электрического поля могут перемещаться:
отрицательные ионы — к положительному электроду, положительные
ионы – к отрицательному электроду.
В электролите возникает электрический ток.
При прохождении тока через электролит на электродах выделяются чистые вещества, содержавшиеся в растворе. Это явление называется электролизом.
ИНТЕРЕСНО …
В 17 веке после того как Уильям Гильберт установил, что многие тела обладают
способностью электризоваться при их натирании, в науке считалось, что все тела по отношению
к электризации делятся на два вида: на способные электризоваться при трении,
и на тела, не электризующиеся при трении.
Только в первой половине 18 века было установлено, что некоторые тела обладают, кроме того, способностью распространять электричество. Первые опыты в этом направлении были проведены английским физиком Греем. В 1729
г. Грей открыл явление электрической проводимости.
Он установил, что электричество способно передаваться от одних
тел к другим
по металлической проволоке. По шелковой же нити электричество
не распространялось.
Именно Грей разделил вещества на проводники
и непроводники электричества.
Только в 1739г.
___
К началу 19 века стало известно, что разряд электрических рыб проходит через металлы, но не проходит через стекло и воздух.
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?
Гальваностегия.
Покрытие предметов слоем металла при помощи электролиза называется гальваностегией. Металлизировать можно не только металлические предметы, но и
предметы из дерева, листья растений, кружева, мертвых насекомых.
Сначала надо сделать эти предметы жесткими, а для этого подержать
их некоторое время в расплавленном воске.
Археологические раскопки, относящиеся к временам Парфянского
царства, позволяют допустить,
что уже две тысячи лет тому назад производилось гальваническое золочение и серебрение изделий!
Об
этом говорят и находки, сделанные в гробницах египетских фараонов.
Устали? — Отдыхаем!
что это, примеры / Справочник :: Бингоскул
Проводник электрической энергии в физике: что это, примерыдобавить в закладки удалить из закладок
Содержание:
По способности проводить электрический ток различают три типа материалов: диэлектрики, полупроводники и проводники. Последние являются средой для передачи электричества под действием внешнего силового поля. Рассмотрим, что такое проводник электрического тока в физике, каковы его характеристики. Назовём примеры таких материалов и сред.
Проводник – это что в физике
Металлы – вещества, обладающие наилучшей проводимостью электричества.
Они имеют кристаллическую структуру, где электроны на внешних оболочках являются общими для расположенных по соседству ионов, могут свободно передвигаться от одного к другому. Перемещаются они в хаотичном порядке до приложения к материалу электрического поля. Оно упорядочивает ток носителей отрицательного заряда – кристаллы превращаются в проводники – это вещества, по которым хорошо перемещаются электрические заряды.
Кроме металлов проводниками являются: полуметаллы, различные формы карбона (графин) и электролиты: растворы солей, кислот в воде. Электричество через себя пропускают ионизованные газы – плазма. Полупроводники при определённых условиях также становятся проводниками, их свойства зависят от количества и качества примесей, температуры, уровня освещённости и прочих условий.
Материалы с хорошей проводимостью делятся на проводники:
- Первого рода – обладают электронной проводимостью, большинство материалов.
- Второго рода – у них ионная проводимость, к таким относятся электролиты, плазма, расплавленные металлы.
Проводимость изменяется в сименсах (СМ), это обратно пропорциональная сопротивлению материала величина.
Среди металлов и их сплавов встречаются материалы со сверхпроводимостью, которая наблюдается в узком диапазоне низких температур.
Примеры проводников
Нас практически везде окружают вещества, отлично пропускающие энергию электрического поля. Приведём несколько примеров проводников электрической энергии (электричества). К таким относятся:
- Металлы: алюминий и медь – самые распространённые материалы в электрике и электротехнике.
- Живые организмы неплохо пропускают электричество.
- Ионизованный воздух – все наблюдали, как электрический разряд рассекает атмосферу.
- Насыщенная растворами минералов и солей вода, например, горные ручьи.
- Некоторые формы углерода: графит – скользящие контакты – графитовые щётки для электрических двигателей, графитовая пыль, полимерные предохранители.
- Сплавы металлов, полуметаллов, материалов на основе углерода.
Также ток проводит железо, сталь, сплавы на их основе.
Тесты
Выберите, какие из веществ являются хорошими проводниками:
- Плазма, электролиты, жидкости.
- Металлы, электролиты, ионизированный газ, растворы солей.
- Газы, кристаллы, щёлочи, сплавы металлов.
