Проводники, полупроводники и непроводники электричества

На прошлом уроке мы уже затрагивали тему проводников и непроводников электричества. Сегодня мы остановимся на этом более подробно. Подобно хорошей и плохой теплопроводности, существует хорошая и плохая электропроводность.

Итак, проводники — это такие тела, которые обладают способностью передавать электрические заряды от заряженного тела к незаряженному.

Как мы уже и говорили, металлы являются хорошими проводниками. Также, вода, соли, кислоты и щёлочи хорошо проводят электричество. Свободные электроны, перемещаясь по проводникам, передают тот или иной заряд.

Непроводники — это тела, которые не способны передавать заряды от заряженного тела к незаряженному.

На прошлом уроке мы уже выяснили, что резина и пластмассы не проводят электричество, поэтому часто используются для изоляции.

Также, к непроводникам относятся газы, стекло, сухое дерево и т.д.

Наконец, существуют полупроводники. Это тела, которые не проводят электричество при низких температурах, но начинают проводить электричество при более высоких температурах. Как мы помним, с повышением температуры колебания молекул внутри тела возрастают. Поэтому, при достаточной амплитуде колебаний, в полупроводниках возникают свободные электроны и, соответственно, электрический ток. Примерами полупроводников являются германий и кремний, которые довольно широко используются людьми.

Полупроводники могут быть использованы в качестве термометров, поскольку их проводимость зависит от температуры. Также, их можно использовать как температурно зависимые резисторы (т.е. электрическое сопротивление будет увеличиваться с понижением температуры). Это нужно, например, для того, чтобы при достижении определённой температуры тот или иной участок цепи прекращал проводить ток, или же, напротив — начинал проводить ток.

Более подробно о проводимости и электрическом сопротивлении мы поговорим немного позже.

Существует ещё и такое понятие, как фотопроводимость — это явление повышения электропроводности вещества под воздействием света.

Это свойство широко используется для осуществления дистанционного управления и сигнализации. Существует довольно много приборов, основанных на изменчивости электропроводности в полупроводниках. Самые известные из них — это телевизор, радио и компьютер. Принцип работы аппаратуры подобной сложности объяснить довольно не просто на данном этапе, поэтому более подробно это будет изучено в старших классах.

Заметим ещё одну важную деталь: тела, не являющиеся проводниками, вполне могут обладать способностью наэлектризовываться. Ни в коем случае нельзя путать эти явления: электризация происходит при соприкосновении тел, а проводимость возникает внутри тела.

Электризация происходит в результате перехода электронов от одного тела к другому, а электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Проводники электричества — Справочник химика 21

    Электрические и оптические свойства. Наиболее важной нз электрических характеристик элементарных веществ является электрическая проводимость, с которой, собственно, в значительной мере связана классификация элементарных веществ. Так, элементарные металлы являются проводниками электричества первого рода, металлоиды—полупроводниками, элементарные окислители — диэлектриками, благородные газы — скользящими проводниками электричества.  [c.115]
    Графит — огнеупорный, теплопроводный материал, хорошо переносит резкую смену температур, поэтому его используют для изготовления плавильных тиглей. В противоположность алмазу графит — довольно хороший проводник электричества и находит применение [c.84]

    Реагенты, а также ионизированные или способствующие ионизации реагентов вещества, обеспечивающие прохождение электрического тока эта часть системы является ионным проводником электричества (проводник И рода] и называется электролитом.

 [c.12]

    Химическим гальваническим элементом называют устройство, в котором энергия химической реакции преобразуется в электрическую. Примером может служить элемент Якоби — Даниэля (рис. 10.1). Он состоит из двух электродов — медной пластинки, погруженной в раствор сульфата меди, и цинковой пластинки, погруженной в раствор сульфата цинка. Соединение между электродами осуществляется посредством солевого (электролитического) мостика, который представляет собой либо сифон, заполненный насыщенным раствором электролита, либо изогнутую стеклянную трубку, заполненную агар-агаром с каким-либо электролитом. Такой студнеобразный раствор не выливается из сифона и является хорошим проводником электричества. 

[c.82]

    Алюминий — прекрасный проводник электричества. При одинаковой массе его проводимость примерно в два раза выше, чем у меди. Большинство линий электропередач сделаны из алюминия. Кратко области применения этого металла суммированы на рис. 11.12. [c.161]

    Совершенно чистая вода совсем не проводит электричество, являясь диэлектриком, но малейшая примесь постороннего тела переводит воду в разряд проводников электричества. [c.56]

    Предельным случаем такого процесса конденсации циклов является графит, состоящий из атомных плоскостей с гексагональными циклами, в которых делокализация электронов простирается на всю плоскость. Благодаря наличию делокализованных электронов графит является хорошим проводником электричества в отличие от алмаза, который обладает свойствами диэлектрика. Графит можно рассматривать как двумерный металл, в котором подвижность электронов ограничена отдельными атомными плоскостями, упакованными в стопку. 

[c.301]

    Свойства серебра. Серебро — уникальный катализатор окисления этилена. Все катализаторы, практически используемые для этой реакции, основаны на серебре. Серебро — лучший среди проводников электричества (его электропроводность составляет 1,67 мкОм/см) и лучший после алмаза проводник тепла с теплопроводностью 4,29 Вт/(см-К).

Данные об адсорбции на чистом металлическом серебре этилена, окиси этилена, воды и диоксида углерода противоречивы, так как очень трудно получить чистую поверхность серебра, но можно утверждать, что ни одно из этих соединений не адсорбируется на серебре достаточно хорошо. Окись этилена и в гораздо меньшей степени диоксид углерода могут адсорбироваться и затем быстро реагировать и разлагаться на поверхности серебра, загрязняя ее кислородсодержащими формами. Трудность, сопряженная с получением чистых и воспроизводимых поверхностей, показана в работе [20] и других.  [c.226]

    ЧТО дает (аналогично последовательному включению проводников электричества) - [c.83]

    Элементы, активируемые аммиаком. Принцип устройства таких элементов основан на том, что некоторые соли становятся, хорошими проводниками электричества при насыщении их аммиаком. К таким солям относится, например, роданистый аммоний, поглощающий аммиак с большой скоростью и образующий электропроводную, жидкость, которая имеет невысокое давление насыщенных паров аммиака.

 [c.45]

    На основе более поздних работ процессы, протекающие на положительном электроде, были представлены по-иному. Гидрат закиси никеля — плохой проводник электричества. Окисление при заряде начинается в месте соприкосновения частиц этого гидрата с токопроводящей добавкой. При этом электрохимические процессы на электроде протекают в твердой фазе на границе соприкосновения ее с электролитом. [c.84]

    Проверка формулы Рэлея на опытах показала, что применение ее ограничено. Во-первых, она применима только к золям, в которых вещество дисперсной фазы не является проводником электричества и совершенно неприменима к металлическим золям, так как в окраске их решающую роль играет поглощение (т. е. абсорбция) света. Во-вторых, даже для систем с частицами из непроводников это уравнение применимо только лишь для типичных золей, т. е. для частиц размером от 5 до 100 нм. 

[c.296]

    Электрическая проводимость и подвижность ионов, очевидно, являются характеристиками способности раствора электролита быть проводником электричества, а поэтому должны быть связаны друг с другом. Для установления вида этой связи следует воспользоваться законом Ома в дифференциальной форме  [c.216]

    Если газу сообщить столь большую энергию, что от его молекул начнут отрываться электроны, тов предоставленном ему пространстве будут находиться положительно и отрицательно заряженные частицы. Происходит термическая ионизация, в результате которой газ становится проводником электричества, переходя в плазменное состояние. Между плазмой и газом нет резкого различия. Но оно возникает, как только вещество попадает в электрическое или магнитное поле в этом случае движение частиц в плазме становится упорядоченным. 

