Контрольная работа по химии за 1 полугодие 9 класс

Итоговая контрольная работа по химии за I полугодие 9класс

Вариант 1

Часть А. Выбрать правильный ответ

1. Для металлов характерен вид связи:

А) атомная; Б) ионная; В) металлическая.

2. Более ярко выраженными металлическими свойствами обладает:

А) барий; Б) стронций; В) кальций.

3. Наиболее тугоплавкий металл:

А) алюминий; Б) медь; В) вольфрам.

4. Лучшим проводником электрического тока является:

А) серебро; Б) медь; В) железо.

5. В электротехнике используют такие свойства меди и алюминия, как:

А) легкость; Б) ковкость; В) тепло- и электропроводность.

6. В природе встречаются металлы в самородном состоянии:

А) магний; Б) свинец; В) серебро.

7. С кислородом не реагируют при обычных условиях:

А) калий; Б) медь; В) алюминий.

8. С соляной кислотой будет взаимодействовать:

А) железо; Б) ртуть; В) медь.

9. В концентрированной серной кислоте не будет растворяться металл:

А) серебро; Б) платина; В) олово.

10. Возможна химическая реакция между веществами:

А) Mg + FeSO₄ Б) Cu + NiCI₂ В) Hg + CuSO₄

Часть Б

1.Выберите верные утверждения

1. Калий – щелочноземельный металл.

2. Самый пластичный металл – алюминий.

3. В седьмой группе преобладают металлы

4. Самый легкоплавкий металл – вольфрам.

5. Натрий – щелочной металл.

6. Кальций — благородный металл.

7. Магний мягкий металл.

8. Металлы с водой реагируют со взрывом.

9. Щелочные металлы хранятся в воде.

10. К цветным металлам относят алюминий.

11. Гидриды металлов – это соединения металла с углеродом.

12. Мельхиор – это сплав меди и олова

2.Два соседа решили украсить железные крыши на своих дачах. Один использовал орнамент, сделанный из меди, второй- из магния. У какого соседа раньше начнется коррозия крыши? Почему?

4.В уравнении, приведённом ниже окислительно-восстановительной реакции расставьте коэффициенты методом электронного баланса, указав степени окисления элементов, окислитель, восстановитель.

Сг₂0₃ + А1 = Сг + А1₂0₃

5.В ряду химических элементов А1→Мg→Na

            1) уменьшается радиус атомов

            2)усиливаются металлические свойства

            3) уменьшаются заряды ядер атомов

            4) увеличивается число электронов во внешнем электронном слое атомов

            5) увеличивается число электронных слоев в атомах

ЧАСТЬ С

1. Напишите уравнение реакций следующих превращений

А) Na → Na₂O → NaOH→ Na₂CO₃ → NaCl

Н₂О НNO₃ K₂CO₃ HCl

Б ) Ва → А → В → С → Д

Итоговая контрольная работа по химии за I полугодие 9класс

Вариант 2

Часть А. Выбрать правильный ответ

1. Для металлов характерен вид кристаллической решетки:

А) молекулярная; Б) ионная; В) металлическая.

2. Более ярко выраженными металлическими свойствами обладает:

А) натрий; Б) магний; В) алюминий.

3. Наиболее пластичный металл:

А) алюминий; Б) серебро; В) золото.

4. Лучшим проводником электрического тока является:

А) серебро; Б) алюминий; В) медь.

5. Верны ли следующие суждения о металлах:

А) В периоде с увеличением заряда ядра металлические свойства ослабевают;

Б) Все металлы при комнатной температуре являются твердыми.

А) верно только А Б) верно только Б

В) верны оба суждения Г) оба суждения не верны.

6. Какой из перечисленных металлов способен вытеснять водород из воды при комнатной температуре:

А) медь Б) железо В) серебро Г) натрий

7. При растворения натрия в воде образуется раствор:

А) пероксид натрия Б) гидроксида натрия В) оксида натрия Г) гидрида натрия

8. С соляной кислотой будет взаимодействовать:

А) магний; Б) платина; В) медь.

9. В концентрированной серной кислоте не будет растворяться металл:

А) железо; Б) ртуть; В) золото.

10. Возможна химическая реакция между веществами:

А) Sn + Pb(NO₃)₂ Б) Ag + Mg(NO₃)₂ В) Zn + AICI₃

ЧАСТЬ Б

1. Выберите верные утверждения:

1. Металлы получают из руды.

2. В шестой группе преобладают металлы.

3. Самый тугоплавкий металл – вольфрам.

4. Кальций – щелочной металл.

5. Палладий – благородный металл.

6. Кальций – мягкий металл

7. Металлы не взаимодействуют с галогенами.

8. Щелочные металлы хранятся в керосине.

9. Все металлы, кроме ртути – твердые вещества.

10. Щелочные металлы взаимодействуют с водой со взрывом.

11. Карбиды металлов – это соединения металла и фосфора.

12. Мельхиор – это сплав меди и цинка.

2.Два друга решили провести отдых на своих яхтах. Оба использовали для защиты днища яхт пластины цинка. Один из друзей путешествовал по морю, второй по реке. Днище какой яхты окажется в лучшем состоянии по возвращении из путешествия? Почему

4.В уравнении, приведённом ниже окислительно-восстановительной реакции расставьте коэффициенты методом электронного баланса, указав степени окисления элементов, окислитель, восстановитель.

FeCl₃ + H₂S → FeCl

2 + S↓ + HCl

5.В ряду химических элементов Gе →Si  →С

            1) увеличивается электроотрицательность

            2) возрастают радиусы атомов

            3) усиливаются неметаллические свойства

            4) уменьшается валентность в высших оксидах

            5) увеличивается число электронных слоев в атомах

ЧАСТЬ С

1 .Напишите уравнение реакций следующих превращений

А) К→ КН→ КОН → КСl

O₂ H₂SO₄ NaOH HCl

Б) Mg → A → B → C → Д

Что такое проводник и диэлектрик.

Из физики известно, что электрический ток – это направленное движение электрически заряженных частиц. Разные вещества проводят электрический ток по-разному. По способности передавать электрические заряды вещества делятся на ПРОВОДНИКИ и НЕПРОВОДНИКИ электричества.

Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут проходить от заряженного тела к незаряженному, в проводниках имеется очень много свободных заряженных частиц. Хорошие проводники электричества – это металлы, почва, вода с растворенными в ней солями, кислотами или щелочами, графит и некоторые виды органических веществ. Тело человека также проводит электричество. Это можно показать на опыте с электроскопом. Зарядим электроскоп с помощью эбонитовой или стеклянной палочки, стрелка отклонится Затем дотронемся до заряженного электроскопа рукой. Стрелка тотчас вернётся в исходное положение – к нулю. Заряд с электроскопа уходит в наше тело. В данном опыте с небольшим зарядом это не опасно, но ощутимо «щёлкает» по пальцам. А большие заряды и токи опасны для жизни и здоровья.

Из металлов лучшие проводники электричества – серебро, медь, алюминий. Даже в обычной водопроводной воде растворено столько всевозможных солей, что она является весьма хорошим проводником, и об этом нельзя забывать, работая с электрооборудованием в условиях повышенной влажности иначе можно получить весьма ощутимый удар током, это опасно.

Проходя через живой организм электрический ток производит разные действия: термическое – ожоги определённых участков тела, нагрев кровеносных сосудов, крови, нервов; электролитическое (или химическое) – разложение крови и других органических жидкостей; биологическое – раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращением мышц, в том числе мышц сердца и лёгких. В результате всего этого могут возникнуть различные нарушения в организме вплоть до полной остановки работы сердца и лёгких.

Непроводниками называют такие тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела к незаряженному, так как в диэлектриках очень мало свободных заряженных частиц. Непроводниками электричества, или диэлектриками, являются эбонит, янтарь, фарфор, резина, различные пластмассы, шелк, капрон, масла, воздух (газы), стекло, плексиглас, сухое дерево и бумага. Изготовленные из диэлектриков тела называются ИЗОЛЯТОРАМИ (от итальянского слова ИЗОЛЯРО – уединять).

Проводники служат для передачи на расстояние электрической энергии (электрического тока), именно из них, в основном, изготавливаются высоковольтные электрические кабели, бытовая электропроводка. Изоляторы используются для обособления, изолирования проводников и обеспечения безопасности людей при работе с электроприборами. Для передачи электроэнергии необходимо собрать замкнутую электрическую цепь, в которую входят источник электрической энергии, проводники, по которым от этого источника электрический ток поступает к потребителям электрической энергии, и сами потребители.

При проведении опытов по электричеству всегда используются и проводники, и диэлектрики. Например, используя два электроскопа, мы зарядили один из них отрицательным зарядом, полученным на эбонитовой палочке при её трении о шерсть. При этом стрелка электроскопа отклонилась, показывая наличие заряда на нём. Если затем взять металлический стержень на изолирующей пластмассовой рукоятке и соединить заряженный электроскоп с незаряженным, то по проводящему ток стержню заряды частично перейдут на второй электроскоп, а вот разрядки электроскопа, как в случае его касания голой рукой, не происходит, так как рукоятка не проводит ток к руке человека. Именно поэтому рукоятки различных инструментов, например отвёрток, плоскогубцев, кусачек, делают из непроводящих материалов.

Основные меры защиты от поражения электрическим током:

Обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения,

Защитное заземление, защитное отключение электроприборов;

Использование по возможности низких напряжений, особенно во влажных помещениях;

Применение двойной изоляции.

Знание и соблюдение правил техники безопасности при работе с электрическим током и различными электроприборами обязательно и для взрослых, и для детей. Чтобы учащимся младших классов было легче запомнить эти правила, можно использовать различные запоминающиеся плакаты, стихи. Примеры я подобрал из различных источников, кое-что придумал сам и оформил как советы по электробезопасности в приложении 1 к моей работе. В приложении 2 приведены меры первой помощи при поражении электрическим током.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Электропроводность веществ можно испытать с помощью специального прибора, но мы использовали обычную электрическую цепь. Главный элемент любой электрической цепи – источник электрического тока. Без него электрическая цепь не будет работать. Когда вы включаете в розетку вилку питающего шнура телевизора, для электрического утюга, чайников и других электроприборов – потребителей электрической энергии, то вы, по сути, подключаетесь к электростанции – производителю этой электроэнергии.