Проводником электричества называется вещество:
- Которое легко электризуется.
- Проводит заряды от источника электричества.
- Передаёт положительные заряды.
Поделитесь в социальных сетях:
3 марта 2022, 09:44
Физика
Could not load xLike class!
Что такое проводник?
К
- Рахул Авати
Проводник или электрический проводник — это вещество или материал, через который проходит электричество.
В проводнике носители электрического заряда, обычно электроны или ионы, легко перемещаются от атома к атому при приложении напряжения. Большинство металлов, таких как медь, считаются хорошими проводниками, в то время как неметаллы считаются плохими проводниками, то есть изоляторами.
В целом под проводимостью понимается способность вещества передавать электричество или тепло. Проводник проводит электричество, так как он оказывает небольшое сопротивление потоку электронов или не оказывает никакого сопротивления, что приводит к протеканию электрического тока. Обычно металлы, металлические сплавы, электролиты и даже некоторые неметаллы, такие как графит и жидкости, включая воду, являются хорошими проводниками электричества. Чистое элементарное серебро является одним из лучших проводников электричества. Другие хорошие электрические проводники включают следующее:
- медь
- сталь
- золото
- серебро
- платина
- алюминий
- латунь
Люди также являются хорошими проводниками электричества, поэтому прикосновение к человеку, пораженному электрическим током, вызывает такой же удар.
В электрических и электронных системах проводники состоят из твердых металлов, отформованных в провода или вытравленных на печатных платах.
Важные особенности электрического проводника включают следующее:
- Обеспечивает свободное движение через него электронов или ионов.
- У него внутри нулевое электрическое поле, что позволяет двигаться электронам или ионам.
- Снаружи проводника электрическое поле перпендикулярно поверхности проводника.
- Он имеет нулевую плотность заряда, благодаря чему положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, а свободные заряды существуют только на поверхности.
Кроме того, проводники имеют низкое сопротивление и высокую теплопроводность. Кроме того, проводник, помещенный в магнитное поле, не накапливает энергию. Наконец, оба конца проводника находятся под одинаковым потенциалом. Электричество течет по проводнику, когда потенциал меняется на одном конце, что позволяет электронам течь от одного конца к другому.
Согласно зонной теории в физике твердого тела, твердые тела имеют валентную зону и зону проводимости. Чтобы материал мог проводить через него электрический ток, между его валентной зоной и зоной проводимости не должно быть энергетической щели. Таким образом, в проводниках эти полосы перекрываются, позволяя электронам проходить через материал даже при приложении минимального напряжения. Поскольку внешние электроны в валентной зоне слабо связаны с атомом, приложение напряжения, электродвижущая сила или тепловое воздействие возбуждают их, что перемещает их из валентной зоны в зону проводимости.
Схема энергетической зоны проводника В зоне проводимости эти электроны могут свободно перемещаться где угодно, что приводит к обилию электронов в этой зоне.
Когда в проводнике есть разность потенциалов в двух точках, электроны перетекают из точки с более низким потенциалом в точку с более высоким потенциалом. Электроны и электричество текут в противоположных направлениях. В этой ситуации материал проводника оказывает лишь небольшое сопротивление.
Что такое изоляторы?Материалы, которые не пропускают электрический ток или тепло, известны как изоляторы или диэлектрические материалы. Большинство изоляторов являются твердыми по своей природе. Примеры включают следующее:
- дерево
- ткань
- стекло
- кварц
- слюда
- пластик
- фарфор
- резина
Большинство газов и некоторые типы дистиллированной воды также являются хорошими изоляторами.
Материал, который довольно хорошо проводит электричество, но не так хорошо, как проводник, известен как резистор . Наиболее распространенным примером резистора является комбинация углерода и глины, смешанных в определенном соотношении для создания постоянного, предсказуемого сопротивления электрическому току.
Полупроводники ведут себя как хорошие проводники при одних условиях, но как плохие проводники при других. В полупроводнике как электроны, так и так называемые дырки — отсутствие электронов — действуют как носители заряда. Примеры полупроводников включают кремний, германий и различные оксиды металлов.
При экстремально низких температурах некоторые металлы проводят электричество лучше, чем любое известное вещество при комнатной температуре. Это явление называется сверхпроводимость .
Вещество, которое ведет себя таким образом, называется сверхпроводником .
Температура и проводимость обратно пропорциональны, то есть повышение температуры отрицательно влияет на проводимость. С повышением температуры увеличивается и колебание молекул проводника. Это препятствует плавному потоку электронов, тем самым уменьшая проводимость материала.