[c.240]

    Чистый алюминий представляет собой легкий серебристо-белый металл (плотность 2,7 г/см — почти в три раза легче железа), очень пластичный, ковкий и тягучий, т. пл. = 660°, т. кип. = 2450°. После серебра и меди металлический алюминий — лучший проводник электричества и тепла. [c.333]

    При погружении малоактивного металла — меди, например,— в раствор ее соли будет иметь место обратный процесс, т. е. переход ионов металла из раствора в кристаллическую решетку металла. В данном случае поверхность металла приобретает положительный заряд, а прилегающий к ней слой раствора—отрицательный (за счет избытка в растворе анионов). Здесь также возникает двойной электрический слой и, следовательно, определенный электродный потенциал. Таким образом, при погружении металлов в растворы их солей более активные из них (2п, Мд, Ре и др.) заряжаются отрицательно, а менее активные (Си, Ag, Аи и др.) положительно. Потенциал каждого электрода зависит оТ природы металла, концентрации (точнее активности) его ионов в растворе, а также от температуры. Если цинковую и медную пластинки соединить проводником электричества, то электроны с цинковой пластинки устремляются по нему к медной, в цепи появляется электрический ток, который может быть измерен гальванометром О. [c.156]

    В окислительно-восстановительных реакциях переход электронов от восстановителей к окислителям происходит непосредственно при контакте частиц и энергия химической реакции превращается в теплоту. Но эти реакции можно проводить и в таких условиях, когда процессы окисления и восстановления пространственно разделены, т. е. восстановитель отдает электроны окислителю через проводник электричества, в результате чего образуется поток электронов (электрический ток) в металлическом проводнике. [c.188]

    Лучшими проводниками электричества являются серебро, медь, золото и алюминий. Эти же металлы являются наиболее теплопроводными. Важным свойством металлов является пластичность — способность прокатываться в тонкие листы, вытягиваться в проволоку Пластичность металлов уменьшается в ряду Аи, Ад, Си, РЬ, 2п, Ре. [c.318]

    Согласно современным представлениям в металлическом кристалле электроны ведут себя не так, как в отдельных, свободных атомах, например в атомах паров металла. В последнем случае электроны могут располагаться в каждом атоме лишь на ограниченном числе энергетических уровней. В кристалле же эти энергетические уровни для валентных электронов расширяются вследствие объединения одинаковых уровней всех отдельных атомов данного кристалла. Такие объединения называются электронными зонами, или полосами. Электроны, принимающие участие в химической связи (валентные), располагаются в отдельной зоне, называемой валентной. Выще располагается свободная от электронов энергетическая зона, или зона проводимости. В металлах при наложении разности электрических потенциалов электроны легко переходят из нижней валентной зоны в верхнюю свободную зону проводимости. Именно поэтому металлы являются хорошими проводниками электричества. [c.164]

    К металлам обычно относят простые вещества, являющиеся хорошими проводниками электричества (проводники первого рода) и тепла, обладающие характерным металлическим блеском (высокой способностью отражать свет), непрозрачностью, вязкостью, ковкостью, тягучестью. Металлические свойства сохраняются только в твердом и жидком состояниях, в парах они исчезают. Типичными металлами являются натрий, калий, железо, медь, золото и др.  [c.215]

    Подобные материалы, которые в нормальном состоянии являются диэлектриками, а в возбужденном (под действием теплоты или света) —-проводниками электричества, называют полупроводниками. У полупроводников ширина запрещенной зоны А составляет от 0,1 до 3 эВ. [c.75]

    УА-группу составляют пять элементов азот Ы, фосфор Р, мышьяк Аз, с у р ь м а 8Ь и в и С М у т В1. Наличие пяти электронов на внещнем энергетическом уровне их атомов (rts np ) придает им окислительные свойства, т. е. способность проявлять в соединениях степень окисления, равную —3. Однако по мере увел чения числа энергетических уровней в атоме и особенно при проявлении экранирующего ядро предвнешнего -подуровня, начиная с мышьяка, неметаллический характер элементов заметно ослабевает. Азот — типичный неметалл фосфор — неметалл, но в одной из своих модификаций — черной, получаемой при 200°С и 1,2 ГПа (12 000 атм), — проявляет полупроводниковые свойства мышьяк и сурьма в своих более устойчивых модификациях проявляют полупроводниковые свойства и, наконец, висмут — металл, проявляющий хрупкость, что характерно для неметаллических кристаллов. Усиление металлических черт в характере элементов явно проявляется в значениях ширины запрещенной зоны (см. рис-. 28) для кристаллов простых веществ, образованных ими. Так, (Для черного фосфора А =1,5 эВ, для серого мышьяка 1,2 эВ, для серой сурьмы 0,12 эВ, а висмут является проводником электричества. [c.251]

    В полупроводнике, представляющем собой химическое соединение, свободных носителей тока нет. Только тепловое движение, поглощение света или другие энергетические факторы приводят к возбуждению электронов и делают вещество проводником электричества. Тепловое движение ослабевает с понижением температуры, соответственно убывает и электропроводность полупроводников, падая до нуля. При достаточно низкой температуре полупроводник становится изолятором, и резкой границы между ними нет. В то же время металл нельзя превратить в проводники другого типа термической обработкой. [c.160]

    Если в твердом состоянии перемещения ионов под действием внешнего электрического поля практически ничтожны, то в жидком состоянии, наоборот, ионы подвижны, и расплавленные ионные соединения являются хорошими проводниками электричества проводимость осуществляется этими ионами.  [c.111]

    Ковалентные решетки — плохие проводники электричества. Действительно, поскольку они построены из атомов, ионная проводимость исключена. С другой стороны, все электроны внешней оболочки использованы для образования связей значит, электронная проводимость не может осуществляться из-за отсутствия свободных электронов. [c.113]

    Электронное облако внутри решетки легко привести в движение с помощью электрического ноля следовательно, металл — хороший проводник электричества однако трудно вырвать электрон из металла, поскольку между ансамблем положительных ионов и электронами действуют силы притяжения. [c.116]

    Ковалентные решетки — плохие проводники электричества. Ионная проводимость в них невозможна, так как они построены из атомов. Электронная проводимость также исключена, потому что все электроны внешней оболочки использованы для образования связей и свободных электронов нет. [c.32]

    Явление радиоактивности было обнаружено в 1896 г. французским ученым Анри Беккерелем. Он заметил, что уран и его соединения излучают невидимые лучи, которые вызывают почернение в темноте фотографической пластинки, а также ионизируют воздух и делают его проводником электричества. [c.27]

    Ртуть — единственный жидкий при комнатной температуре металл. Его символ, Hg, происходит из латинского слова hydrargyrum, что значит подвижное или жидкое серебро. Ртуть имеет важные области применения, часть которых обусловлены именно ее жидким состоянием. Как прекрасный проводник электричества она используется в тихих переключателях света. Также ее можно найти в термометрах, термостатах, ртутных уличных лампах, флуоресцентных лампах и в некоторых красках. В жидком виде ртуть не особенно опасна, однако ее пары весьма опасны для здоровья. Поскольку жидкая ртуть медленно испаряется, необходимо избегать прямого контакта с ней. [c.73]

    Электролитами называются вещества, молекулы которых в определенных условиях распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы. Этот процесс получил название электролитической диссоциации. Ионы подвергщегося диссоциации электролита способны переносить электричество. В связи с этой способностью электролиты назьшают проводниками электричества второго рода в отличие от проводников первого рода — металлов, в которых электричество переиосигся посредством электронов. [c.171]

    Электромагнитные и оптические свойства. Элементарные металлы являются проводниками электричества первого рода. Способность металлов проводить электричество—их электрическая проводимость — обусловлена наличием в их криста 1Л 1ческнх решетках электронов, находящихся в состоянии проводимости. Энергетическое состояние электронов проводимости обусловлено расщен-лением электронных урорней в зависимости от расстояния между центрами атомов в кристалле (рис. 31). Наличие электронов проводимости может быть доказано посредством исследования эф- [c.218]