Для того чтобы проверить электропроводность твердых веществ, я собрал электрическую цепь, в которую входили: источник тока, ключ для замыкания и размыкания цепи, лампа для того, чтобы проверить, есть ток или нет, и контакты для подключения вещества в цепь.

Когда контакты помещают в вещество, становится ясно, проводит ли это вещество ток. Если вещество проводит электрический ток, цепь замыкается, и лампочка загорается. Если вещество неэлектропроводно, цепь остается разомкнутой, и лампочка не горит.

Опыт 1. Исследование твердых веществ.

В таблице 1 указаны десять твердых веществ, которые мы исследовали на электропроводность. В результате проверки выяснилось,

Таблица 1.

алюминий + пластмасса –

сталь + стекло –

латунь + орг. стекло –

медь + магнит –

древесина – резина – что алюминий, сталь, латунь, медь проводят электрический ток, а древесина, пластмасса, стекло, оргстекло, магнит и резина не проводят электрический ток.

Опыт 2. Исследование жидких веществ.

Для того, чтобы проверить электропроводность жидких веществ, мы изменили электрическую цепь (рис. 5). Кроме источника тока и ключа в цепь добавили амперметр вместо лампы и электролитический стакан вместо контактов.

Таблица 2.

чистая вода –

раствор поваренной соли +

раствор медного купороса +

раствор морской соли +

раствор сахара –

В электролитический стакан мы помещали разные жидкости. Если у амперметра при замыкании цепи стрелка отклонялась, значит, данная жидкость проводит электрический ток.

В результате нашего эксперимента выяснилось, что раствор поваренной соли, медного купороса и морской соли проводит электрический ток, а чистая вода и сахарный сироп – нет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые опыты подтвердили, что некоторые вещества хорошо проводят ток, это различные металлы и растворы солей. Другие твёрдые и жидкие вещества являются диэлектриками, т. е. непроводниками, это пластмассы или резина, из которых делают изоляцию электропроводов и корпуса электрических приборов, и многие другие вещества.

Моя работа достаточно важна для меня и других школьников, так как для безопасной работы с электрическими приборами дома и в школе нужно знать, как поступать в некоторых жизненных ситуациях. Например, человека ударило током от оборванного провода. Ни в коем случае нельзя трогать этот провод и человека голыми руками. Нужно отодвинуть провод с помощью какого-то не проводящего ток предмета, например сухой деревянной палки.

Чтобы научить учеников младших классов правилам электробезопасности, можно использовать подготовленные мной советы.

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

• показатель сопротивления;
• показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

Например кабельная продукция : медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

Полупроводниками являются кремний и германий.

Проводниками электрического тока могут быть совсем разные вещества. Например, и кусок металлической проволоки, и морская вода являются электропроводниками. Но электроток в них различен по своей природе. Поэтому они разделены на две группы:

• первого рода с проводимостью, основанной на электронах;
• второго рода с проводимостью, основанной на ионах.

Электропроводники первого рода это все металлы и углерод. Представителями второго рода являются кислоты, щёлочи, растворы и расплавы солей, которые называют «электролитами».

• Ток в проводниках течёт при любых значениях напряжения и прямо пропорционален величине напряжения.

Наилучшими электропроводниками при обычных условиях являются серебро, золото, медь и алюминий. Медь и алюминий наиболее широко используются для изготовления различных проводов и кабелей из-за более низкой цены. Хорошим жидким проводником первого рода является ртуть. Хорошо проводит электрический ток и углерод. Но из-за отсутствия гибкости его применение невозможно. Однако созданная относительно недавно форма углерода графен позволяет изготавливать нити и шнуры из нитей.

Но графеновые шнуры имеют сопротивление, которое для токопроводов является недопустимо большим. Поэтому их используют в электронагревателях. В этом качестве графеновый шнур превосходит металлические проволочные аналоги на основе сплава никеля и хрома, поскольку может обеспечить более высокую температуру. Аналогичным образом используются проволочные электропроводники из вольфрама. Из них изготовлены спирали ламп накаливания и электроды газоразрядных ламп. Вольфрам является самым тугоплавким электропроводником.

Процессы в проводниках

Электрический ток, протекающий в проводнике, оказывает на него определённые воздействия. В любом случае происходит увеличение температуры. Но возможны также и химические реакции, которые приводят к изменению физических и химических свойств. Наибольшим изменениям подвержены электропроводники второго рода. Электрический ток в них вызывает электрохимическую реакцию, называемую электролизом.

В результате ионы проводника второго рода получают вблизи электрических полюсов необходимые заряды и восстанавливаются до состояния, которое было до появления кислоты, щёлочи или соли. Электролиз широко используется для получения многих чистых химических веществ из природного сырья. Способом электролиза расплавов получают чистый алюминий и некоторые другие металлы.

Проводники первого и второго рода могут не только проводить электрический ток при подаче на них внешнего напряжения. При взаимодействии, например свинца с кислотой, то есть проводника первого рода с проводником второго рода, возникает электрохимическая реакция, обеспечивающая выделение электрической энергии. На этом основано устройство аккумуляторов .

Электропроводники первого рода также могут изменяться при контакте друг с другом. Например, контакт медного и алюминиевого проводника является плохим решением без специального покрытия его. Влажности воздуха оказывается достаточно для разрушения в месте контакта электрохимической реакцией. Поэтому рекомендуется защищать подобные соединения лаком или аналогичными веществами.

У некоторых проводников первого рода при значительном охлаждении возникает особое состояние, пребывая в котором они не оказывают электрическому току сопротивление. Это явление называется сверхпроводимостью. Классическая сверхпроводимость соответствует значению температуры, близкой к состоянию жидкого гелия. Однако по мере выполнения исследований обнаружились новые сверхпроводники с более высокими значениями температуры.

• Экономически оправданное использование сверхпроводимости является одной из приоритетных целей современной энергетики.

Электрический ток может течь не только в проводниках первого и второго рода. Есть ещё полупроводники и газы, которые так же проводят электроток. Но это уже совсем другая история…

Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Самыми хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Металлы являются проводниками как в твёрдом, так и в жидком состоянии. При прохождении электрического тока через металлические проводники не изменяются ни их масса, ни их химический состав. Следовательно, атомы металлов не участвуют в переносе электрических зарядов. Исследования природы электрического тока в металлах показали, что перенос электрических зарядов в них осуществляется только электронами.

Особенностью атомов всех металлов является малое количество электронов на внешней электронной оболочке. При соединении атомов металлов в кристалл связь между атомами устанавливается путём объединения внешних электронных оболочек. Наличие большого числа вакантных мест на внешних оболочках позволяет электронам после объединения атомов в кристалл свободно переходить от одного атома к другому. В пределах кристалла валентные электроны металлов можно рассматривать как свободные заряженные частицы.

Экспериментально обнаружено, что удельное сопротивление р металлов линейно зависит от температуры:

р = р 0 (1 + αt)

В данном уравнении р 0 – удельное электрическое сопротивление при температуре 0˚ С, t – температура проводника по шкале Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления, р – удельное сопротивление при температуре t. Возрастание удельного сопротивления проводников с повышением температуры объясняется тем, что валентные электроны атомов металлов могут свободно переходить с оболочки одного атома на оболочку другого атома только при определённых расстояниях между центрами атомов, когда их валентные оболочки перекрываются. В результате теплового движения атомы в кристалле колеблются относительно равновесных положений. Смещение атомов от равновесных положений нарушает перекрывание их электронных оболочек и затрудняет переходы электронов от атома к атому. Чем выше температура кристалла, тем больше амплитуда тепловых колебаний атомов, больше нарушений в расположении атомов в кристалле, больше препятствий для движения электронов.

При приближении температуры металлического проводника к абсолютному нулю количество дефектов в кристаллической решётке, создаваемых тепловым движением атомов, стремится к нулю, поэтому и удельное сопротивление проводника приближается к нулю.

Однако у некоторых металлов удельное электрическое сопротивление падает до нуля при температуре выше абсолютного нуля. Это явление называется сверхпроводимостью. Например, удельное сопротивление ртути становится равным нулю при температуре 4,2 К.

При создании электрического тока в кольце из сверхпроводника сила тока остаётся неизменной неограниченно долго, так как нет потерь на нагревание проводника.

К настоящему времени созданы материалы, переходящие в сверхпроводящее состояние при сравнительно высокой температуре около 100 К (-173˚ С).

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Проводники, диэлектрики и поток электронов

Электроны различных типов атомов обладают разными степенями свободы перемещения. В некоторых материалах, таких как металлы, внешние электроны атомов настолько слабо связаны с ядром, что легко могут покидать свои орбиты и хаотично двигаться в пространстве между соседними атомами даже при ком натной температуре. Такие электроны часто называют свободными электронами .

В других типах материалов, таких как стекло, у электронов в атомах существует очень небольшая свобода перемещени я. Однако внешние силы, например физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть собственные атомы и перейти к атомам другого материала, но они не могут свободно перемещаться между атомами материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электропроводность . Электропроводность определяется типами атомов материала (количество протонов в ядре атома, определяющее его химическую идентичность) и способом соединения атомов друг с друг ом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками, а материалы с низкой подвижностью электронов (мало или совсем нет свободных электронов) называются диэлектриками.