Кроме того, повышение температуры приводит к разрыву связей в молекулах проводника, что приводит к высвобождению электронов. Это оставляет материал с меньшим количеством электронов, тем самым снижая способность материала проводить через него электрический ток.
Типы проводниковВ зависимости от омической характеристики электрические проводники классифицируются как:
- жилы омические
- неомические проводники
Омические проводники всегда следуют закону Ома, согласно которому приложенное напряжение прямо пропорционально протекающему току.
Примеры включают алюминий, медь и серебро. Неомические проводники, которые не подчиняются закону Ома, включают термисторы и фоторезисторы, зависящие от света.
полезны для многих приложений, включая следующие:
- Алюминий, хорошо проводящий тепло и электричество, обычно используется для изготовления кухонной утвари. Он также используется в фольге для хранения и консервации пищевых продуктов.
- Железо, хорошо проводящее тепло, используется в производстве автомобильных двигателей.
- Проводники также используются в автомобильных радиаторах для отвода тепла от двигателя.
Изоляторы также используются для многих распространенных применений. Например, каучук используется для изготовления огнеупорной одежды и обуви. Пластик часто включают в электрические приборы, чтобы предотвратить поражение пользователей электрическим током. Изоляторы также защищают пользователей от огня и звука.
См. также: Эффект Зеебека , переменный ток , постоянный ток , проводимость , Flux , Ampere , Эффект зала , Электромагнитная индукция и . .
Последнее обновление: май 2022 г.
Продолжить чтение О дирижере- IBM: еще один чип в стене
- Подготовьте провода к Интернету вещей
- Создание руководства по электробезопасности для центра обработки данных
- Подсоедините анизотропную проводящую пленку для ваших устройств IoT
- Баланс электроэнергии — построение устойчивой электросети
распознавание изображений
Распознавание изображений в контексте машинного зрения — это способность программного обеспечения идентифицировать объекты, места, людей, надписи и действия на цифровых изображениях.
Сеть
- WAN (глобальная сеть)
Глобальная вычислительная сеть (WAN) — это географически распределенная частная телекоммуникационная сеть, которая соединяет между собой несколько локальных …
- SD-ветка
SD-филиал — это единая автоматизированная централизованно управляемая программно-ориентированная платформа, заменяющая или дополняющая существующий филиал …
- сетевой протокол
Сетевой протокол — это набор установленных правил, которые определяют, как форматировать, отправлять и получать данные, чтобы компьютерная сеть …
Безопасность
- Альянс облачной безопасности (CSA)
Альянс по безопасности облачных вычислений (CSA) — это некоммерческая организация, которая продвигает исследования передовых методов обеспечения безопасности облачных .
.. - квантовое превосходство
Квантовое превосходство — это экспериментальная демонстрация доминирования и преимущества квантового компьютера над классическими компьютерами с помощью …
- антивирусное программное обеспечение (антивирусная программа)
Антивирусное программное обеспечение (антивирусная программа) — программа обеспечения безопасности, предназначенная для предотвращения, обнаружения, поиска и удаления вирусов и других…
..ИТ-директор
- сделка
В вычислениях транзакция представляет собой набор связанных задач, рассматриваемых как одно действие.
- бережливое управление
Бережливое управление — это подход к управлению организацией, который поддерживает концепцию постоянного совершенствования, долгосрочного …
- идентификатор устройства (идентификация устройства)
Идентификатор устройства (идентификация устройства) — это анонимная строка цифр и букв, которая однозначно идентифицирует мобильное устройство, такое как .
..
..HRSoftware
- кадровый резерв
Кадровый резерв — это база данных кандидатов на работу, которые могут удовлетворить немедленные и долгосрочные потребности организации.
- разнообразие, равенство и инклюзивность (DEI)
Разнообразие, равенство и инклюзивность — термин, используемый для описания политики и программ, которые способствуют представительству и …
- пассивный кандидат
Пассивный кандидат (пассивный кандидат на работу) — это любой работник, который не ищет работу активно.
Служба поддержки клиентов
- лид, квалифицированный продуктом (PQL)
Лид, квалифицированный по продукту (PQL), — это физическое или юридическое лицо, которое получило выгоду от использования продукта в результате бесплатного …
- квалифицированный маркетолог лид (MQL)
Квалифицированный маркетолог (MQL) — это посетитель веб-сайта, уровень вовлеченности которого указывает на то, что он может стать клиентом.