    Электрохимия — это наука, которая изучает закономерности, связанные с взаимным превращением химической и электрической форм энергии. Взаимное превращение этих форм энергии совершается в электрохимических системах. Непременными составными частями электрохимической системы являются ионный проводник электричества — электролит два металлических электрода, которые создают контакт двух фаз — жидкой и твердой внешняя цепь — металл1 ческий проводник, обеспечивающий прохождение тока между электродами. Для того чтобы знать, каким закономерностям подчиняются электрохимические реакции, от чего зависит их скорость, что является источником электрической энергии в электрохимической системе и каков механизм прохождения электрического тока, необходимо изучить свойства растворов электролитов, электрохимические равновесия на поверхности раздела двух фаз, термодинамику электрохимических систем и кинетику электродных процессов. [c.6]

    На рис. 4.44 и 4.45 изобраясена резкая граница межд> валентной зоной и зоной проводимости. В действительности эта граница размыта вследствие теплового движения электроны могут переходить с верхних уровней валентной зоны на нижние уровни зоны проводимости. Способность этих электронов свободно передвигаться по кристаллу и переносить энергию из одной его части (нагретой) в другую (холодную) служит причиной высокой теплопроводности металлов. Таким образом, и электрическая проводимость и теплопроводность металлов обусловлены возможностью свободного передвижения электронов зоны проводимости. Именно поэтому для большинства металлов наблюдается параллелизм между этими величинами. Например, лучшие проводники электричества — серебро и медь — обладают и наиболее высокой теплопроводностью. [c.150]

    В 1 было отмечено, что каждый металл обладает специфическими, присупхими только ему свойствами. Так, серебро является наилучшим проводником электричества, и и наиболее важных и точных электрических схемах (например, в электронной аппаратуре на космических спутниках). Золото является наиболее пластичным из металлов, и оно используется именно тогда, когда необходимы максимально тонкие пластинки (вспомните опыт Резерфорда). [c. 320]

    Пусть проводник электричества, заключенный в трубку (см. рис. VIII. 1), однороден не только в плоскости Z —у, но и по оси X, и по этой оси нет градиентов температуры и давления. Наложим внешнее электрическое поле с напряженностью д( /дх = grad ф О ([c.447]

    Естественная радиоактивность. Явление радиоактивности было открыто в 1896 г. известным французским физиком АнриБек-керелем , который установил, что металлический уран, а также его минералы и соединения испускают невидимое излучение. Воздух по соседству с препаратами становится хорошим проводником электричества. Излучение вызывало почернение фотографической пластинки, завернутой в черную бумагу или закрытой непрозрачными предметами. Излучательная способность урансодержащего препарата не зависела от температуры, от его агрегатного состояния, а определялась только содержанием урана. Беккерель из этих наблюдений сделал заключение, что способностью к излучению обладают атомы урана. [c.393]

    Серебро употребляется в электромашиностроении и приборостроении как очень хороший и малоокисляющийся проводник электричества. Серебро входит в состав припоев (ПСр40), используется как защитное покрытие для других металлов, а его соединения (AgBr) применяют для производства фоточувствительных материалов. [c.385]

---

ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

Электрический ток представляет собой поток электрических зарядов. Этот поток зарядов протекает по проводнику. В разд. 8.1 мы определили проводники двух типов.

1. Электронные проводники (проводники первого рода). Поток зарядов в электронном проводнике представляет собой поток электронов. Вследствие этого в электронном проводнике не происходит переноса вещества. К электронным проводникам принадлежат металлы.
2. Электролитические проводники (проводники второго рода). Поток зарядов в электролитическом проводнике обусловлен перемещением ионов. Таким образом, в данном случае происходит перенос вещества. Электролитические проводники называют электролитами. Ими могут быть чистые вещества, например расплавы солей, либо водные растворы солей, кислот или оснований.

Единицы измерения электрических величин

Основной единицей силы электрического тока (I) в Международной системе единиц (СИ) является ампер (А).

Электрический заряд (количество электричества) измеряют в кулонах (Кл). Кулон — это количество электрического заряда, переносимое током силой в один ампер за одну секунду, т. е. 1 Кл = 1 А*с

Протекание электрического тока в цепи происходит под действием электрического напряжения, или разности потенциалов. Эта величина обозначается символом V. В системе СИ напряжение измеряется в вольтах (В). При перемещении заряда величиной в один кулон между точками с разностью потенциалов в один вольт выполняется работа в один джоуль. Следовательно,

Разность потенциалов (напряжение) связана с силой электрического тока законом Ома:

Коэффициент пропорциональности в этом соотношении называется сопротивлением. Единицей сопротивления является ом (Ом). Для пропускания электрического тока через проводник с сопротивлением в один ом требуется разность потенциалов (напряжение) в один вольт. Следовательно,

Величину, обратную электрическому сопротивлению, называют электропроводностью. Она обозначается символом G. Единицей электропроводности является сименс (См). Таким образом,

1 Cm= 1 /Ом

Оглавление:

5. Проводники и изоляторы. Молния и гром

5. Проводники и изоляторы

Все вещества, предметы, тела можно разделить на две группы — проводники электричества и электрические изоляторы.

Чем отличаются проводники от изоляторов?

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий опыт с электроскопом. Возьмём два электроскопа и поставим их рядом на столе. Один из электроскопов зарядим электричеством, а другой оставим незаряженным (рис. 5, сверху). Прикоснёмся теперь к обоим шарикам сразу медной палочкой. Мы увидим, что угол между листочками заряженного электроскопа немного уменьшится, а листочки незаряженного электроскопа раздвинутся (рис.  5, слева). Это происходит потому, что часть электричества с одного электроскопа ушла по медной палочке к другому. Медь — проводник электричества.

Рис. 5. По проводнику электричество переходит от одного электроскопа к другому, а по изолятору перейти не может.

Сделаем теперь снова такой же опыт, но на этот раз соединим шарики обоих электроскопов палочкой, сделанной из фарфора (рис. 5, справа). Листочки электроскопа останутся в прежнем положении: с ними ничего не произойдёт. Через фарфор электричество не смогло перейти от одного электроскопа к другому. Фарфор не проводит электричества. Он является изолятором.

Проводниками электричества являются, в первую очередь, металлы (медь, железо и другие), вода и земля. Человеческое тело также относится к проводникам. Примерами электрических изоляторов являются фарфор, стекло, резина, воздух.

Проводники и носят своё название от того, что они проводят электричество, т. е. пропускают его через себя, а изоляторы не проводят — не пропускают через себя электричество.

Основную часть электрических устройств составляют проводники, переносящие электричество в определённое место, и изоляторы, которые не дают электричеству уходить в неположенные для него места. Всякий, кто видел телефонную линию или линию передачи электрической энергии (рис. 6), замечал, что провода, которые служат для передачи электричества, натянуты на фарфоровых или стеклянных изоляторах. Провода (линия передачи) несут электричество от электрической станции (где оно вырабатывается машинами) к фабрикам, заводам, МТС и жилищам. Большие фарфоровые изоляторы поддерживают провода и обеспечивают передачу по ним электричества. Изоляторы нужны именно для того, чтобы не допустить ухода электричества с проводов через столбы в землю, оградить, или, как говорят, «изолировать» его от земли.

Рис. 6. Линия передачи электричества.

Текущее в проводах электричество образует электрический ток. Чем больше электричества протекает в одну секунду через провод, тем больший ток течёт по нему.