Ниже приведено несколько примеров наиболее распространенных проводников и диэлектриков:

Проводники:

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

Диэлектрики:

• стекло
• резина
• нефть
• асфальт
• стекловолокно
• фарфор
• керамика
• кварц
• (сухой) хлопок
• (сухая) бумага
• (сухая) древесина
• пластмасса
• воздух
• алмаз
• чистая вода

Следует понимать, что не у всех проводящих материалов одинаковый уровень проводимости, и не все диэлектрики одинаково сопротивляются движению электронов . Электрическая проводимость аналогична прозрачности некоторых материалов: материалы, которые легко «пропускают» свет, называют «прозрачными», а те, которые его не пропускают, называют «непрозрачными «. Однако, не все прозрачные материалы одинаково пропускают св ет. Оконное стекло — лучше чем органическое стекло, и конечно лучше чем «прозрачное» стекловолокно. Так же и с электрическими проводниками, некоторые из них лучше пропускают электроны, а некоторые — хуже.

Например, серебро является лучшим проводником в представленном выше списке «проводников», обеспечивая более легкий проход электронов чем любой другой материал из этого списка. Грязная вода и бетон также значатся как проводники, но эти материалы являются существенно менее проводящими чем любой металл.

Некоторые материалы изменяют свои электрические свойства при различных температурных условиях. Например, стекло является очень хорошим диэлектриком при комнатной температуре, но становится проводником, если его нагреть до очень высокой температуре. Газы, такие как воздух, в обычном состоянии — диэлектрики, но они также становятся проводниками при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов, наоборот, становятся менее проводимыми при нагревании, и увеличивают свою проводимость при охлаждении. Многие проводники становятся идеально проводящими (сверхпроводимость ) при экстремально низких температурах.

В обычном состоянии движение «свободных» электронов в проводнике хаотично, без определенного направления и скорости. Однако, путем внешнего воздействия можно заставить эти электроны двигаться скоординировано через проводящий материал. Такое направленное движение электронов мы называем электричеством , или электрическим током . Чтобы быть более точным, его можно назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества, в котором накопленный электрический заряд неподвижен. Электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника точно так же, как вода течет через пустоту трубы. Приведенная аналогия с водой в нашем случае уместна, потому что движение электронов через проводник часто упоминается как «поток».

Поскольку электроны двигаются через проводник равномерно, то каждый из них толкает находящиеся впереди электроны. В результате все электроны движутся одновременно. Начало движения и остановка электронного потока на всем протяжении проводника фактически мгновенны, даже несмотря на то, что движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительную аналогию мы можем увидеть на примере трубки, заполненной мраморными шариками:

Трубка заполнена мраморными шариками точно также, как проводник заполнен свободными электронами, готовыми к перемещению под воздействием внешних факторов. Если вставить еще один мраморный шарик в эту заполненную трубку слева, то последний шарик сразу выйдет из нее справа . Несмотря на то, что каждый шарик прошел короткое расстояние, передача движения через трубку в целом произошла мгновенно от левого конца до правого, независимо от длины труб ки. В случае с электричеством, передача движения электронов от одного конца проводника к другому происходит со скоростью света: около 220 000 км. в секунду!! ! Каждый отдельный электрон проходит через проводник в гораздо более медленном темпе.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении к определенному месту, мы должны проложить для них соответствующий путь из проводов, точно так же, как водопроводчик должен проложить трубопровод, чтобы подвести воду к нужному месту. Для облегчения этой задачи, провода изготавливаются из хорошо проводящих металлов, таких как медь или алюминий.

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, обеспечивающего передвижение электронов. По аналогии с мраморными шариками мы можем видеть, что шарики будут «течь» через трубку только в том случае, если она будет открыта с правой стороны. Если трубку заблокировать, то мрамор будет «накапливаться» в ней, а со ответственно не будет и «потока». То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует непрерывного пути для обе спечения этого потока. Давайте посмотрим на схему, чтобы понять, как это работает:

Тонкая, сплошная линия (показанная выше) является схематическим обозначением непрерывной части провода. Так как провод сделан из проводящего материала, такого как медь, у составляющих его атомов существует много свободных электронов, которые могут свободно перемещаться по нему. Однако, в пределах такого провода никогда не будет направленного и непрерывного потока электронов, если у него не будет места, откуда приходят электроны и места, куда они идут. Давайте в нашу схему добавим гипотетические «Источник» и «Получатель» электронов:

Теперь, когда Источник поставляет новые электроны в провод, через этот провод пойдет поток электронов (как показано стрелками, слева-направо ). Однако, поток будет прерван, если проводящий путь, образованный проводом, повредить:

В связи с тем, что воздух является диэлектриком, образовавшийся воздушный разрыв разделит провод на две части . Некогда непрерывный путь нарушается, и электроны не могут течь от Источника к Получателю . Аналогичная ситуация получится, если водопроводную трубу разрезать на две части, а концы в месте разреза закупорить: вода в этом случае течь не сможе т. Когда провод был одним целым, у нас была электрическая цепь, и эта цепь была нарушена в момент повреждения.

Если мы возьмем еще один провод и соединим им две части поврежденного провода, то снова будем иметь непрерывный путь для потока электроно в. Две точки на схеме показывают физический (металл-металл) контакт между проводами:

Теперь у нас снова есть цепь, состоящая из Источника, нового провода (соединяющего поврежденный) и Получателя электронов . Если рассматривать аналогию с водопроводом, то установив тройник на одной из закупоренных туб, мы можем направить воду через новый сегмент трубы к месту назначени я. Обратите внимание, что в правой части поврежденного провода нет потока электронов, потому что он больше не является частью пути от Источника до получателя электронов.

Следует отметить что проводам, в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге разъедаются ржавчиной, никакой «износ» от воздействия потока электронов не грозит. При движении электронов, в проводнике возникает определенная сила трения, которая может вырабатывать тепло. Подробнее эту тему мы рассмотрим несколько позже.

Краткий обзор:

• В проводниках , электроны находящиеся на внешних орбитах атомов могут легко покинуть эти атомы, или наоборот присоединится к ним. Такие электроны называются свободными электронами .
  
• В диэлектриках внешние электроны имеют намного меньше свободы передвижения, чем в проводниках.
• Все металлы являются электрически проводящими.
• Динамическое электричество , или электрический ток — это направленное движение электронов через проводник.
• Статическое электричество — это неподвижный (если на диэлектрике), накопленный заряд, сформированный избытком или недостатком электронов в объекте.
• Для обеспечения потока электронов нужен целый, неповрежденный проводник, который обеспечит приём и выдачу электронов.

Источник : Lessons In Electric Circuits

2. Проводники, диэлектрики и поток электронов | 1. Основы электроники | Часть1

2. Проводники, диэлектрики и поток электронов

Проводники, диэлектрики и поток электронов

Электроны различных типов атомов обладают разными степенями свободы перемещения. В некоторых материалах, таких как металлы, внешние электроны атомов настолько слабо связаны с ядром, что легко могут покидать свои орбиты и хаотично двигаться в пространстве между соседними атомами даже при комнатной температуре. Такие электроны часто называют свободными электронами. 

В других типах материалов, таких как стекло, у электронов в атомах существует очень небольшая свобода перемещения. Однако внешние силы, например физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть собственные атомы и перейти к атомам другого материала, но они не могут свободно перемещаться между атомами  материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электропроводность. Электропроводность определяется типами атомов материала (количество протонов в ядре атома, определяющее его химическую идентичность) и способом соединения атомов друг с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками, а материалы с низкой подвижностью электронов (мало или совсем нет свободных электронов) называются диэлектриками.

Ниже приведено несколько примеров наиболее распространенных проводников и диэлектриков:

Проводники:

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

Диэлектрики:

• стекло
• резина
• нефть
• асфальт
• стекловолокно
• фарфор
• керамика
• кварц
• (сухой) хлопок
• (сухая) бумага
• (сухая) древесина
• пластмасса
• воздух
• алмаз
• чистая вода

Следует понимать, что не у всех проводящих материалов одинаковый уровень проводимости, и не все диэлектрики одинаково сопротивляются движению электронов. Электрическая проводимость аналогична прозрачности некоторых материалов: материалы, которые легко «пропускают» свет, называют «прозрачными», а те, которые его не пропускают, называют «непрозрачными». Однако, не все прозрачные материалы одинаково пропускают свет. Оконное стекло — лучше чем органическое стекло, и конечно лучше чем «прозрачное» стекловолокно. Так же и с электрическими проводниками, некоторые из них лучше пропускают электроны, а некоторые — хуже.

Например, серебро является лучшим проводником в представленном выше списке «проводников», обеспечивая более легкий проход электронов чем любой другой материал из этого списка. Грязная вода и бетон также значатся как проводники, но эти материалы являются существенно менее проводящими чем любой металл.

Некоторые материалы изменяют свои электрические свойства при различных температурных условиях. Например, стекло является очень хорошим диэлектриком при комнатной температуре, но становится проводником, если его нагреть до очень высокой температуре. Газы, такие как воздух, в обычном состоянии — диэлектрики, но они также становятся проводниками при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов, наоборот, становятся менее проводимыми при нагревании, и увеличивают свою проводимость при охлаждении. Многие проводники становятся идеально проводящими (сверхпроводимость) при экстремально низких температурах.

В обычном состоянии движение «свободных» электронов в проводнике хаотично, без определенного направления и скорости. Однако, путем внешнего воздействия можно заставить эти электроны двигаться скоординировано через проводящий материал. Такое направленное движение электронов мы называем электричеством, или электрическим током. Чтобы быть более точным, его можно назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества, в котором накопленный электрический заряд неподвижен. Электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника точно так же, как вода течет через пустоту трубы. Приведенная аналогия с водой в нашем случае уместна, потому что движение электронов через проводник часто упоминается как «поток».

