Проводники, изоляторы и полупроводники | Электрикам
Любое тело состоит из молекул и атомов. Атом включает в себя отрицательно заряженные электроны и положительно заряженное ядро. Электроны в атоме совершают орбитальные вращения вокруг ядра. В том случае, если сумма отрицательно заряженных электронов равна положительному заряду, то атом считается электрически нейтральным. В таблице Менделеева порядковый номер элемента определяется числом электронов атома с нейтральным зарядом. Электрический заряд электрона равен -1,6*10-19 Кл. Заряд ядра по абсолютному значению равен заряду электрона, умноженному на число электронов атома с нейтральным зарядом.
Электроны атомов, как правило, расположены на внешних или внутренних орбитах. Те электроны, что расположены на внутренних орбитах, относительно прочно связываются с ядром атома. Валентные электроны, т.е. те, которые находятся на внешних орбитах, могут отрываться от атома и находиться в «свободном» состоянии до тех пор, пока не присоединятся к новому атому.
Процесс формирования ионов называется — ионизацией.
Количество «свободных» ионов или электронов, т.е. частиц, переносящих заряд, в единице объема вещества называют концентрацией носителей заряда.
Электрический ток — это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц.
Электропроводность — это способность вещества, под действием электрического поля, проводить через себя электрический ток.
Чем выше концентрация носителей заряда в веществе, тем больше его электропроводность. В зависимости от способности проводить электрический ток, вещества разделяют на 3 группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.
Проводники электрического тока
Проводники — это вещества с высокой электропроводностью.
Проводников бывает 2 типа: с электронной проводимостью и ионной проводимостью. К электронной проводимости относятся металлы и их сплавы. В металлах электрический ток создается перемещением электронов. Проходящий через такие проводники ток никак не сказывается на материале и не изменяет его химическую составляющую.
Высокий уровень электропроводности металлов обусловлен тем, что в них много «свободных» электронов, находящихся в состоянии беспорядочного движения и заполняющие объём проводника словно газ. При таком активном движении электроны сталкиваются с ионами неподвижной кристаллической решётки, состоящей из атомов вещества. В следствии чего электроны изменяют направление движения, скорость и свою кинетическую энергию.
Если в проводнике 1-го типа есть электрическое поле, то на заряды проводника действуют силы этого поля, упорядочивая их движение. Свободные электроны двигаются не в хаотическом порядке, а в одном направлении противоположно направлению поля (от минусовой клеммы к плюсовой).
Данное упорядоченное движение свободных носителей заряда под действием электрического поля является — электрическим током (проводимости).
Проводники 2-го типа представляют собой растворы или расплавы солей, кислот, щелочей и т. п. в которых не завися от прохождения тока наблюдается электролитическая диссоциация.
Электролитическая диссоциация — это процесс распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы.
Положительные ионами выступают водород и ионы металлов. Отрицательные — гидроксильная группа и кислотные остатки.
Данные растворы или расплавы состоящие из ионов, частично или полностью, называются электролитами. Без воздействия внешнее электрическое поля, молекулы и ионы такого проводника будут находиться в состоянии хаотического движения.
При возникновении в таком проводнике электрического поля, движение ионов приобретает направленное упорядоченное движение, т.
е. через проводник протекает ток (проводимости). Положительные ионы двигаются по направлению поля, а отрицательные против.
Полупроводники
Полупроводники — это вещества, электропроводность которых зависит от температуры, освещенности, электрических полей и примесей. К таким материалам относят: кремний, теллур, германий, селен, соединения металлов с серой и окислы металлов. Полупроводники отличаются еще и тем, что кроме электронной проводимости имеют и дырочную электропроводность. Дырочная электропроводность вызывается движением «дырок» из-за влияния электрического поля. «Дырки» — это свободные места в атомах, которые не заняты валентными электронами. Это подобно тому, что положительно заряженные частицы перемещаются так же, как и заряды, равные зарядам электронов. На сегодняшний день, использование полупроводников широко распространено в разных устройствах и приборах, например, в фоторезисторах и полупроводниковых диодах.
Электрические диэлектрики
Диэлектрики — это те вещества, в которых при нормальных условиях очень малое количество свободных электрически заряженных частниц.
В следствии чего они обладают низкой электропроводностью. К диэлектрикам относятся газы, минеральные масла, лаки и твердые материалы (кроме металлов). Однако, если на диэлектрик будет действовать высокая температура или сильное электрическое поле, то начнется расщепление молекул на ионы, которые потеряют вследствие этого воздействия свои изолирующие свойства.
