• I






      
           

Научно-популярный образовательный ресурс для юных и начинающих радиолюбителей - Popular science educational resource for young and novice hams

Основы электричества, учебные материалы и опыт профессионалов - Basics of electricity, educational materials and professional experience

КОНКУРС
language
 
Поиск junradio

Радиодетали
Искать на DESSY.RU
Сервисы

Stock Images
Покупка - продажа
Фото и изображений


 
Выгодный обмен
электронных валют

Интересно
Немного подработать
Есть свободное время?
Можешь немного подработать.


Друзья JR



JUNIOR RADIO


Получи 1220₽ по коду INGQPLOM   

Проводники и диэлектрики

 

 

Свободное движение.

 К проводникам относятся все металлы. У них внешние электроны связаны с ядром очень слабо и почти каждый атом превратился в положительный ион, выпустил в межатомное пространство один или даже несколько электронов. В металлах так много свободных электронов, что по отношению к ним применяют выражение «электронный газ» или «электронная пыль». Наэлектризованные палочки с которыми мы экспериментировали в предыдущей главе - готовый простейший генератор, который мог бы двигать свободные электрические заряды, заставляя их работать (вы уже, очевидно, обратили внимание зарядами мы для краткости называем свободные электроны и ионы, наши микроскопические наэлектризованные детали). Стоит только соединить эти палочки проводником, как в нем сразу же появится электрический поток (принято говорить ток, очевидно, тоже для краткости) начнется упорядоченное движение свободных зарядов с одной палочки на другую. Проводник в этой системе играет роль нагрузки: проходя по нему, заряды работают, выделяют, вырабатывают какое-то количество тепла. В случае равновесия зарядов не только напряженность поля внутри проводника равна нулю, равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. В самом деле, если бы внутри проводника имелся заряд, то вблизи заряда имелось бы и поле. Но электростатического поля внутри проводника нет. Следовательно, заряды в проводнике могут располагаться только на его поверхности.

 

Хороший проводник (твердое тело) получается из металлов. Очень много свободных электронов, иончики неподвижны.

 

Положительные иончики

 * Электрончики

 

Проводниками могут быть жидкости и газы. В данном случае нужно понимать так: количество свободных зарядов в жидкости (или в газе) зависит от того, какие вещества в ней растворены, какие химические процессы происходят. Например, дистиллированная вода это изолятор, свободных зарядов в ней очень мало. Но стоит бросить в воду щепотку соли, как она становится проводником соль растворяется, образует в воде большое количество свободных положительных и отрицательных ионов.

 

Жидкости и газы. Бегают и электрончики и иончики.

 

Для каждого проводника - твердого, жидкого и газообразного, существует определенная зависимость силы тока от приложеной разности потенциалов. Эту зависимость выражает так называемая вольт-амперная характеристика проводника. Ее находят, измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Из металлов лучший проводник серебро, за ним следует медь, золото, алюминий, цинк, железо. На практике чаще всего используют медные проводники. Между положительными ионами находятся в хаотическом движении свободные электроны. Это хаотическое движение называется еще термическим колебанием и оно тем интенсивнее, чем выше температура металла. Число свободных электронов в одном кубическом сантиметре металла огромно около

 

100000000000000000000000

 

Можно отметить, что это число больше, чем число песчинок, содержащихся в 100 вагонах с песком.

Деление всех окружающих нас материалов на проводники и изоляторы возникло впервые 300 лет назад. Испытатели того времени исследовали электризацию трением и установили, что... «янтарь, шелк, волосы, смолы, стекло, драгоценные камни, 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. Изолятор, или диэлектрик, состоит из нейтральных в целом атомов или молекул. Электрические заряды (точнее, электрически заряженные частицы: электроны и ядра) в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут, подобно свободным зарядам проводника, перемещаться под действием поля по всему объему вещества. Различие в строении проводников и диэлектриков приводит к тому, что они по-разному ведут себя в электростатическом поле. Атомы и молекулы состоят из положительно заряженных частиц  (ядер) и отрицательно заряженных частиц (электронов).