Поскольку электроны двигаются через проводник равномерно, то каждый из них толкает находящиеся впереди электроны. В результате все электроны движутся одновременно. Начало движения и остановка электронного потока на всем протяжении проводника фактически мгновенны, даже несмотря на то, что движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительную аналогию мы можем увидеть на примере трубки, заполненной мраморными шариками:

Трубка заполнена мраморными шариками точно также, как проводник заполнен свободными электронами, готовыми к перемещению под воздействием внешних факторов. Если вставить еще один мраморный шарик в эту заполненную трубку слева, то последний шарик сразу выйдет из нее справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел короткое расстояние, передача движения через трубку в целом произошла мгновенно от левого конца до правого, независимо от  длины трубки. В случае с электричеством, передача движения электронов от одного конца проводника к другому происходит со скоростью света: около 220 000 км. в секунду!!! Каждый отдельный электрон проходит через проводник в гораздо более медленном темпе.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении к определенному месту, мы должны проложить для них соответствующий путь из проводов, точно так же, как водопроводчик должен проложить трубопровод, чтобы подвести воду к нужному месту. Для облегчения этой задачи, провода изготавливаются из хорошо проводящих металлов, таких как медь или алюминий.

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, обеспечивающего передвижение электронов. По аналогии с мраморными шариками мы можем видеть, что шарики будут «течь» через трубку только в том случае, если она будет открыта с правой стороны. Если трубку заблокировать, то мрамор будет «накапливаться» в ней, а соответственно не будет и «потока». То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует непрерывного пути для обеспечения этого потока. Давайте посмотрим на схему, чтобы понять, как это работает:

 

Тонкая, сплошная линия (показанная выше) является схематическим обозначением непрерывной части провода. Так как провод сделан из проводящего материала, такого как медь, у  составляющих его атомов существует много свободных электронов, которые могут свободно перемещаться по нему. Однако, в пределах такого провода никогда не будет направленного и непрерывного потока электронов, если у него не будет места, откуда приходят электроны и места, куда они идут. Давайте в нашу схему добавим гипотетические  «Источник» и «Получатель» электронов:

 

Теперь, когда Источник поставляет новые электроны в провод, через этот провод пойдет поток электронов (как показано стрелками, слева-направо). Однако, поток будет прерван, если проводящий путь, образованный проводом, повредить:

 

В связи с тем, что воздух является диэлектриком, образовавшийся воздушный разрыв разделит провод на две части. Некогда непрерывный путь нарушается, и электроны не могут течь от Источника к Получателю. Аналогичная ситуация получится, если водопроводную трубу разрезать на две части, а концы в месте разреза закупорить: вода в этом случае течь не сможет. Когда провод был одним целым, у нас была электрическая цепь, и эта цепь была нарушена в момент повреждения. 

Если мы возьмем еще один провод  и соединим им две части поврежденного провода, то снова будем иметь непрерывный путь для потока электронов. Две точки на схеме показывают физический (металл-металл) контакт между проводами:

Теперь у нас снова есть цепь, состоящая из Источника, нового провода (соединяющего поврежденный) и Получателя электронов. Если рассматривать аналогию с водопроводом, то  установив тройник на одной из закупоренных туб, мы можем направить воду через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание, что в правой части поврежденного провода нет потока электронов, потому что он больше не является частью пути от Источника до получателя электронов.  

Следует отметить что проводам, в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге разъедаются ржавчиной, никакой «износ» от воздействия потока электронов не грозит. При движении электронов, в проводнике возникает определенная сила трения, которая может вырабатывать тепло. Подробнее эту тему мы рассмотрим несколько позже.

Краткий обзор:

• В проводниках, электроны находящиеся на внешних орбитах атомов могут легко покинуть эти атомы, или наоборот присоединится к ним. Такие электроны называются свободными электронами.
  
• В диэлектриках внешние электроны имеют намного меньше свободы передвижения, чем в проводниках.
• Все металлы являются электрически проводящими.
• Динамическое электричество, или электрический ток — это  направленное движение электронов через проводник.
• Статическое электричество — это неподвижный (если на диэлектрике), накопленный заряд, сформированный избытком или недостатком электронов в объекте.
• Для обеспечения потока электронов нужен целый, неповрежденный проводник, который обеспечит приём и выдачу электронов.

Источник: Lessons In Electric Circuits

Проводники, изоляторы и электронный поток — основные понятия электричества

Проводники, изоляторы и электронный поток

Глава 1 — Основные понятия электричества

Электроны разных типов атомов имеют разную степень свободы для перемещения. С некоторыми типами материалов, такими как металлы, самые внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более, чем влияние тепловой энергии в комнатной температуре. Поскольку эти практически несвязанные электроны свободны оставлять свои соответствующие атомы и плавать вокруг в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами .

Проводники против изоляторов

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень мало свободы передвижения. В то время как 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 в этом материале.

Эта относительная подвижность электронов внутри материала известна как электропроводность. Проводимость определяется типами атомов в материале (число протонов в ядре каждого атома, определяющее его химическую идентичность) и то, как атомы связаны друг с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (многие свободные электроны) называются проводниками, а материалы с низкой подвижностью электронов (несколько свободных электронов или без них) называются изоляторами .

Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Проводники Серебряный медь золото алюминий железо стали латунь бронза Меркурий графит грязная вода бетон

Изоляторы стакан ластик масло асфальт стекловолокно фарфор керамический кварц (сухой) хлопок (сухая) бумага (сухая) древесина пластик воздух бриллиант 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 не называются «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково проводящие к свету. Оконное стекло лучше, чем большинство пластмасс, и, конечно, лучше, чем «прозрачный» стекловолокно. Так и с электрическими проводниками, некоторые из них лучше других.

Например, серебро является лучшим проводником в списке «проводников», предлагая более легкий проход для электронов, чем любой другой цитируемый материал. Грязная вода и бетон также перечислены как проводники, но эти материалы существенно менее проводящие, чем любой металл.

Следует также понимать, что некоторые материалы испытывают изменения в их электрических свойствах в разных условиях. Стекло, например, является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но при нагревании до очень высокой температуры становится проводником. Газы, такие как воздух, обычно изоляционные материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов становятся хуже проводниками при нагревании и лучше проводниками при охлаждении. Многие проводящие материалы становятся полностью проводящими (это называется сверхпроводимостью ) при чрезвычайно низких температурах.

Электронный поток / электрический ток

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без какого-либо конкретного направления или скорости, электроны могут влиять на скоординированное движение через проводящий материал. Это равномерное движение электронов — это то, что мы называем электричеством или электрическим током . Точнее, его можно было бы назвать динамическим электричеством, в отличие от статического электричества, которое является неумолимым накоплением электрического заряда. Подобно тому, как вода течет через пустоту трубы, электроны могут перемещаться внутри пустого пространства внутри и между атомами проводника. Проводник может казаться твердым в наших глазах, но любой материал, состоящий из атомов, в основном пустом пространстве! Аналогична жидкостной течению, что движение электронов через проводник часто называют «потоком».

Здесь можно сделать замечательное наблюдение. Поскольку каждый электрон движется равномерно через проводник, он толкает его впереди, так что все электроны движутся вместе как группа. Пуск и останов потока электронов по длине проводящего пути практически мгновенно с одного конца проводника на другой, хотя движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительная аналогия представляет собой трубку, заполненную сквозным мрамором:

Труба заполнена мраморами, так же как проводник полон свободных электронов, готовых к перемещению внешним воздействием. Если в эту полную трубку с левой стороны вдруг вставлен один мрамор, другой мрамор немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый мрамор проходил на небольшом расстоянии, передача движения через трубку практически мгновенно от левого конца до правого конца, независимо от того, как долго проходит пробка. С электричеством общий эффект от одного конца проводника к другому происходит со скоростью света: быстрые 186 000 миль в секунду !!! Каждый отдельный электрон, однако, проходит через проводник гораздо медленнее.

Электронный поток через провод

Если мы хотим, чтобы электроны протекали в определенном направлении в определенном месте, мы должны обеспечить правильный путь для их перемещения, точно так же, как водопроводчик должен установить трубопровод, чтобы вода текла, где он или она хочет, чтобы он текла. Чтобы облегчить это, провода изготовлены из высокопроводящих металлов, таких как медь или алюминий, в самых разных размерах.

Помните, что электроны могут течь только тогда, когда они имеют возможность двигаться в пространстве между атомами материала. Это означает, что электрический ток может существовать только там, где существует непрерывный путь проводящего материала, обеспечивающий прохождение электрода. В мраморной аналогии мрамор может течь в левую сторону трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда труба открыта с правой стороны для выхода из мрамора. Если трубка заблокирована с правой стороны, мрамор будет просто «нагромождать» внутри трубки, и мраморный «поток» не произойдет. То же самое справедливо и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, позволяющего этому потоку. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является условным символом сплошной проволоки. Поскольку провод изготовлен из проводящего материала, такого как медь, его составляющие атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проволоке. Тем не менее, в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если у них нет места для выхода и места для выхода. Давайте добавим гипотетический электрон «Источник» и «Назначение:»

Теперь, когда Электронный источник вдавливает новые электроны в провод с левой стороны, может протекать поток электронов через провод (как показывают стрелки, указывающие слева направо). Однако поток будет прерван, если проводящая дорожка, образованная проволокой, будет нарушена:

Электрическая непрерывность

Поскольку воздух является изолирующим материалом, а воздушный зазор разделяет две части проволоки, некогда непрерывный путь теперь разрушен, а электроны не могут течь от источника к месту назначения. Это похоже на резку водопроводной трубы на две части и укупорку от сломанных концов трубы: вода не может течь, если нет выхода из трубы. В электрических терминах у нас было условие электрической непрерывности, когда провод был в одном куске, и теперь, когда прерывность прерывается обрезкой провода и разделяется.