2. Проводники и непроводники электричества

Противоречие мешает жить , а взаимодействие — помогает. Принимайте людей со всеми их плюсами и минусами Для чего нужны электроскоп и электрометр? Самый простой прибор для определения наэлектризованности – электроскоп. Принцип действия его очень прост. Если дотронуться до электроскопа телом, обладающим каким-либо зарядом, то этот заряд передастся металлическому стержню с лепестками внутри электроскопа. Лепестки приобретут заряд одного знака и разойдутся, отталкиваемые одноименным зарядом друг от друга. По шкале можно будет увидеть размер заряда в кулонах. Есть еще разновидность электроскопа – электрометр. Вместо лепестков на металлическом стержне в нем укреплена стрелка. Но принцип действия тот же – стержень и стрелка заряжаются и отталкиваются друг от друга. Величина отклонения стрелки показывает на шкале уровень заряда. Сущность электрического поля Чтобы передать заряд, нам надо прикоснуться непосредственно наэлектризованным телом к другому телу, но чтобы заряд подействовал на другое тело, непосредственный контакт не нужен. Так, наэлектризованная стеклянная палочка притягивает к себе кусочки бумаги на расстоянии, не дотрагиваясь до них. Может, это притяжение передается по воздуху? Но опыты показывают, что в безвоздушном пространстве эффект притяжения остается. Что же это тогда? Это явление объясняют существованием вокруг заряженных тел определенного вида материи – электрического поля. Электрическое поле – это особый вид материи, отличающейся от вещества, существующий вокруг каждого электрического заряда и способный действовать на другие заряды. До сих пор нет однозначного ответа, что это такое, и каковы его причины. Все, что мы знаем об электрическом поле и его воздействии, установлено опытным путем. Хотя мы и не до конца понимаем природу существования электрического поля, тем не менее, мы уже довольно неплохо научились использовать это явление на благо человечества. Электрическое поле Физика 8 класс   «Силовые линии однородного электрического поля» Как устроено внутри твердое вещество, в частности, металл? Атомы металла представляют собой кристаллическую решетку из положительно заряженных ионов, между которыми свободно движутся отрицательно заряженные электроны. Электроны практически не связаны со своими атомами, и, вследствие этого, возможно существование электрического тока в металле, т.е. проводнике. Под действием электрического поля электроны могут перемещаться вдоль проводника.  Возникает вопрос – раз электроны не связаны с ядрами атомов, почему они вообще не вылетают прочь из тела, а продолжают оставаться внутри? Удерживает электроны притяжение ядер атомов. Оно позволяет им почти свободно перемещаться внутри вещества, но ограничивает свободу границами самого тела. Это же притяжение сковывает их передвижение внутри проводника под действием электрического поля. И притяжение это различается у разных веществ, вследствие различий в строении кристаллической решетки. Одни вещества пропускают ток лучше, другие хуже. Поэтому все вещества разделяются на проводники и непроводники тока. Updating… 1 3_2 электроскоп.swf (121k) Random, 25 мая 2017 г., 02:20 1 определение электрического заряд.swf (5438k) Random, 25 мая 2017 г., 02:20 ć 3 Тест к уроку Электроскоп. Проводники и диэлектрики.ppt (104k) Random, 25 мая 2017 г., 02:20 ĉ 3 ср 3 эл поле 144_8-3.doc (90k) Random, 25 мая 2017 г., 02:20 3_6 электрическое поле.swf (140k) Random, 25 мая 2017 г., 02:20 ć Тест к уроку Электрическое поле.ppt (101k) Random, 25 мая 2017 г., 02:20 электр поле теория es008i.oms (3173k) Random, 25 мая 2017 г. , 02:20

Урок физики по теме «Проводники и непроводники электричества»

Диэлектрики, проводники, сверхпроводники и полупроводники

По электропроводности вещества можно разделить на четыре группы: диэлектрики, проводники, сверхпроводники и полупроводники.

Диэлектрики – это вещества, которые существенно препятствуют протеканию через них электрического тока ввиду высокого удельного сопротивления, часто превышающего 10⁸ Ом • м. Диэлектрики, которые применяют в качестве изоляции, например, проводов, обычно обладают на много порядков более высоким сопротивлением.

Проводники – это материалы, которые почти не препятствуют протеканию по ним электрического тока благодаря низкому удельному сопротивлению, обычно не превышающему 10^–5 Ом • м. Металлические проводники используют в кабелях и проводах в качестве токоведущих шин.

Сверхпроводники – это материалы, которые при охлаждении до некоторой критической температуры резко уменьшают удельное сопротивление до нуля. В результате отсутствуют потери энергии на омическом сопротивлении, что позволяет создавать мощные высокоэффективные кабели, трансформаторы мощностью в мегаватты с высоким КПД и т.п. К сверхпроводникам относят соединения лантана, стронция, меди и кислорода ;  иттрия, бария, меди и кислорода; ртути, бария, кальция, меди, кислорода и другие. У большинства сверхпроводников критическая температура лежит вблизи абсолютного нуля, что снижает практическую пригодность этих материалов.

Полупроводники – это вещества, удельное сопротивление которых зависит от внешних условий, например, флюктуаций температуры, изменений интенсивности облучения световым потоком и прочего. В результате, в определённых условиях полупроводники могут менять своё удельное сопротивление, и оно может стать со всеми промежуточными градациями либо таким, как у проводников, либо как у диэлектриков. При температуре вблизи абсолютного нуля полупроводники обладают диэлектрическими свойствами, а при нагреве выше определённой критической температуры они проявляют свойства проводников. Зависимость их сопротивления от температуры нелинейна.

Не в каждом теле есть условия для прохождения электрического тока. Дело в том, что атомы и молекулы различных веществ обладают неодинаковыми свойствами. В металлах, например, электроны легко покидают оболочки и беспорядочно, хаотично движутся между атомами. В металлах особенно много свободных электронов. По существу, металл состоит из положительных ионов, расположенных в определенном порядке, пространство между которыми заполнено свободными электронами. В металле невозможно различить, какой электрон к какому из атомов относится, они сливаются в единое электронное «облако». Огромное количество свободных электронов в металлах создает в них наиболее благоприятные условия для электрического тока. Нужно только хаотическое движение электронов упорядочить, заставить их двигаться в одном направлении.
В некоторых телах и веществах почти нет свободных электронов, так как они прочно удерживаются ядрами. У молекул и атомов таких тел трудно «отобрать» или «навязать» им лишние электроны. В таких телах нельзя создавать электрический ток. Тела и вещества, в которых можно создавать электрический ток, называют проводниками. Те же тела и вещества, в которых его создать нельзя, называют диэлектриками или непроводниками тока. К проводникам, кроме металлов, относятся также уголь, растворы солей, кислоты, щелочи, живые организмы и многие другие тела и вещества. Причем в растворах солей электрический ток создается не только электронами, но и положительными ионами. Диэлектриками являются воздух, стекло, парафин, слюда, лаки, фарфор, резина, пластмассы, различные смолы, маслянистые жидкости, сухое дерево, сухая ткань, бумага и другие вещества. Фарфоровыми, например, делают изоляторы для электропроводки, лаки используют для покрытия проводов, чтобы изолировать провода друг от друга и от других предметов.
Но есть еще большая группа веществ, называемых полупроводниками. К полупроводникам, в частности, относятся германий, селен и кремний. По электропроводности они занимают среднее место между проводниками и непроводниками. Считавшиеся когда — то непригодными для практических целей, сейчас они стали основным материалом для производства современных полупроводниковых приборов, например транзисторов, с которыми будет связана большая часть вашего творчества.

Вещества, по которым передаются электрические заряды, называют проводниками электричества.
Хорошие проводники электричества — металлы, почва, растворы солей, кислот или щелочей в воде, графит. Тело человека также проводит электричество. Из металлов лучшие проводники электричества серебро, медь и алюминий, поэтому провода электрической сети чаще всего делают из меди или алюминия.
Вещества, по которым заряды не передаются, называют непроводниками (или изоляторами). К хорошим изоляторам относятся эбонит, янтарь, фарфор, резина, различные пластмассы, шелк, керосин, масла.