- успех клиента
Успех клиента — это стратегия, направленная на то, чтобы продукция компании соответствовала потребностям клиента.
18.2 Проводники и изоляторы — Физика колледжа 2e
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Дайте определение проводника и изолятора, объясните разницу и приведите примеры каждого из них.
- Опишите три способа зарядки объекта.
- Объясните, что происходит с электрической силой по мере удаления от источника.
- Определение поляризации.
Рисунок
18.10
В этом адаптере питания используются металлические провода и разъемы для передачи электричества от настенной розетки к портативному компьютеру. Проводящие провода позволяют электронам свободно перемещаться по кабелям, экранированным резиной и пластиком. Эти материалы действуют как изоляторы, которые не позволяют электрическому заряду выходить наружу.
(кредит: Эван-Амос, Wikimedia Commons)
Некоторые вещества, такие как металлы и соленая вода, позволяют зарядам проходить сквозь них относительно легко. Некоторые электроны в металлах и подобных проводниках не связаны с отдельными атомами или участками материала. Эти свободные электроны могут двигаться через материал так же, как воздух движется через рыхлый песок. Любое вещество, которое имеет свободные электроны и позволяет заряду относительно свободно перемещаться по нему, называется проводником. Движущиеся электроны могут сталкиваться с неподвижными атомами и молекулами, теряя часть энергии, но они могут двигаться в проводнике. Сверхпроводники позволяют перемещать заряд без потери энергии. Соленая вода и другие подобные проводящие материалы содержат свободные ионы, которые могут проходить сквозь них. Ион — это атом или молекула, имеющие положительный или отрицательный (ненулевой) общий заряд. Другими словами, общее количество электронов не равно общему количеству протонов.
Другие материалы, такие как стекло, не позволяют зарядам проходить сквозь них.
Их называют изоляторами. Электроны и ионы в изоляторах связаны в структуре и не могут свободно двигаться — в 10231023 раз медленнее, чем в проводниках. Например, чистая вода и сухая поваренная соль являются изоляторами, тогда как расплавленная соль и соленая вода являются проводниками.
Рисунок
18.11
Электроскоп — излюбленный инструмент на демонстрациях физики и в студенческих лабораториях. Обычно он состоит из листьев из золотой фольги, подвешенных к (проводящему) металлическому стержню, и изолирован от комнатного воздуха в контейнере со стеклянными стенками. (а) Положительно заряженную стеклянную палочку подносят к кончику электроскопа, притягивая электроны к вершине и оставляя положительный заряд на листьях. Словно заряды на свету отталкиваются гибкие золотые листья, разделяя их. (b) Когда стержень касается шарика, электроны притягиваются и передаются, уменьшая суммарный заряд стеклянного стержня, но оставляя электроскоп положительно заряженным. (c) Избыточные заряды равномерно распределяются в ножке и лепестках электроскопа после удаления стеклянной палочки.
Зарядка от контакта
На рис. 18.11 показан электроскоп, который заряжается при прикосновении к нему положительно заряженной стеклянной палочки. Поскольку стеклянный стержень является изолятором, он должен фактически касаться электроскопа, чтобы передавать на него или от него заряд. (Обратите внимание, что дополнительные положительные заряды остаются на поверхности стеклянной палочки в результате натирания ее шелком перед началом эксперимента.) Поскольку в металлах движутся только электроны, мы видим, что они притягиваются к верхней части электроскопа. Там некоторые переносятся на положительный стержень на ощупь, оставляя электроскоп с чистым положительным зарядом.
Электростатическое отталкивание в створках заряженного электроскопа разделяет их. Электростатическая сила имеет горизонтальную составляющую, которая приводит к раздвижению листьев, а также вертикальную составляющую, которая уравновешивается гравитационной силой. Точно так же электроскоп может быть заряжен отрицательно при контакте с отрицательно заряженным объектом.
Индукционная зарядка
Нет необходимости передавать избыточный заряд непосредственно объекту, чтобы зарядить его. На рис. 18.12 показан метод индукции, при котором заряд создается в близлежащем объекте без прямого контакта. Здесь мы видим две нейтральные металлические сферы, соприкасающиеся друг с другом, но изолированные от остального мира. Положительно заряженный стержень подносят к одному из них, притягивая отрицательный заряд к этой стороне, оставляя другой шар положительно заряженным.