Если бы мы взяли другой провод, ведущий к Destination, и просто физически соприкоснулись с проводником, ведущим к Источнику, мы снова имели бы непрерывный путь прохождения электронов. Две точки на диаграмме показывают физический (металл-металл) контакт между частями проволоки:

Теперь у нас есть непрерывность от Источника, к вновь созданному соединению, вниз, вправо и до места назначения. Это аналогично установке «тройника» в одной из закрытых труб и направляющей воду через новый сегмент трубы до места назначения. Обратите внимание, что сломанный сегмент провода с правой стороны не пропускает через него электронов, поскольку он больше не является частью полного пути от источника к цели.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока в проводах не возникает «износ», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге разъедают и изношены за счет длительных потоков. Однако электроны сталкиваются с некоторой трением при движении, 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 прийти или уйти и называются свободными электронами .
• В изоляционных материалах внешние электроны не так свободно перемещаются.
• Все металлы являются электропроводящими.
• Динамическое электричество или электрический ток — это равномерное движение электронов через проводник.
• Статическое электричество неподвижно (если на изоляторе), накопленный заряд, образованный либо избытком, либо дефицитом электронов в объекте. Обычно он образуется путем разделения заряда путем контакта и разделения разнородных материалов.
• Для того чтобы электроны непрерывно (бесконечно) протекали через проводник, должен существовать полный непрерывный путь для перемещения и в этот проводник, и из него.

Проводники и диэлектрики в электротехнике имеют большое значение.

Все вещества условно, в зависимости от электрических свойств, делятся на две категории — проводники и ди­электрики.
В настоящий момент промышленность имеет огромный ассортимент проводников и диэлектриков (изоляторов). И их ассортимент постоянно растет.

Проводники

Проводники характеризуются хорошей электропроводностью, т. е. большим количеством свободных электрически заряженных частиц (электронов или ионов), которые могут перемещаться под действием сил поля по проводнику.

Проводники первого рода

Существуют два рода проводников. Проводниками -первого ро­да, в которых возможно перемещение только электронов, являют­ся металлы. В металлических проводниках электроны, располо­женные на внешних орбитах атомов, сравнительно слабо связаны с их ядрами, отчего часть электронов, оторвавшихся от своих ядер, перемещается между атомами, переходя из сферы действия одного ядра в сферу действия другого и заполняя пространство между ними наподобие газа. Эти электроны -принято называть свободными электронами или электронами про­водимости. Свободные электроны находятся в состоянии бес­порядочного (теплового) движения в отличие от положительно заряженных ионов металла, составляющих остов проводника, об­ладающих весьма малой подвижностью и совершающих лишь не­большие колебания около своего среднего положения.

Проводники второго рода

В проводниках второго рода, называемых электролита­ми (водные растворы кислот, солей, щелочей и оснований), под действием растворителя молекулы вещества распадаются на от­рицательные и положительные ионы, которые подобно электро­нам в металлических проводниках могут перемещаться по всему объему проводника.

Диэлектрики

Вещества, число свободных электронов в которых ничтожно мало, называются непроводниками (диэлектриками или изоляторами).К ним относятся газы, часть жидких тел (мине­ральные масла, лаки) и почти все твердые тела, за исключением металлов и угля.

Лучшим непроводником электрического тока является вакуум. Газы, в том числе и воздух, также являются хорошими изоляторами.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Однако при некоторых условиях, например в сильном электри­ческом поле, происходит расщепление молекул диэлектрика на ионы, и вещество, которое при отсутствии электрического поля или в слабом поле было изолятором, становится проводником. Напряженность электрического поля, при которой начинается ио­низация молекул диэлектрика, называется пробивной на­пряженностью (электрической прочностью) диэлектрика. Величина напряженности электрического поля, которая допус­кается в диэлектрике при его использовании в электрической ус­тановке, называется допускаемой напряженностью. Допускаемая напряженность обычно в несколько раз меньше пробивной.

На электрические свойства газов оказывают сильное влияние давление и температура.

В качестве примера приведем значения пробивной напряженности в кв!см для некоторых диэлектриков:
воздух — 30,
масло минеральное (трансформаторное) — 50—150,
электрокартон — 100,
фарфор — 80-150,
слюда — 800-2000.

Проводники и диэлектрики 8 класс видео:

Проектируем электрику вместе: Проводники и диэлектрики. Полупроводники

Сопротивление проводников. Проводимость. Диэлектрики. Применение проводников и изоляторов. Полупроводники.

Физические вещества многообразны по своим электрическим свойствам. Наиболее обширные классы вещества составляют проводники и диэлектрики.

Проводники

Основная особенность проводников – наличие свободных носителей зарядов, которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему вещества.
Как правило, к таким веществам относятся растворы солей, расплавы, вода (кроме дистиллированной), влажная почва, тело человека и, конечно же, металлы.

Металлы считаются наиболее хорошими проводниками электрического заряда.
Есть также очень хорошие проводники, которые не являются металлами.
Среди таких проводников лучшим примером является углерод.

Все проводники обладают такими свойствами, как сопротивление и проводимость. Ввиду того, что электрические заряды, сталкиваясь с атомами или ионами вещества, преодолевают некоторое сопротивление своему движению в электрическом поле, принято говорить, что проводники обладают электрическим сопротивлением (R).
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью (G).

G = 1/ R

То есть, проводимость – это свойство или способность проводника проводить электрический ток.
Нужно понимать, что хорошие проводники представляют собой очень малое сопротивление потоку электрических зарядов и, соответственно, имеют высокую проводимость. Чем лучше проводник, тем больше его проводимость. Например, проводник из меди имеет большую проводимость, чем проводник из алюминия, а проводимость серебряного проводника выше, чем такого же проводника из меди.

Диэлектрики

В отличие от проводников, в диэлектриках при низких температурах нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

К диэлектрикам относятся, в первую очередь, газы, которые проводят электрические заряды очень плохо. А также стекло, фарфор, керамика, резина, картон, сухая древесина, различные пластмассы и смолы.

Предметы, изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами. Надо отметить, что диэлектрические свойства изоляторов во многом зависят от состояния окружающей среды. Так, в условиях повышенной влажности (вода является хорошим проводником) некоторые диэлектрики могут частично терять свои диэлектрические свойства.

О применении проводников и изоляторов

Как проводники, так и изоляторы широко применяются в технике для решения различных технических задач.

К примеру, все электрические провода в доме выполнены из металла (чаще всего медь или алюминий). А оболочка этих проводов или вилка, которая включается в розетку, обязательно выполняются из различных полимеров, которые являются хорошими изоляторами и не пропускают электрические заряды.

Нужно отметить, что понятия «проводник» или «изолятор» не отражают качественных характеристик: характеристики этих материалов в действительности находятся в широком диапазоне – от очень хорошего до очень плохого.
Серебро, золото, платина являются очень хорошими проводниками, но это дорогие металлы, поэтому они используются только там, где цена менее важна по сравнению с функцией изделия (космос, оборонка).
Медь и алюминий также являются хорошими проводниками и в то же время недорогими, что и предопределило их повсеместное применение.
Вольфрам и молибден, напротив,  являются плохими проводниками и по этой причине не могут использоваться в электрических схемах (будут нарушать работу схемы), но высокое сопротивление этих металлов в сочетании с тугоплавкостью предопределило их применение в лампах накаливания и высокотемпературных нагревательных элементах.

Изоляторы также есть очень хорошие, просто хорошие  и плохие. Связано это с  тем, что в реальных диэлектриках также есть свободные электроны, хотя их очень мало. Появление свободных зарядов даже в изоляторах обусловлено тепловыми колебаниями электронов: под воздействием высокой температуры некоторым электронам все-таки удается оторваться от ядра и изоляционные свойства диэлектрика при этом ухудшаются. В некоторых диэлектриках свободных электронов больше и качество изоляции у них, соответственно, хуже. Достаточно сравнить, например, керамику и картон.

Самым лучшим изолятором является идеальный вакуум, но он практически не достижим на Земле. Абсолютно чистая вода также будет отличным изолятором, но кто-нибудь видел ее в реальности? А вода с наличием каких-либо примесей уже является достаточно хорошим проводником.
Критерием качества изолятора является соответствие его функциям, которые он должен выполнять в данной схеме. Если диэлектрические свойства материала таковы, что любая утечка через него ничтожно мала (не влияет на работу схемы), то такой материал считается хорошим изолятором.
 
Полупроводники

Существуют вещества, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.
Такие вещества называют полупроводниками. Они отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости электрических зарядов от температуры, а также от концентрации примесей и могут иметь свойства, как проводников, так и диэлектриков.

В отличие от металлических проводников, у которых с ростом температуры проводимость уменьшается, у полупроводников проводимость растет  с увеличением температуры, а сопротивление, как величина обратная проводимости — уменьшается.

При низких температурах сопротивление полупроводников, как видно из  рис. 1, стремится к бесконечности.
Это значит, что при температуре абсолютного нуля полупроводник не имеет свободных носителей в зоне проводимости и в отличие от проводников ведёт себя, как диэлектрик.
При увеличении температуры, а также при добавлении примесей (легировании) проводимость полупроводника растет и он приобретает свойства проводника. 

Рис. 1. Зависимость сопротивлений проводников и полупроводников от температуры

Примерами классических полупроводников являются такие химические элементы, как кремний (Si) и германий (Ge). Более подробно об этих элементах читайте в статье «О проводимости полупроводников».

Статьи по теме: 1. Что такое электрический ток?
                            2. Постоянный и переменный ток
                            3. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                            4. Направление электрического тока
                            5. О скорости распространения электрического тока
                            6. Электрический ток в жидкостях 
                            7. Проводимость в газах
                            8. Электрический ток в вакууме
                            9. О проводимости полупроводников

Внимание!
Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Сайт посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и процессы, в них происходящие.

Разница между проводниками и изоляторами (аппаратные средства)

Не каждый атом создан равным. Структура атома варьируется от атома к атому. Некоторые атомы неспособны удерживать свои внешние электроны вместе. Их называют свободными электронами, потому что они могут свободно перемещаться от атома к атому. Эти электроны передают электрическую энергию от одной частицы к другой, передавая энергию в форме электричества. Проводник — это вещество, которое ожидает свободный поток электрического заряда. Напротив, изолятор сопротивляется электричеству, что означает, что он оказывает прямо противоположное влияние на поток электронов. Электроны тесно связаны друг с другом внутри атомов, ограничивая тем самым свободный поток электрического заряда. Давайте изучим разницу между ними в деталях.