Источники и проводники

Источник, приемники и проводники

Подробности

Категория: Электротехника

Источники, приёмники и проводники электрической энергии

 

Электрическая энергия — самый дешевый и удобный вид энергии. Она широко используется в народном хозяйстве и в быту. Производство и потребление электрической энергии  растет с каждым годом.

 

 

 

 

Для работы подавляющего большинства современных промышленных машин, аппаратов, приборов и бытовых устройств необходим источник электрической энергии (источник тока). Источником тока может быть генератор на электростанции, батарея гальванических элементов, аккумулятор.

  

 

 

   
 

Электрическая энергия, вырабатываемая источником, принимается потребителем (приемником) электроэнергии. Потребители электроэнергии — это и лампочка в фонаре, и двигатель в электрокаре и в станке, и электрический звонок, и электрический утюг, и многие другие устройства. В них электрическая энергия преобразуется в свет, звук, тепло, механическое движение.   

 

 

 

Для передачи электрической энергии от источника тока к потребителю нужны проводники. Хорошими проводниками являются металлы.

Материалы, не проводящие ток, называются изоляторами. К ним относятся пластмасса, стекло, фарфор, резина, сухая древесина, сухой воздух и др.

 

 

Электрическую энергию  можно получать по-разному. Существуют электростанции, которые вырабатывают электричество, сжигая топливо; электроэнергию получают используя силу ветра, приливных течений, а также – энергию солнца.

 

 

  

 

Ниже представлена схема, в которой наглядно показано, как происходит получение, передача, распределение и использование электрической энергии.   

                  Схема распределения электроэнергии потребителям 

    

 

 

Проводники и изоляторы

Электроны атомов разных типов имеют разные степени свободы передвижения. В некоторых типах материалов, таких как металлы, внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более чем под влиянием тепловой энергии комнатной температуры. Поскольку эти практически несвязанные электроны могут свободно покидать свои соответствующие атомы и плавать в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами .

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень мало свободы передвижения. Хотя внешние силы, такие как физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть свои соответствующие атомы и перейти к атомам другого материала, они не очень легко перемещаются между атомами внутри этого материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электрическая проводимость . Электропроводность определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома, определяющее его химическую идентичность) и тем, как атомы связаны друг с другом.Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками , а материалы с низкой подвижностью электронов (мало или без свободных электронов) называются изоляторами .

Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Проводников:

• серебро
• медь
• золото
• алюминий
• утюг
• сталь
• латунь
• бронза
• ртуть
• графит
• грязная вода
• бетон

Изоляторы:

• стекло
• каучук
• масло
• асфальт
• стекловолокно
• фарфор
• керамика
• кварц
• (сухое) хлопок
• (сухая) бумага
• (сухое) дерево
• пластик
• воздух
• алмаз
• чистая вода

Следует понимать, что не все проводящие материалы имеют одинаковый уровень проводимости, и не все изоляторы одинаково устойчивы к движению электронов. Электропроводность аналогична прозрачности некоторых материалов для света: материалы, которые легко «проводят» свет, называются «прозрачными», а те, которые этого не делают, — «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково светопроводят. Оконное стекло лучше, чем большинство пластиков, и, конечно, лучше, чем «прозрачное» стекловолокно. Так и с электрическими проводниками, одни лучше других.

Например, серебро — лучший проводник в списке «проводников», предлагая более легкий проход для электронов, чем любой другой упомянутый материал.Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но эти материалы обладают значительно меньшей проводимостью, чем любой металл.

Физические размеры также влияют на проводимость. Например, если мы возьмем две полосы из одного и того же проводящего материала — одну тонкую, а другую толстую, — толстая полоса окажется лучшим проводником, чем тонкая при той же длине. Если мы возьмем другую пару полосок — на этот раз одинаковой толщины, но одна короче другой — более короткая будет обеспечивать более легкий проход электронам, чем длинная. Это аналогично потоку воды в трубе: толстая труба предлагает более легкий проход, чем тонкая труба, а короткая труба легче проходит воде, чем длинная, при прочих равных размерах.

Также следует понимать, что некоторые материалы изменяют свои электрические свойства в различных условиях. Например, стекло является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высокой температуры. Такие газы, как воздух, обычно изолирующие материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур.Большинство металлов при нагревании становятся хуже проводниками, а при охлаждении — лучше. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимостью ) при чрезвычайно низких температурах.

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, электроны могут скоординированно перемещаться через проводящий материал. Это равномерное движение электронов мы называем электричеством или электрическим током .Чтобы быть более точным, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества , которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Так же, как вода, текущая через пустоту трубы, электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может показаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, по большей части представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов через проводник часто называют «потоком».»

Здесь можно сделать примечательное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он толкает проводник впереди, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и остановка потока электронов по длине проводящего пути происходит практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Примерная аналогия — трубка, заполненная встык мрамором:

Трубка полна шариков, точно так же, как проводник полон свободных электронов, готовых к перемещению под внешним воздействием.Если один шарик внезапно вставляется в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел лишь небольшое расстояние, передача движения через трубку происходит практически мгновенно от левого конца к правому концу, независимо от длины трубки. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: быстрые 186 000 миль в секунду !!! Однако каждый отдельный электрон проходит через проводник со скоростью , намного медленнее.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны обеспечить им правильный путь для движения, точно так же, как водопроводчик должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, где он или она хочет, чтобы она текла. Чтобы облегчить это, провода изготовлены из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, самых разных размеров.

Помните, что электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала.Это означает, что электрический ток может быть только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающий канал для прохождения электронов. В аналогии с мрамором шарики могут течь в левую сторону трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны, чтобы шарики могли вытекать. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики будут просто «скапливаться» внутри трубки, и мраморный «поток» не произойдет.То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, позволяющего этот поток. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является условным обозначением непрерывного отрезка проволоки. Поскольку проволока сделана из проводящего материала, такого как медь, составляющие ее атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проволоке. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда взяться и куда идти.Добавим гипотетические «Источник» и «Назначение» электрона:

Теперь, когда Источник электронов проталкивает новые электроны в провод с левой стороны, поток электронов через провод может возникать (на что указывают стрелки, указывающие слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проволокой, будет нарушен:

Поскольку воздух является изолирующим материалом, а два куска провода разделяет воздушный зазор, некогда непрерывный путь прерван, и электроны не могут течь от источника к месту назначения.Это похоже на разрезание водопроводной трубы на две части и закрытие ее сломанных концов: вода не может течь, если нет выхода из трубы. С точки зрения электричества, у нас было состояние электрической цепи , когда провод был одним куском, а теперь эта непрерывность прервана из-за того, что провод был разрезан и отделен.

Если бы мы возьмем другой кусок провода, ведущего к Пункту назначения, и просто вступим в физический контакт с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова будет непрерывный путь для движения электронов.Две точки на схеме обозначают физический контакт (металл-металл) между кусочками провода:

Теперь у нас есть непрерывность от Источника до вновь созданного соединения, вниз, вправо и вверх до Назначения. Это аналогично установке тройника в одну из закрытых труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание, что через сломанный сегмент провода с правой стороны не проходят электроны, потому что он больше не является частью полного пути от Источника к Пункту назначения.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиваются из-за продолжительных потоков. Однако при движении электроны сталкиваются с некоторым трением, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы рассмотрим более подробно позже.