Это пример наведенной поляризации нейтральных объектов. Поляризация — это разделение зарядов в объекте, который остается нейтральным. Если сферы теперь разделены (до того, как стержень будет оторван), каждая сфера будет иметь суммарный заряд. Обратите внимание, что объект, ближайший к заряженному стержню, получает противоположный заряд при индукционной зарядке. Обратите также внимание на то, что с заряженного стержня не снимается заряд, так что этот процесс можно повторить, не истощая запас избыточного заряда.
Другой метод индукционной зарядки показан на рис. 18.13. Нейтральный металлический шар поляризуется, когда к нему подносят заряженный стержень. Затем сфера заземляется, а это означает, что проводящий провод проходит от сферы к земле. Поскольку земля большая и большая часть земли является хорошим проводником, она может легко подавать или принимать избыточный заряд. В этом случае электроны притягиваются к сфере через провод, называемый заземляющим проводом, потому что он обеспечивает проводящий путь к земле. Заземление разрывается до того, как заряженный стержень удаляется, в результате чего остается сфера с избыточным зарядом, противоположным заряду стержня. Опять же, противоположный заряд достигается при зарядке индукцией, и заряженный стержень не теряет своего избыточного заряда.
Рисунок
18.12
Зарядка индукционная. (а) Два незаряженных или нейтральных металлических шара соприкасаются друг с другом, но изолированы от остального мира. (b) Положительно заряженную стеклянную палочку подносят к сфере слева, притягивая к себе отрицательный заряд и оставляя другую сферу положительно заряженной.
(c) Сферы разделяются до того, как стержень удаляется, тем самым разделяя отрицательный и положительный заряды. (d) Сферы сохраняют суммарные заряды после удаления индуцирующего стержня, даже если к ним не прикасался заряженный объект.
Рисунок 18.13 Зарядка индукционная, с использованием заземления. а) К нейтральному металлическому шару подносят положительно заряженный стержень, который поляризует его. (b) Сфера заземлена, что позволяет электронам притягиваться из достаточного количества земли. (c) Нарушено соединение с землей. (d) Положительный стержень удаляется, оставляя сферу с индуцированным отрицательным зарядом.
Рисунок
18.14
И положительные, и отрицательные объекты притягивают нейтральный объект, поляризуя его молекулы. а) Положительный объект, поднесенный к нейтральному изолятору, поляризует его молекулы. Происходит небольшой сдвиг в распределении электронов, вращающихся вокруг молекулы, при этом разноименные заряды приближаются, а одноименные отдаляются.
Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, возникает чистое притяжение. (b) Отрицательный объект создает противоположную поляризацию, но снова притягивает нейтральный объект. (c) Тот же эффект имеет место для проводника; поскольку разноименные заряды ближе, возникает чистое притяжение.
Нейтральные объекты могут притягиваться к любому заряженному объекту. Например, кусочки соломы, притянутые к полированному янтарю, нейтральны. Если провести пластиковой расческой по волосам, заряженная расческа может собрать нейтральные кусочки бумаги. На рис. 18.14 показано, как поляризация атомов и молекул в нейтральных объектах приводит к их притяжению к заряженному объекту.
Когда заряженный стержень приближается к нейтральному веществу, в данном случае к изолятору, распределение заряда в атомах и молекулах немного смещается. Противоположный заряд притягивается к внешнему заряженному стержню, а одноименный отталкивается. Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, отталкивание одноименных зарядов слабее, чем притяжение разноименных зарядов, и поэтому возникает чистое притяжение.
Таким образом, положительно заряженная стеклянная палочка притягивает нейтральные кусочки бумаги, как и отрицательно заряженная резиновая палочка. Некоторые молекулы, например вода, являются полярными молекулами. Полярные молекулы имеют естественное или врожденное разделение зарядов, хотя в целом они нейтральны. Полярные молекулы особенно подвержены влиянию других заряженных объектов и проявляют более сильные поляризационные эффекты, чем молекулы с естественным однородным распределением заряда.
Проверьте свое понимание
Можете ли вы объяснить притяжение воды к заряженному стержню на рисунке ниже?
Рисунок 18.15
Решение
Молекулы воды поляризованы, что придает им слегка положительные и слегка отрицательные стороны. Это делает воду еще более восприимчивой к притяжению заряженного стержня. Кроме того, водопроводная вода содержит растворенные ионы (положительные и отрицательные заряды). Когда вода течет вниз, под действием силы тяжести заряженный проводник оказывает суммарное притяжение к противоположным зарядам в потоке воды, притягивая его ближе.