Какие проводники?

Проводники — это вещества, которые позволяют свободным электронам легко проходить через них, передавая энергию в форме электричества, когда электроны свободно перемещаются от атома к атому. Проще говоря, проводники позволяют электронам свободно перемещаться от частицы к частице в одном или нескольких направлениях. Если вы посылаете электрически заряженный электрон в проводник, он ударяет по свободному электрону, в конечном итоге сбивая его с ног, пока не отбросит другие свободные электроны. Это вызывает своего рода цепную реакцию, создающую электрический заряд через материал. Эти вещества могут легко пропускать через них электричество, поскольку их атомная структура позволяет свободным электронам свободно перемещаться от одной частицы к другой..

Большинство металлов, таких как медь, алюминий, железо, золото и серебро, являются хорошими проводниками электричества, поскольку электроны могут свободно перемещаться от одного атома к другому. Например, медь является хорошим проводником, потому что она довольно легко предвидит свободный поток электронов. Алюминий, с другой стороны, также является хорошим проводником, но он не так хорош, как медь. Он очень легкий, поэтому в основном используется в распределительных кабелях. Давайте возьмем пример лампочки. Когда вы включаете свет, электрический заряд проходит через провод, который заставляет лампу излучать свет. Это не что иное, как поток электронов между атомами.

Металлы являются наиболее распространенными проводниками электричества. Другие проводники включают полупроводники, электролиты, плазму, а также неметаллические проводники, такие как проводящие полимеры и графит. Серебро является лучшим проводником, чем медь, но в большинстве случаев его нецелесообразно использовать из-за его более высокой стоимости. Тем не менее, он используется для специализированного и чувствительного оборудования, такого как спутники. Даже вода, смешанная с примесями, такими как соль, может рассматриваться как проводник.

Какие изоляторы?

Изоляторы, с другой стороны, представляют собой вещества, которые оказывают прямо противоположное влияние на поток электронов. Эти вещества препятствуют свободному потоку электронов, тем самым подавляя поток электрического тока. Изоляторы содержат атомы, которые крепко держат свои электроны, что ограничивает поток электронов от одного атома к другому. Из-за сильно связанных электронов они не могут свободно перемещаться. Проще говоря, вещества, которые препятствуют протеканию тока, являются изоляторами. Материалы имеют такую ​​низкую проводимость, что поток тока практически ничтожен, поэтому они обычно используются, чтобы защитить нас от опасных воздействий электричества.

Некоторыми распространенными примерами изоляторов являются стекло, пластик, керамика, бумага, резина и т. Д. Поток тока в электронных цепях не является статичным, а напряжение может быть довольно высоким, что делает его немного уязвимым. Иногда напряжение достаточно высокое, чтобы электрический ток протекал через материалы, которые даже не считаются хорошими проводниками электричества. Это может привести к поражению электрическим током, потому что человеческое тело также является хорошим проводником электричества. Поэтому электрические провода покрыты резиной, которая действует как изолятор, который, в свою очередь, защищает нас от проводника внутри. Возьмите любой шнур по этому вопросу, и вы можете увидеть изолятор, и в случае, если вы видите проводник, пришло время заменить его.

Разница между проводниками и изоляторами

1. Проводники ожидают свободного потока электрического тока, потому что электроны свободно перемещаются от одного атома к другому. Изоляторы, с другой стороны, противостоят электрическому току, потому что они не позволяют свободный поток электронов от одной частицы к другой.
2. В этом отношении проводники могут легко передавать энергию в форме электричества или тепла. Однако изоляторы не могут передавать электрическую энергию так легко, поэтому они сопротивляются электричеству..
3. Проводники могут легко пропускать электричество через них из-за свободных электронов, присутствующих в их атомной структуре, но изоляторы, с другой стороны, не могут пропускать электричество через них.
4. Проводники — это вещества, атомы которых не имеют сильно связанных электронов, поэтому они могут свободно перемещаться в одном или нескольких направлениях. Однако в случае изоляторов электроны тесно связаны внутри атомов, тем самым ограничивая любое движение электронов в пределах номинального диапазона приложенного напряжения. .
5. Проводники обычно имеют низкое сопротивление, но не нулевое сопротивление, если они не являются сверхпроводниками. Изоляторы имеют высокую устойчивость к электричеству.
6. Проводники проводят электричество, а изоляторы изолируют электричество. Например, металлический провод в электрическом шнуре является проводником, а оболочка или защитная крышка — изолятором..
7. Прикосновение к живому проводнику может убить вас. С другой стороны, если вы дотронетесь до живого изолятора, он даже не повредит, потому что он сопротивляется электрическому току..

Проводники и изоляторы: сравнительная таблица

Проводники	Изоляторы
Проводники — это материалы, которые обеспечивают свободный поток электронов от одного атома к другому..	Изоляторы не позволят освободить электроны от одного атома к другому.
Проводники проводят электричество из-за присутствия в них свободных электронов.	Изоляторы изолируют электричество из-за сильно связанных электронов, присутствующих в атомах.
Эти материалы могут пропускать электричество через них.	Изоляционные материалы не могут пропускать электрический ток через них.
Атомы не могут крепко удерживать свои электроны.	Атомы имеют сильно связанные электроны, поэтому не могут хорошо передавать электрическую энергию.
Материалы, которые являются хорошими проводниками, обычно имеют высокую проводимость.	Хорошие изоляционные материалы обычно имеют низкую проводимость.
В основном металлы являются хорошими проводниками, такими как медь, алюминий, серебро, железо и т. Д..	Обычные изоляторы включают резину, стекло, керамику, пластик, асфальт, чистую воду и т. Д..

Краткое описание проводников и изоляторов

И проводники, и изоляторы практически противоположны с точки зрения свойств и функциональности. Наиболее распространенное различие между ними состоит в том, что, хотя проводники позволяют свободный поток электронов от одного атома к другому, изоляторы ограничивают свободный поток электронов. Проводники позволяют электрической энергии проходить через них, тогда как изоляторы не позволяют электрической энергии проходить через них. Проводники имеют высокую проводимость, тогда как изоляторы имеют низкую проводимость.

Как вода является хорошим проводником электричества?

Вопрос задан: Роберт Поуп

Ответить

Вода сама по себе не является проводником электричества. Чтобы вещество могло нести заряд, сначала должны быть выполнены два условия:

1. В веществе должны быть заряженные частицы (ионы или электроны) и
2. Эти частицы должны свободно двигаться Верно, что в воде (H ₂ O) отдельные молекулы могут свободно двигаться, однако они не несут заряда.

Единственная причина, по которой вода иногда может проводить электричество, заключается в том, что минералы (металлические твердые вещества) уже присутствует в воде.
Отвечает: Шон Гладман, студент BHS

Частично верно, но: Сама вода содержит 1*10 ^-7 моль/литр положительно заряженного H+ и такое же количество отрицательно заряженной HO- (ph 7), что приводит к проводимости приблизительно 0,055 Сименс/см (18,2 МОм) для чистой воды при 25 °С. (по сравнению с дождевой водой 35 — 100 Сименс/см в зависимости от Загрязненность воздуха, река (Рейн, Германия) 300–745 Сименс/см, море 42 000 Сименс/см

Высокая проводимость соленой воды обусловлена ​​ионами соли, но вода имеет в любом случае количество ионов
Отвечает: Ральф Биль, Ph.D Физика, Майнцский университет, Институт физики

Основной фактор, объясняющий, почему легче получить удар током, когда речь идет о воде, заключается в том, что вода, будучи жидкость, распространяется по поверхности и в закоулки вашей кожи гораздо лучше, чем при контакте с твердое тело будет, тем самым увеличивая воздействие электрического тока на поверхность вашей кожи.
Отвечает: Хоуи Соучек

Другое явление, которое может произойти при попытке подвергнуть воду воздействию высокого электрического потенциала, заключается в том, что она начинает ионизироваться, т.е.е. вы начинаете создавать ионы в воде только от сильного электрического поля. Тогда вы можете получить ионный след, очень похожий на тот, что образуется в воздухе во время молнии, где проводимость становится очень высокой. Эта тропа становится проходом для тока почти без сопротивления.

В любом случае избегайте молнии и электричества рядом с мокрыми вещами.
Отвечает: Антон Скоруцак, PhysLink.com

Проводимость

Проводимость

Электропроводность является мерой легкость, с которой электрический заряд или тепло могут пройти через материал.А проводник представляет собой материал, который оказывает очень небольшое сопротивление потоку электрический ток или тепловую энергию. Материалы классифицируются как металлы, полупроводники и изоляторы. Металлы – самые проводящие и изоляторы (керамика, дерево, пластик) наименее проводящие.

Электропроводность говорит нам, насколько хорошо материал пропускает через себя электричество.Многие люди думают о медных проводах как о чем-то, что обладает отличными электрическими свойствами. проводимость.

Теплопроводность говорит нам о том, с какой легкостью можно использовать тепловую энергию (тепло для большинства целей). двигаться через материал. Некоторые материалы, такие как металлы, пропускают тепло. через них довольно быстро. Представьте, что одной рукой вы касаетесь кусок металла, а другой кусок дерева.Какой материал будет чувствовать себя холоднее? Если бы вы сказали «металл», вы были бы правы. Но, на самом деле оба материала имеют одинаковую температуру. это относительно теплопроводность. Металл обладает более высокой теплопроводностью, или термической проводимость, чем древесина, позволяя теплу от вашей руки уйти быстрее. Если вы хотите, чтобы что-то было холодным, лучше всего завернуть это во что-нибудь не обладает высокой теплопроводностью или высокой теплопроводностью, это будет изолятор.Керамика и полимеры обычно являются хорошими изоляторами. но вы должны помнить, что полимеры обычно имеют очень низкую температуру плавления. Это означает, что если вы проектируете что-то, что будет сильно нагреваться, полимер может расплавиться в зависимости от температуры плавления.