ОБЗОР:

• В проводящих материалах внешние электроны в каждом атоме могут легко приходить или уходить и называются свободными электронами .
• В изоляционных материалах внешние электроны не так свободно перемещаются.
• Все металлы электропроводны.
• Динамическое электричество , или электрический ток , представляет собой равномерное движение электронов по проводнику. Статическое электричество — это неподвижный накопленный заряд, образованный избытком или недостатком электронов в объекте.
• Для того, чтобы электроны могли непрерывно (бесконечно) течь через проводник, должен существовать полный, непрерывный путь, по которому они могут двигаться как внутрь, так и из этого проводника.

---

Уроки в электрических цепях , авторское право (C) 2000-2002 Тони Р. Купхальдт, в соответствии с условиями Лицензии на научный дизайн.

Что такое проводник? — Определение с сайта WhatIs.com

К

Электрический проводник — это вещество, в котором носители электрического заряда, обычно электроны, легко перемещаются от атома к атому под действием напряжения. В общем, проводимость — это способность передавать что-либо, например электричество или тепло.

Чистое элементарное серебро — лучший проводник, встречающийся в повседневной жизни. Медь, сталь, золото, алюминий и латунь также являются хорошими проводниками. В электрических и электронных системах все проводники состоят из твердых металлов, отформованных в провода или вытравленных на печатных платах.

Некоторые жидкости являются хорошими проводниками электричества. Меркурий — отличный тому пример. Насыщенный раствор соленой воды действует как хороший проводник. Газы обычно являются плохими проводниками, потому что атомы расположены слишком далеко друг от друга, чтобы обеспечить свободный обмен электронами.Однако, если образец газа содержит значительное количество ионов, он может действовать как хороший проводник.

Вещество, не проводящее электричество, называется изолятором или диэлектрическим материалом. Общие примеры включают большинство газов, фарфор, стекло, пластик и дистиллированную воду. Материал, который достаточно хорошо проводит, но не очень хорошо, известен как резистор. Наиболее распространенный пример — комбинация углерода и глины, смешанных вместе в определенном соотношении для создания постоянного и предсказуемого противодействия электрическому току.

Вещества, называемые полупроводниками, в одних условиях действуют как хорошие проводники, а в других — как плохие. Кремний, германий и различные оксиды металлов являются примерами полупроводниковых материалов. В полупроводнике как электроны, так и так называемые дырки (отсутствие электронов) действуют как носители заряда.

При очень низких температурах некоторые металлы проводят электричество лучше, чем любые известные вещества при комнатной температуре. Это явление называется сверхпроводимостью, а вещество, которое ведет себя таким образом, называется сверхпроводником.

Последнее обновление: май 2012 г.

Читать о дирижере

Проводников и изоляторов

Проводников и изоляторов
Далее: Электрометры и электроскопы Up: Электричество Предыдущая: Историческая справка Предположим, что мы должны были электрически зарядить две изолированные металлические сферы: одну положительным заряд, а другой — с таким же отрицательным зарядом.Тогда мы могли бы выполнить ряд простых экспериментов. Например, мы могли бы соединить сферы вместе используя длина строки. В этом случае мы обнаружим, что обвинения, относящиеся к две сферы не пострадали. Затем мы могли бы соединить сферы с помощью медная проволока. В этом случае мы обнаружим, что плата не взимается. оставшиеся на любой сфере. Дальнейшее расследование выявит это обвинение. должно пройти по проводу от одной сферы к другой, чтобы положительный заряд на первой сфере полностью аннулировал отрицательный заряд на во-вторых, оставив нулевой заряд на любой сфере.Вещества можно классифицировать на две основные группы, в зависимости от того, позволяют ли они свободный поток электрического заряда. Проводники позволяют заряду проходить свободно через их, а изоляторов — нет. Очевидно, что струна — это изолятор, а медь — проводник. Как правило, полезные вещества проводники тепла также являются хорошими проводниками электричества. Таким образом, все металлы являются проводниками, а воздух, (чистая) вода, пластмассы, стекла, и керамика изоляторы.Кстати, различие между проводниками и Изоляторы были впервые изготовлены английским ученым Стивеном Греем в 1729 году.

Металлы являются хорошими проводниками (как тепла, так и электричества), потому что по крайней мере один электрон на атом свободных : т.е. , не привязан к любой конкретный атом, но вместо этого может свободно перемещаться по металл. В хороших изоляторах, таких как стекло, все электроны плотно прилегают друг к другу. связаны с атомами (которые фиксированы), и поэтому свободных электронов нет.

---

Далее: Электрометры и электроскопы Up: Электричество Предыдущая: Историческая справка

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Учебное пособие по физике: проводники и изоляторы

Поведение заряженного объекта зависит от того, сделан ли объект из проводящего или непроводящего материала. Проводники — это материалы, которые позволяют электронам свободно перемещаться от частицы к частице.Объект, сделанный из проводящего материала, позволяет переносить заряд по всей поверхности объекта. Если заряд передается объекту в определенном месте, этот заряд быстро распределяется по всей поверхности объекта. Распределение заряда — это результат движения электронов. Поскольку проводники позволяют электронам переноситься от частицы к частице, заряженный объект всегда будет распределять свой заряд до тех пор, пока общие силы отталкивания между избыточными электронами не будут сведены к минимуму.Если заряженный проводник касается другого объекта, проводник может даже передать свой заряд этому объекту. Передача заряда между объектами происходит легче, если второй объект сделан из проводящего материала. Проводники позволяют переносить заряд за счет свободного движения электронов.

В отличие от проводников, изоляторы представляют собой материалы, которые препятствуют свободному потоку электронов от атома к атому и от молекулы к молекуле.Если заряд передается на изолятор в данном месте, избыточный заряд останется в исходном месте зарядки. Частицы изолятора не позволяют электронам свободно течь; впоследствии заряд редко распределяется равномерно по поверхности изолятора.

Хотя изоляторы не используются для передачи заряда, они играют важную роль в электростатических экспериментах и ​​демонстрациях. На изолирующие объекты часто устанавливают токопроводящие объекты.Такое расположение проводника поверх изолятора предотвращает передачу заряда от проводящего объекта к его окружению. Такое расположение также позволяет ученику (или учителю) манипулировать проводящим объектом, не касаясь его. Изолятор служит ручкой для перемещения проводника на лабораторном столе. Если эксперименты по зарядке проводятся с алюминиевыми банками, то банки следует устанавливать на чашки из пенополистирола. Чашки служат изолятором, не позволяя банкам разряжаться.Чашки также служат ручками, когда возникает необходимость перемещать банки по столу.

Примеры проводов и изоляторов

Примеры проводников включают металлы, водные растворы солей (т.е. ионных соединений, растворенных в воде), графит и человеческое тело. Примеры изоляторов включают пластмассы, пенополистирол, бумагу, резину, стекло и сухой воздух. Разделение материалов на категории проводников и изоляторов — деление несколько искусственное.Более уместно думать о материалах как о помещенных где-то в континууме. Те материалы, которые являются сверхпроводниками (известные как сверхпроводники ), должны быть размещены на конце, а наименее проводящие материалы (лучшие изоляторы) будут размещены на другом конце. Металлы будут помещены рядом с наиболее проводящим концом, а стекло — на противоположном конце континуума. Электропроводность металла может быть в миллион триллионов раз больше, чем у стекла.

Среди проводников и изоляторов можно найти человеческое тело где-то ближе к проводящей стороне середины. Когда тело приобретает статический заряд, оно имеет тенденцию распределять этот заряд по поверхности тела. Учитывая размер человеческого тела по сравнению с размерами типичных объектов, используемых в электростатических экспериментах, для того, чтобы эффект стал заметен, потребуется аномально большое количество избыточного заряда.Воздействие избыточного заряда на тело часто демонстрируется с помощью генератора Ван де Граафа. Когда ученик кладет руку на статический мяч, избыточный заряд мяча передается человеческому телу. Будучи проводником, избыточный заряд мог течь к человеческому телу и распространяться по всей поверхности тела, даже по прядям волос. Когда отдельные пряди волос становятся заряженными, они начинают отталкиваться друг от друга. Стремясь дистанцироваться от своих одинаково заряженных соседей, пряди волос начинают подниматься вверх и наружу — поистине пробуждающий волосы опыт.