 

 

Элетрончик

 Ядро

 

Положительный заряд атома, заряд его ядра, сосредоточен в центре атома. Электрон движется в атоме с большой скоростью. Один оборот вокруг ядра он делает за очень малое время, порядка 10 -15 с. Поэтому, например, уже за 10-9 с он успевает совершить миллион оборотов и, следовательно, миллион раз побывать в двух любых точках 1и 2, расположенных симметрично относительно ядра.

Это дает основание считать, что в среднем по времени центр распределения отрицательного заряда приходится на середину атома, т. е. совпадает с положительно заряженным ядром.

Электропроводимость

Еще задолго до открытия электронов было экспериментально показано, что прохождение тока в металлах не связано, в отличие от тока в жидких электролитах, с переносом вещества металла. Опыт состоял в том, что через контакт двух различных металлов, например золота и серебра, в течение времени, исчисляемого многими месяцами, пропускался постоянный электрический ток.

 

Мандельштам Леонид Исаакович
(1879—1944)
Один из крупнейших советских физиков,
внес большой вклад в развитие теории
колебаний, радиофизики и  оптики.

 

После этого исследовался материал вблизи контактов. Было показано, что никакого переноса вещества через границу различных металлов не наблюдается и вещество по различные стороны границы раздела имеет тот же состав, что и до пропускания тока. Эти опыты доказали, что атомы и молекулы металлов не принимают участия в переносе электрического тока, но они не ответили на вопрос о природе носителей заряда в металлах. В 1913 г  Мандельштам Л.И. выдвинул идею опытов по проводимости металлов. Экспериментальное доказательство в 1916г  было получено Стюартом и Толменом.

 

Факт:

Средняя скорость упорядоченного движения электронов пропорциональна напряженности электрического поля в проводнике. Сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника

 

В 1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес открыл замечательное явление сверхпроводимость. Он обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии ее сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1 К очень резко падает до нуля. Если бы удалось создать сверхпроводящие материалы при температурах, близких к комнатным, то была бы решена важнейшая техническая проблема - передача энергии по проводам без потерь.

Объяснение сверхпроводимости возможно только на основе квантовой теории.

 

Проводники с малым удельным сопротивлением

Проводники с большим удельным сопротивлением

 

Молекулу любого вещества можно представить как совокупность (систему) двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии l друг от друга.

 

Такая система называется  электрический диполь

 

Диэлектрик - нейтральная система (диполь), которая под действием электрического поля перемещает заряды на очень маленькие расстояния. Свободных зарядов почти нет.

 

Свободные заряды в диэлектрике.

 

Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны называют поляризацией

 

Виды диэлектриков.

 

Диэлектрики можно разбить на два вида

Полярные -состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают (спирты, вода).

Неполярные -состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, бензол, полиэтилен).

Для характеристики электрических свойств диэлектриков вводится особая величина, называемая диэлектрической проницаемостью. Обозначается греческой буковкой

 

Диэлектрическая проницаемость среды это физическая величина, показывающая, во сколько раз напряженность электрического поля внутри однородного диэлектрика меньше напряженности поля в вакууме.

Данное утверждение легко записывается в виде формулы

напряженность поля в вакууме.

 напряженность электрического поля внутри однородного диэлектрика

Сила взаимодействия зарядов в диэлектрике также убывает в раз за счет уменьшения напряженности поля.

Таким образом, силы взаимодействия между заряженными телами в отличие от сил всемирного тяготения зависят от свойств среды, в которой они находятся. Для различных диэлектриков эта величина разная. К примеру: для

стекладля воздуха

Существует, однако, особая группа веществ, называемых сегнетоэлектриками, у которых поляризация чрезвычайно сильна и составляет

Диэлектрики используемые при работе с электричеством

 

 

 

 



Loading...

Необходимо добавить материалы...
Результат опроса Результаты Все опросы нашего сайта Архив опросов
Всего голосовало: 312



          

Радио для всех© 2020