Серебро

обладает самой высокой электропроводностью среди всех металлов. На самом деле серебро определяет проводимость — все остальные металлы сравниваются с Это.По шкале от 0 до 100 серебро занимает 100 место, медь — 97, а золото. на 76. Из-за этого свойства, а также из-за того, что оно не легко воспламеняется, серебро обычно используется в электрических цепях и контактах. Серебро также используется в батареях, где надежность является обязательной и применяются ограничения по весу, например, для портативных хирургических инструментов, слуховых аппаратов, кардиостимуляторов и космическое путешествие.

ССЫЛКИ

http://www.физика4kids.com/files/elec_conduct.html
План урока по проводимости для учителей — http://www.infinitepower.org/pdf/09-Lesson-Plan.pdf

Все информация на этой странице предоставлена ​​U of C-Click on the University of Cambridge. значок для благодарностей.

Вода проводит электричество? Это проводник или изолятор?

Нет, чистая вода не проводит электричество; сам по себе он плохой проводник электричества. Однако вода содержит заряженные ионы и примеси, которые делают ее очень хорошим проводником электричества.

Нам постоянно говорят и учат, что вода проводит электричество. Действительно, это главная причина, по которой Вода + Электричество является такой плохой новостью, поскольку она может вызвать поражение электрическим током у тех, кто вступает в контакт с опасной парой.

Но если хорошенько подумать и вникнуть в глубины химии по этому вопросу, то можно увидеть, что чистая вода на самом деле а не хороший проводник электричества, то есть она не пропускает через себя электричество.

---

Рекомендуемое видео для вас:

---

Вода: универсальный растворитель

Вода растворяет многие вещества, поэтому она широко известна как такой хороший растворитель. На самом деле воду часто ошибочно называют «универсальным растворителем», потому что она способна растворять больше веществ, чем любая другая жидкость.

Большая часть воды, с которой приходится сталкиваться в повседневной жизни, содержит определенное количество растворенных веществ. Будь то вода из-под крана на кухне, из душа, из бассейна или из другого места… можно с уверенностью предположить, что она содержит значительное количество растворенных веществ, химикатов и минералов.

Маловероятно, что вода у вас абсолютно чистая, т.е. без всяких солей, минералов и примесей.

Чистая вода не проводит электричество

Чтобы электричество проходило через жидкость, в жидкости должно происходить движение заряда. Полностью деионизированная вода, то есть абсолютно «чистая» вода не имеет ионов.

Следовательно, через воду не течет заряд, поэтому чистая вода не проводит электричество.

В дистиллированной воде нет примесей и, следовательно, нет ионов.Есть только нейтральные молекулы, и эти нейтральные молекулы лишены заряда. По этой причине дистиллированная вода также не может проводить электричество.

Почему обычная вода является хорошим проводником электричества?

Водопроводная, дождевая и морская вода содержат бесчисленные примеси, такие как ионы натрия Na+, кальция Ca2+ и магния Mg2+. Поскольку они заряжаются, когда находятся в воде, электричество может проходить через жидкость.

Вода не нуждается в большом количестве примесей, чтобы функционировать как хороший проводник электричества; даже небольшое количество ионов может позволить водному источнику проводить электричество.

Короче говоря, вода способна проводить электричество благодаря растворенным в ней ионам и примесям.

Когда аккумулятор с положительным и отрицательным полюсами помещают в воду, положительные ионы притягиваются к отрицательному полюсу, а отрицательные ионы к положительному полюсу, создавая замкнутую цепь.

Вода по своей природе амфотерна, что означает, что она может выступать как в качестве основания, так и кислоты. Это очень хороший источник водорода, так как электроположительные элементы восстанавливают воду до молекулы водорода, что полезно в окислительно-восстановительных реакциях.

Вода имеет самое высокое поверхностное натяжение среди всех жидкостей, кроме ртути. Это свойство воды формируется за счет связывания водорода в молекулах воды.

Поскольку вода, которую мы используем в нашей повседневной жизни, неизбежно загрязнена, лучше держать подальше все электрические приборы, чтобы они никогда не соприкасались с ней.

Вы поняли, является ли вода проводником электричества?

Пройдите короткий тест и оцените свое понимание.

Начать викторину

Ваш ответ:

Правильный ответ:

Следующий

Вы получили {{SCORE_CORRECT}} из {{SCORE_TOTAL}}

Повторная викторина

Предлагаемая литература

Почему серебро хорошо проводит электричество?

Как правило, это глубокая концепция, поэтому, чтобы понять, почему серебро является лучшим проводником электричества, нам сначала нужно понять еще несколько вещей. Давайте сделаем обзор базовой теории строения атома, проводимости электричества, проводников и ее факторов.

Атом состоит из трех частиц, ядро ​​атома состоит из протонов и нейтронов, а внешние оболочки — из электронов. Эти электроны являются наименьшими частицами из трех и вращаются вокруг ядра. С другой стороны, металл имеет три энергетические зоны, заявленные в зонной теории: валентность, запрещенная зона и проводимость.

Когда электрон получает достаточно энергии, он переходит из валентной зоны в зону проводимости и вносит вклад в электропроводность.Именно в этом заключается концепция серебра как хорошего проводника электричества. Мы обсудим это позже, после объяснения некоторых основных терминов.

Что такое проводимость?

Это первичное явление элемента, способного пропускать через него электричество. Другими словами, проводимость может пропускать ток; например, вода. Материал называется проводящим, если его электроны свободно движутся в атоме.

Если мы сравним два материала, дерево и медь, какой из них, по вашему мнению, будет лучшим проводником?

Последний будет проводить электрический ток, а древесина — нет, так как в меди больше свободных электронов, чем в древесине.

Единицы проводимости

Электропроводность измеряется в сименсах на метр (См/м) и обозначается каппа «k» или сигма «σ».

Что такое электрический ток?

Ток, протекающий из-за зарядов, называется электрическим током. В природе всегда есть два типа зарядов: положительный и отрицательный. Ток, который течет из-за положительного заряда, называется током дырки. Точно так же ток, который течет из-за отрицательного заряда, является электронным током.

Единицы электрического тока

Измеряется в амперах (А) и обозначается заглавной буквой «I.

Проводники, непроводники и полупроводники

Проводники

Канал, по которому проходит или проводит электричество, называется проводником. Примерами некоторых проводников являются соленая вода, медь, железо, латунь, бронза, серебро и золото. В проводниках зона проводимости и валентная зона перекрываются, что облегчает проводимость.

Непроводники

В то время как диэлектрики не пропускают и не проводят электричество, их также называют изоляторами. Пластик, бумага, стекло, масло, керамика, ткань являются известными диэлектриками/изоляторами.В непроводниках валентная зона и зона проводимости находятся на определенном расстоянии, поэтому проводимость останавливается.

Полупроводники

Кроме того, полупроводники не пропускают электричество при комнатной температуре, а только при подаче энергии. Типичными примерами являются кремний и германий. В полупроводниках валентная зона и зона проводимости находятся на меньшем расстоянии, чем в непроводниках, что препятствует проводимости.

Проводимость в серебре

Серебро является переходным металлом в группе 11 и периоде 5 в современной периодической таблице и имеет самую высокую электропроводность, за которой следует золото. Причиной того, что серебро является самым проводящим металлом, является его электронная конфигурация. Это расположение электрона в атоме, например, 2, 8, 18, 18 и 1 электрон на оболочку. По конфигурации последняя оболочка имеет только один электрон, слабо связанный с ядром.

Этот валентный электрон помогает серебру вносить свой вклад в электропроводность, находясь в зоне проводимости. Кроме того, больший размер атома серебра создает меньшее влияние ядра на электроны, что обеспечивает большую проводимость.

Некоторые факторы, повышающие проводимость

Температура:  если мы увеличим температуру металла, его электрон возбудится. Он начинает прыгать с низкого энергетического уровня на высокий энергетический уровень, тем самым увеличивая проводимость.

Легирование:  Легирование обычно применяется в полупроводниках для увеличения проводимости. Это делается путем добавления другой примеси для увеличения количества электронов в зоне проводимости.

Увеличенная частота:  Мы можем определить частоту как количество циклов колебаний, проходимых в секунду текущим током.Серебро вызывает колебания присутствующих в нем электронов сразу после прохождения через него электричества. Следовательно, увеличение или уменьшение частоты соответственно изменяет проводимость.

Изменение структуры: Форма серебра сильно влияет на его проводимость, поскольку металлы с лучшей кристаллической структурой являются хорошими проводниками. Следовательно, изменения в составе серебра могут влиять на его электропроводность.

Заключение

Мы надеемся разрешить ваши конфликты по поводу серебра и его электропроводности.Есть несколько подходящих металлов с их электропроводностью, но серебро занимает первое место. Люди используют этот элемент в различных промышленных процессах, но в ограниченном диапазоне, чтобы улучшить свою работу. Кроме того, элемент является немного дорогостоящим тоже.

Амна, будучи физиком, хочет поделиться своим опытом и знаниями с людьми. Амна также очень энергичный и мотивированный лектор.

Учебник 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 течь от частицы к частице. Объект, сделанный из проводящего материала, позволяет передавать заряд по всей поверхности объекта. Если заряд передается объекту в заданном месте, этот заряд быстро распределяется по всей поверхности объекта. Распределение заряда является результатом 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 минимизированы.Если заряженный проводник прикоснуться к другому объекту, проводник может даже передать свой заряд этому объекту. Перенос заряда между объектами происходит легче, если второй объект сделан из проводящего материала. Проводники обеспечивают перенос заряда за счет свободного движения электронов.

В отличие от проводников, изоляторы представляют собой материалы, препятствующие свободному потоку электронов от атома к атому и от молекулы к молекуле.Если заряд передается изолятору в заданном месте, избыточный заряд останется в начальном месте зарядки. Частицы изолятора не допускают свободного потока электронов; впоследствии заряд редко распределяется равномерно по поверхности изолятора.