Многим знакомо влияние влажности на накопление статического заряда. Вы, вероятно, заметили, что дни с плохой прической, удары дверной ручки и статическая одежда наиболее распространены в зимние месяцы. Зимние месяцы, как правило, самые засушливые в году, когда уровень влажности в воздухе падает до более низких значений. Вода имеет свойство постепенно удалять излишки заряда с предметов. Когда влажность высока, человек, приобретающий избыточный заряд, будет иметь тенденцию терять этот заряд молекулам воды в окружающем воздухе.С другой стороны, сухой воздух более способствует накоплению статического заряда и более частым поражениям электрическим током. Поскольку уровни влажности, как правило, меняются изо дня в день и от сезона к сезону, ожидается, что электрические эффекты (и даже успех электростатических демонстраций) могут меняться изо дня в день.

Распределение заряда через движение электронов

Предсказание направления движения электронов в проводящем материале — это простое применение двух фундаментальных правил взаимодействия зарядов.Противоположности притягиваются, а предпочтения отталкиваются. Предположим, что какой-то метод используется для передачи отрицательного заряда объекту в заданном месте. В том месте, где передается заряд, имеется избыток электронов. То есть множество атомов в этой области имеют больше электронов, чем протонов. Конечно, есть ряд электронов, которые можно рассматривать как , вполне удовлетворяющие , поскольку есть сопутствующий положительно заряженный протон, удовлетворяющий их притяжению к противоположному.Однако так называемые избыточные электроны отталкивают друг друга и предпочитают больше места. Электроны, как и люди, хотят манипулировать своим окружением, чтобы уменьшить эффекты отталкивания. Поскольку эти избыточные электроны присутствуют в проводнике, их способность мигрировать в другие части объекта практически не мешает. И это именно то, что они делают. Чтобы уменьшить общие эффекты отталкивания внутри объекта, происходит массовая миграция избыточных электронов по всей поверхности объекта.Избыточные электроны мигрируют, чтобы дистанцироваться от своих отталкивающих соседей. В этом смысле говорят, что избыточный отрицательный заряд распространяется по поверхности проводника.

Но что будет, если проводник приобретет избыток положительного заряда? Что, если электроны удаляются из проводника в данном месте, что дает объекту общий положительный заряд? Если протоны не могут двигаться, как может избыток положительного заряда распространяться по поверхности материала? Хотя ответы на эти вопросы не так очевидны, они все же включают довольно простое объяснение, которое снова основывается на двух фундаментальных правилах взаимодействия зарядов.Противоположности притягиваются, а предпочтения отталкиваются. Предположим, что проводящий металлический шар заряжен с левой стороны и передал избыточный положительный заряд. (Конечно, это требует, чтобы электроны были удалены из объекта в месте зарядки.) Множество атомов в области, где происходит зарядка, потеряли один или несколько электронов и имеют избыток протонов. Дисбаланс заряда в этих атомах создает эффекты, которые можно рассматривать как нарушение баланса заряда во всем объекте.Присутствие этих избыточных протонов в данном месте притягивает электроны от других атомов. Электроны в других частях объекта можно представить как , вполне удовлетворенные балансом заряда, который они испытывают. Тем не менее, всегда будут какие-то электроны, которые будут чувствовать притяжение избыточных протонов на некотором расстоянии. Говоря человеческим языком, мы можем сказать, что эти электроны притягиваются любопытством или верой в то, что трава зеленее по ту сторону забора. На языке электростатики мы просто утверждаем, что противоположности притягиваются — избыточные протоны, а также соседние и далекие электроны притягиваются друг к другу.Протоны ничего не могут поделать с этим притяжением, поскольку они связаны в ядрах своих атомов. Тем не менее, электроны внутри атомов слабо связаны; и находясь в проводнике, они могут двигаться. Эти электроны перемещаются за избыточными протонами, оставляя собственные атомы со своим собственным избыточным положительным зарядом. Эта миграция электронов происходит по всей поверхности объекта, пока общая сумма эффектов отталкивания между электронами по всей поверхности объекта не будет сведена к минимуму.

Хотим предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного модуля «Поляризация алюминиевых банок». Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивный модуль Aluminium Can Polarization Interactive помогает учащемуся визуализировать перегруппировку зарядов внутри проводника при приближении заряженного объекта.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание заряда, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Одна из этих изолированных заряженных сфер — медь, а другая — резина. На диаграмме ниже показано распределение избыточного отрицательного заряда по поверхности двух сфер. Обозначьте, что есть, и подкрепите свой ответ объяснением.

2. Какие из следующих материалов, вероятно, будут иметь более проводящие свойства, чем изолирующие свойства? _____ Объясните свои ответы.

а. резина

г. алюминий

г. серебро

г.пластик

e. влажная кожа

3. Проводник отличается от изолятора тем, что провод ________.

а. имеет избыток протонов

г. имеет избыток электронов

г. может заряжаться, а изолятор не может

г. имеет более быстро движущиеся молекулы

e.не имеет нейтронов, мешающих потоку электронов

ф. ни один из этих

4. Предположим, что проводящая сфера каким-то образом заряжена положительно. Изначально заряд размещается на левой стороне сферы. Тем не менее, поскольку объект является проводящим, заряд равномерно распространяется по поверхности сферы. Равномерное распределение заряда объясняется тем, что ____.

а. заряженные атомы в месте заряда движутся по поверхности сферы

г. избыточные протоны перемещаются от места заряда к остальной части сферы

г. избыточные электроны от остальной части сферы притягиваются к избыточным протонам

5. Когда цистерна с нефтью прибыла в пункт назначения, она готовится слить свое топливо в резервуар или цистерну.Часть подготовки включает в себя соединение кузова цистерны металлическим проводом с землей. Предложите причину, почему это делается.

Электропроводник | Encyclopedia.com

Электропроводность

Типы проводников

Сопротивление электрической энергии

Сверхпроводники

Электрический проводник (или просто «проводник») — это любой материал, который может эффективно проводить электричество.Хорошие проводники включают в себя некоторые металлы, ионные растворы и ионизированные газы.

Проводимость, то есть движение зарядов через материальную среду, вызывается наличием электрического поля в проводящей среде. Хорошие проводники — это материалы, которые имеют отрицательные или положительные заряды, такие как электроны или ионы, которые могут двигаться и, таким образом, образовывать ток. Полупроводники являются менее эффективными проводниками электричества, в то время как многие другие материалы, такие как стекло и воздух, являются изоляторами .

В металлах атомные ядра образуют кристаллические структуры, в которых электроны с внешних орбит подвижны, или «свободны». Ток (чистый перенос электрического заряда в единицу времени) переносится свободными электронами. Тем не менее, передача энергии происходит намного быстрее, чем фактическое движение электронов. Среди металлов при комнатной температуре лучшим проводником является серебро, за ним следует медь. Железо — относительно плохой проводник.

В растворах электролитов положительные и отрицательные ионы растворенных солей могут переносить ток.Чистая вода — хороший изолятор, а различные соли — хорошие проводники; вместе, как морская вода, они являются хорошим проводником.

Обычно хорошими изоляторами являются газы. Тем не менее, когда они ионизируются под действием сильных электрических полей, они могут проводить электричество. Часть энергии излучается в виде фотонов света, причем наиболее впечатляющие эффекты наблюдаются при молнии.

В полупроводниках, таких как германий и кремний, для переноса тока доступно ограниченное количество свободных электронов или дырок (положительных зарядов).В отличие от металлов, проводимость полупроводников увеличивается с температурой, поскольку все больше электронов становится свободным.