Более подробно о диэлектриках в электрическом поле читайте в данной статье —>
#1. Как называются вещества с высокой электропроводностью?
Полупроводники
Диэлектрики
Проводники
#2. Как называется процесс распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы?
Электропроводность
Электролитическая диссоциация
Электролитическая ассоциация
#3.
Чем являются основные носители заряда в металлах?Диполи
Ионы
Электроны
Завершить
Отлично!
Попытайтесь снова(
30.08.2020
ТОЭ
Электрические цепи постоянного тока
Что такое проводники и изоляторы, в чем их разница?
Разнообразны материалы, применяемые в электротехнике. Некоторые элементы периодической системы Менделеева используются в электротехнике в чистом виде. Другие входят в различные химические соединения, важные для электротехники.
Трудно назвать материал, который бы не относился к «строительным материалам электротехники». Можно выделить две большие группы материалов: те, у которых удельное электросопротивление измеряетс микроомами — это проводники, и материалы, имеющие удельное электросопротивление выше миллиона мегом, ‘ называемые изоляторами или диэлектриками.
Деление всех окружающих нас материалов на проводники и изоляторы возникло впервые 300 лет назад. Физики того времени исследовали электризацию трением и установили, что «…янтарь, шелк, волосы, смолы, стекло, сера, каучук, фарфор не проводят электричества, а металлы, уголь, живые ткани растений, наоборот, электричество передают».
Но как всякая классификация, так и это деление всех материалов на изоляторы и проводники электричества относительно и не всегда справедливо. Стекло к примеру при комнатной температуре относится к хорошим изоляторам. Но при красном калении оно довольно хорошо проводит ток.
Ток проводимости — это движение заряженных частиц, а такими частицами могут быть электроны и заряженные атомы, т. е. атомы, у которых недостает одного или более электронов или, наоборот, имеется избыток электронов. Нейтральные атомы остаются неподвижными под действием электрических сил, а заряженные ускоряются пропорционально их заряду и обратно пропорционально их массе.
Эти заряженные атомы называются ионами (по-гречески это значит странниками).
Атомы с недостачей электронов — ионы положительные, атомы с избытком электронов — ионы отрицательные.
В металлах имеется много не связанных с атомами электронов; самые слабые электрические силы приводят эти электроны в движение. Поэтому металлы хорошо проводят ток и такая проводимость называется электронной.
Кроме металлов, электронной проводимостью обладают и некоторые соединения, например сернистая медь.
В стекле, бумаге, фарфоре таких полусвободных электронов при комнатной температуре нет. Эти вещества могут проводить ток только за счет движения ионов. Ионной проводимостью обладают также обычная поваренная соль и многие другие материалы.
Есть еще вещества со смешанной проводимостью это такие, в которых ток переносится и ионами и электронами.
Когда вещество раскалено и оно светится, многие из его атомов ионизированы. В таком состоянии вещество не является изолятором. Чем прочнее химическое соединение, чем более высокая температура нужна для его разложения, тем лучше оно может работать как изолятор.
Окись алюминия, например, может служить изолятором при температурах около 1 000° С.
Окисью алюминия изолируют вольфрамовые подогреватели для катодов электронных ламп. Но при еще более высоком нагреве и этот материал проводит ток.
При очень высоких температурах нет электрических изоляторов, как нет и химических соединений, существуют одни только проводники. Правда, довольно плохие проводники с высоким электросопротивлением.
Но вернемся снова в область комнатных температур. Вода, очень хорошо очищенная,— это почти изолятор. Но достаточно малейших загрязнений, чтобы вода стала проводником.
В замерзшем же виде даже загрязненная вода становится довольно хорошим изолятором. Можно прокладывать по снегу голые высоковольтные провода, и утечки тока почти не будет.
Вода с растворенными в ней соединениями называется. электролитом. В электролитах свободных электронов не бывает, а ток в электролитах проводится ионами. Поэтому ионную проводимость часто называют еще электролитической проводимостью.
Электролитическая проводимость всегда связана с переносом вещества. Отрицательные ионы движутся к положительному полюсу — аноду, а положительные ионы к отрицательному полюсу — катоду.
Окружающий нас мир в своем естественном состоянии — в значительной части мир изоляторов-К ним относятся все газы, большинство горных пород» сухая древесина.
Впрочем, надо заметить, что при очень высоких электрических напряжениях все без исключения изоляторы становятся проводниками. В них происходит пробой. Связь между частицами нарушается. В сильных электрических полях нет изоляторов.
Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.
1290
Статьи для начинающих
- Схемы ламповых усилителей на одной лампе 6П15П, 6Ф3П (1-1,5 Вт)
- Детектор и радиоприем — вопросы и ответы
- Супергетеродинные приемники, их работа и особенности — вопросы и ответы
- Экономичный приемник на пальчиковых лампах 1К1П и 2П1П
Проводники и изоляторы
Проводники и изоляторы В проводнике электрический ток может течь свободно, в изоляторе — нет. Проще говоря, большинство металлов являются хорошими проводниками электричества, а большинство неметаллов — нет. Металлы также обычно являются хорошими проводниками тепла, а неметаллы — нет.
| Индекс | ||
| Назад |
Металлы, такие как медь, являются типичными проводниками, в то время как большинство неметаллических твердых тел считаются хорошими изоляторами, обладающими чрезвычайно высоким сопротивлением потоку заряда через них. «Проводник» подразумевает, что внешние электроны атомов слабо связаны и могут свободно перемещаться через материал. Большинство атомов крепко удерживают свои электроны и являются изоляторами. В меди валентные электроны практически свободны и сильно отталкиваются друг от друга. Любое внешнее воздействие, которое перемещает один из них, вызовет отталкивание других электронов, которые распространяются по проводнику «домино». Большинство твердых материалов классифицируются как изоляторы, потому что они оказывают очень большое сопротивление потоку электрического тока.
По сравнению с удельным сопротивлением меди:
| Индекс | ||||||||||||||
| Назад |
Металлы классифицируются как проводники, потому что их внешние электроны не связаны прочно, но в большинстве материалов даже самые внешние электроны связаны настолько прочно, что поток электронов через них практически нулевой при обычном напряжении. Некоторые материалы являются особенно хорошими изоляторами и могут характеризоваться высоким удельным сопротивлением: Электрические цепи считаются состоящими из локализованных элементов цепи, соединенных проводами, которые имеют пренебрежимо малое сопротивление.
| Индекс | ||
| Назад |
Тремя основными элементами схемы являются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Здесь будут рассматриваться только эти пассивные элементы; активные элементы схемы являются предметом электроники.Рабочий лист: электрические проводники и изоляторы
Начало практики
В этом рабочем листе мы будем практиковаться в определении свойств электрических проводников и изоляторов и проверке того, является ли материал проводником электричества.
Q1:
Класс А испытал различные материалы, чтобы определить, являются ли они проводниками или изоляторами.
Посмотри на
их таблица результатов. Видите ли вы закономерность, в которой материалы являются проводниками?
| Материал | Изолятор | Проводник |
|---|---|---|
| Silver fork | ✓ | |
| Metal key | ✓ | |
| Plastic spoon | ✓ | |
| Aluminum foil | ✓ | |
| Plastic bag | ✓ |
- AВсе пластиковые предметы являются проводниками.
- МЯЧ Все металлические предметы являются проводниками.
Q2:
Как вы думаете, каким из следующих материалов было бы безопасно обернуть переключатель снаружи?
- AGЗолотой
- BМедь
- Серебро
- DПластик
Q3:
Заполните пропуск: Материал, который , а не позволяют электричеству легко проходить через него, называется
электрический .
- Проводник
- Барьер
- Синсулятор
Q4:
Глядя на схему ниже, откуда мы знаем, что металлический гвоздь является проводником?
- AОн меняет цвет, когда через него проходит электричество.
- BI Через него проходит электричество, поэтому лампочка загорается.
- CОн не пропускает электричество, поэтому лампочка не загорается.
Q5:
В этой схеме я использовал пластиковую ложку. Является ли пластиковая ложка проводником?
- Да
- Б №
Q6:
Металлы, как правило, являются хорошими проводниками, а пластмассы — очень хорошими изоляторами.
Посмотрите на
схему показанного провода и заполните отсутствующую этикетку материалом.
- Пластик
- BМеталл
- CДерево
Q7:
Заполните пропуск: Материал, пропускающий электричество поток через него легко называется электрическим .
- Агат
- Бисулятор
- Проводник
Q8:
Класс проводит эксперименты в группах, проверяя, проводят ли различные материалы электричество или изолируют его. Схема какой из групп правильно настроена для эксперимента?
- А
- Б
- С
- Д
Q9:
Какой из следующих материалов лучше всего использовать для электрических проводов?
- AМедь
- Бгласс
- Пластик
Q10:
Верно или неверно: Материалы, пропускающие электричество, называются электрическими проводниками.