Электроэнергия передается по металлическим проводам. Провода обычно мягкие и гибкие. Они могут быть голыми или, чаще, покрытыми гибким изоляционным материалом. В большинстве случаев они имеют круглое сечение. Кабели имеют большее поперечное сечение, чем провода, и, как правило, многопроволочные, состоящие из одножильных проводов меньшего размера. Шнуры — это гибкие кабели малого диаметра, которые обычно изолированы.Многожильный кабель — это сборка из нескольких изолированных проводов в общей оболочке. Шины бывают жесткими и прочными, имеют форму прямоугольника, стержней или труб и используются в распределительных щитах.

Большинство проводников изготовлено из меди или алюминия, которые являются гибкими материалами. В то время как медь является лучшим проводником, алюминий дешевле и легче. На воздушных линиях проводники выполняются с сердечником из стали или алюминиевого сплава, окруженного алюминием. Проводники опираются на изоляторы, обычно керамические или фарфоровые.Они могут быть покрыты резиной, полиэтиленом, асбестом, термопластом, лакированным батистом. Конкретный тип изоляционного материала зависит от напряжения в цепи, температуры и от того, подвергается ли цепь воздействию воды или химикатов.

Идеальный проводник — это материал, через который заряды могут двигаться без сопротивления, тогда как в идеальном изоляторе заряды вообще не могут двигаться. Однако все проводящие материалы обладают некоторым сопротивлением электрической энергии с несколькими основными эффектами.Один из них — потеря электрической энергии, которая преобразуется в тепло; во-вторых, нагрев проводников вызывает их старение. Кроме того, потеря энергии в проводниках вызывает снижение напряжения на нагрузке. Падение напряжения необходимо учитывать при проектировании и работе схемы, поскольку большинство сетевых устройств работают в узком диапазоне напряжений, и напряжение ниже желаемого может быть недостаточным для их работы.

Сверхпроводники пропускают электрический ток без какого-либо сопротивления, следовательно, без резистивных потерь энергии.Сверхпроводники обладают несколькими характеристиками, которые неизвестны обычным проводникам. Например, они могут отражать внешние магнитные поля; магниты, размещенные над сверхпроводящими материалами, останутся подвешенными в воздухе. Хотя существует большой потенциал использования сверхпроводников в качестве носителей электроэнергии и средств передвижения без трения, в настоящее время их использование ограничено. Одна из причин — относительно низкая рабочая температура; в основном близко к абсолютному нулю, некоторые выше, до 138K (–135 ° C).

См. Также Электроника.

Conductor — Energy Education

Рис. 1. Линии электропередач высокого напряжения — это проводники, по которым электричество передается на большие расстояния. ^[1]

Проводники — это категория материалов, которые позволяют электронам легко перемещаться (что называется электричеством и является полезным способом передачи энергии). ^[2] Большинство проводников — это металлы, и большинство металлов являются проводниками, но некоторые металлы являются проводниками лучше, чем другие.Медь и алюминий являются отличными проводниками для изготовления проводов из-за их высокой проводимости (низкого удельного сопротивления). ^[3]

Металлы (особенно медь, алюминий и золото) часто очень пластичны, что означает, что из них можно легко сформовать проволоку.

На атомном уровне проводники слабо противодействуют электрическому току; из-за этого для генерации свободных электронов требуется меньше энергии, а это означает, что количество электронов в их валентной оболочке обычно меньше четырех (они доноры электронов).Это означает, что материалы в левой части периодической таблицы элементов являются металлами, и те дополнительные электроны, которые делают их металлами, позволяют передавать электричество с небольшой потерей энергии. ^[4]

Проводники действительно испытывают некоторое сопротивление (сопротивление проводника), хотя и очень небольшое. Есть удивительное явление, называемое сверхпроводимостью, когда сопротивление на самом деле падает до 0 Ом! Это явление было первоначально обнаружено в металлах, но более совершенные сверхпроводники часто изготавливаются из керамики.Поэтому не все проводники — металлы, но большинство из них.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ligne_haute-tension.jpg
2. ↑ Р. Д. Найт, «Ток и сопротивление» в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, гл.31, сек. 1, с. 941-944
3. ↑ Hyperphysics (24 июля 2015) Электропроводность и удельное сопротивление. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/elecon.html.
4. ↑ Hyperphysics (24 июля 2015) Электропроводность и удельное сопротивление. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/conins.html.

Проводники и изоляторы (информация + факты)

Электричество — это поток электронов, называемый электрическим током в цепи (путь для электронов).Электрический ток имеет тенденцию следовать по самому легкому пути в цепи. Некоторые материалы хорошо пропускают через себя электрический ток, в то время как другие полностью блокируют ток. Эти материалы называются проводниками и изоляторами.

Проводники

Проводники — это материалы, обеспечивающие самый легкий путь прохождения электрического тока. Ток легко проходит по проводникам без каких-либо затруднений. Проводники обеспечивают хороший путь для электрического тока, потому что они содержат слабосвязанные (свободные для движения) электроны в своих атомах.

Проводники используются для передачи электрического тока в цепи. Вы, наверное, видели электрические провода, подключенные к электрическому прибору; они сделаны из проводов.

Хорошими проводниками электрического тока являются металлы, потому что они содержат свободный электрон. Но самый проводящий металл — это серебро. Серебро — драгоценный и дорогой металл, поэтому он обычно не используется в электрических цепях. Вместо этого используется медь, которая дешевле серебра, а также является хорошим проводником.

Примеры хорошего проводника

Серебряный стержень — серебряный проводник имеет очень низкое сопротивление.

Существует большой список проводников, которые могут проводить электричество, но только несколько проводников используются для проведения электрического тока.

Итак, в чем преимущество хорошего проводника?

Хорошие проводники имеют очень низкое сопротивление, поэтому электрический ток может легко перемещаться. Если выбран провод с высоким сопротивлением, он станет горячим при прохождении через него электрического тока. Это приведет к потере большого количества электроэнергии на нагрев проводника, который питал бы некоторые приборы.Таким образом, использование проводов с очень низким сопротивлением позволяет сэкономить электроэнергию.

Существует большой список хороших проводников, которые можно использовать в электрических проводах. Но здесь приведены только самые полезные проводники для электрических проводов.

• Серебро — Лучше всех кондукторов, но дорого.
• Медь — Домашняя проводка обычно выполняется из меди.
• Золото — имеет низкое сопротивление, но очень дорого. Золото используется для покрытия контактов процессора в компьютерах, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии и повысить производительность процессора.
• Алюминий — Этот проводник в основном используется в длинных линиях электропередачи.
• Утюг — Он не используется в домашней электропроводке, но нагревательные элементы в электронагревателе имеют процентное содержание железа.

Изоляторы

Изоляционная лента

Изоляторы — это материалы, которые сопротивляются или блокируют прохождение электрического тока через них. Вы также можете назвать их плохими проводниками. Они не обеспечивают хороший путь для электрического тока, потому что не содержат слабосвязанных электронов в своих атомах.Вместо этого их электроны плотно упакованы атомами.

Некоторые материалы, например резина и стекло, обладают очень хорошими изоляционными свойствами. В то время как другие имеют плохие изоляционные свойства, такие как вода, мокрая древесина и т. Д. Люди также являются плохими проводниками и плохими изоляторами. Значит, если напряжение высокое, нас легко ударит током (никогда не прикасайтесь к линиям 110 или 220 В).

Изоляторы в основном используются для изоляции проводов. Так что, если кто-нибудь случайно прикоснется к ним, его не убьет током.

Примеры хороших изоляторов

Резина — Хороший изолятор электричества и тепла.

Нам нужны хорошие изоляторы для изоляции электрических проводов и теплозащиты приборов, например холодильники. Хорошие изоляторы обеспечивают очень высокое сопротивление электрическому току, поэтому он не может проходить через него.