Хотя изоляторы непригодны для переноса заряда, они играют важную роль в электростатических экспериментах и ​​демонстрациях. Проводящие объекты часто монтируются на изолирующих объектах.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 по лабораторному столу. Если эксперименты по зарядке проводятся с алюминиевыми банками для поп-музыки, то банки следует устанавливать поверх стаканов из пенополистирола. Чашки служат изоляторами, не позволяя банкам из-под попсы разряжаться.Чашки также служат ручками, когда необходимо передвигать банки по столу.

Примеры проводников и изоляторов

Примеры проводников включают металлы, водные растворы солей (т.е. ионные соединения , растворенные в воде), графит и тело человека. Примеры изоляторов включают пластмассы, пенополистирол, бумагу, резину, стекло и сухой воздух. Разделение материалов на категории проводников и изоляторов несколько искусственно.Более уместно думать о материалах как о размещении где-то в континууме. Те материалы, которые обладают сверхпроводимостью (известные как сверхпроводники ), будут размещены на одном конце, а материалы с наименьшей проводимостью (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 выше, чем у стекла.

В континууме 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 всей поверхности тела. Учитывая размер человеческого тела по сравнению с размером типичных объектов, используемых в электростатических экспериментах, потребуется аномально большое количество избыточного заряда, прежде чем его эффект будет заметен.Влияние избыточного заряда на тело часто демонстрируют с помощью генератора Ван де Граафа. Когда ученик кладет руку на неподвижный мяч, избыточный заряд от мяча передается человеческому телу. Будучи проводником, избыточный заряд мог стекать в тело человека и распространяться по всей поверхности тела, даже на пряди волос. Когда отдельные пряди волос заряжаются, они начинают отталкивать друг друга. Стремясь дистанцироваться от своих заряженных соседей, пряди волос начинают подниматься вверх и наружу — поистине мурашки по коже.

Многие знакомы с влиянием влажности на накопление статического заряда. Вы, вероятно, замечали, что в зимние месяцы чаще всего случаются плохие прически, удары дверными ручками и статическая одежда. Зимние месяцы, как правило, самые засушливые месяцы в году, когда уровень влажности воздуха падает до более низких значений. Вода имеет свойство постепенно снимать лишний заряд с предметов. Когда влажность высокая, человек, приобретающий избыточный заряд, будет склонен отдавать этот заряд молекулам воды в окружающем воздухе.С другой стороны, сухой воздух способствует накоплению статического заряда и более частым поражениям электрическим током. Поскольку уровни влажности имеют тенденцию меняться 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 посредством движения электронов

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

Но что произойдет, если проводник приобретет избыток положительного заряда? Что, если электроны удаляются из проводника в заданном месте, придавая объекту общий положительный заряд? Если протоны не могут двигаться, то как избыток положительного заряда может распределиться по поверхности материала? Хотя ответы на эти вопросы не столь очевидны, они все же предполагают довольно простое объяснение, которое опять-таки опирается на два фундаментальных правила взаимодействия зарядов.Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается. Предположим, что проводящая металлическая сфера заряжена с левой стороны и сообщила избыток положительного заряда. (Конечно, это требует, чтобы электроны были удалены от объекта в месте зарядки.) Множество атомов в области, где происходит зарядка, потеряли один или несколько электронов и имеют избыток протонов. Дисбаланс заряда внутри этих атомов создает эффекты, которые можно рассматривать как нарушение баланса заряда внутри всего объекта.Присутствие этих избыточных протонов в данном месте оттягивает электроны от других атомов. Электроны в других частях объекта можно рассматривать как вполне довольных балансом заряда, который они испытывают. Однако всегда найдутся электроны, которые почувствуют притяжение избыточных протонов на некотором расстоянии. Говоря человеческим языком, мы могли бы сказать, что эти электроны притягиваются любопытством или верой в то, что по ту сторону забора трава зеленее. На языке электростатики мы просто утверждаем, что противоположности притягиваются — лишние протоны и как соседние, так и дальние электроны притягиваются друг к другу.Протоны ничего не могут поделать с этим притяжением, поскольку они связаны внутри ядра своих собственных атомов. Тем не менее, электроны слабо связаны внутри атомов; и, находясь в проводнике, они могут свободно перемещаться. Эти электроны перемещаются за избыточными протонами, оставляя свои собственные атомы со своим избыточным положительным зарядом. Эта миграция электронов происходит по всей поверхности объекта до тех пор, пока общая сумма эффектов отталкивания между электронами по всей поверхности объекта не будет минимизирована.

Мы хотели бы предложить… Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Интерактивного поляризационного алюминиевого банка. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивная поляризация алюминиевой банки помогает учащимся визуализировать перераспределение зарядов внутри проводника по мере приближения заряженного объекта.

 

 

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание заряда, чтобы ответить на следующие вопросы. Когда закончите, нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Одна из этих изолированных заряженных сфер сделана из меди, а другая — из каучука. На приведенной ниже диаграмме показано распределение избыточного отрицательного заряда по поверхности двух сфер. Отметьте, что есть что, и подкрепите свой ответ объяснением.

 

 

2. Какой из следующих материалов обладает более высокими проводящими свойствами, чем изолирующими? _____ Объясните свои ответы.

а. резина

б. алюминий

в. серебро

д.пластик

эл. мокрая кожа

 

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

а. имеет избыток протонов

б. имеет избыток электронов

в. может заряжаться, а изолятор не может

д. имеет более быстрые молекулы

эл.не содержит нейтронов, препятствующих потоку электронов

ф. ни один из этих

 

 

4. Предположим, что проводящий шар каким-то образом заряжается положительно. Заряд изначально осаждается на левой стороне сферы. Тем не менее, поскольку объект является проводящим, заряд равномерно распределяется по всей поверхности сферы. Равномерное распределение заряда объясняется тем, что ____.

а. заряженные атомы в месте заряда перемещаются по всей поверхности сферы

б. избыточные протоны перемещаются из места заряда в остальную часть сферы

в. избыточные электроны из остальной части сферы притягиваются к избыточным протонам

 

 

5. Когда автоцистерна прибыла в пункт назначения, она готовится слить топливо в резервуар или бак.Часть подготовки включает соединение корпуса автоцистерны металлическим проводом с землей. Предложите причину, почему это сделано.

 

Проводники, изоляторы и поток электронов | Основные понятия электричества

Электроны различных типов атомов имеют разные степени свободы для перемещения. В некоторых типах материалов, таких как металлы, самые 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 .

Проводники и изоляторы

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень мало свободы для перемещения. 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 внутри материала известна как электрическая проводимость . Проводимость определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома определяет его химическую принадлежность) 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 свободных электронов или их отсутствие) называются изоляторами .Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Проводники серебро медь золото алюминий железо сталь латунь бронза ртуть графит грязная вода бетон

Изоляторы стекло резина масло асфальт стекловолокно фарфор керамика кварц (сухой) хлопок (сухая) бумага (сухая) древесина пластик воздух алмаз чистая вода

Необходимо 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, называются «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково пропускают свет. Оконное стекло лучше большинства пластиков и уж точно лучше «прозрачного» стекловолокна. Так и с электрическими проводниками, одни лучше других.

Например, серебро является лучшим проводником в списке «проводников», обеспечивая более легкое прохождение электронов, чем любой другой упомянутый материал.Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но проводимость этих материалов существенно ниже, чем у любого металла.

Следует также понимать, что электрические свойства некоторых материалов изменяются в различных условиях. Стекло, например, 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 становятся хуже проводниками при нагревании и лучше при охлаждении. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимостью ) при экстремально низких температурах.

Электронный поток / Электрический ток

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, можно заставить электроны двигаться скоординированным образом через проводящий материал. Это равномерное движение электронов и есть то, что мы называем электричеством или электрическим током .Точнее, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества , которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Точно так же, как вода течет через пустоту трубы, электроны могут двигаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может казаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, в основном представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов в проводнике часто называют «потоком».

Здесь можно сделать важное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он давит на электрон впереди него, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и прекращение потока электронов по всей 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 шариками встык:

 

Трубка полна шариков, так же как проводник полон свободных электронов, готовых прийти в движение под действием внешнего воздействия.Если один шарик внезапно вставить в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел небольшое расстояние, передача движения по трубе практически мгновенна от левого конца к правому концу, независимо от длины трубы. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: стремительные 186 000 миль в секунду!!! Каждый отдельный электрон, тем не менее, проходит через проводник со скоростью гораздо медленнее.

Электронный поток через проволоку

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны предоставить им надлежащий путь для движения, точно так же, как сантехник должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, куда он или она хочет. 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 часть трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны для вытекания шариков. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики просто «накопятся» внутри трубки, и шарики не «потекут». То же самое относится и к электрическому току: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, чтобы обеспечить этот поток. Давайте посмотрим на схему, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является общепринятым символом непрерывного отрезка провода. Поскольку провод сделан из проводящего материала, такого как медь, входящие в его состав атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проводу. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда прийти и куда уйти.Добавим гипотетический электрон «Источник» и «Пункт назначения:»

.

 

Теперь, когда Источник электронов выталкивает новые электроны в провод с левой стороны, может происходить поток электронов по проводу (как показано стрелками, указывающими слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проводом, прервется:

Электрическая непрерывность

Поскольку воздух является изолирующим материалом, а воздушный зазор разделяет два отрезка провода, некогда непрерывный путь теперь разорван, и электроны не могут течь от Источника к Получателю. Это все равно, что разрезать водопроводную трубу пополам и заглушить сломанные концы трубы: вода не может течь, если из трубы нет выхода. С точки зрения электротехники, у нас было состояние электрической непрерывности , когда провод был цельным, и теперь эта непрерывность нарушается, когда провод разрезается и отделяется.

Если бы мы взяли другой кусок провода, ведущий к Пункту назначения, и просто физически соприкоснулись с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова был бы непрерывный путь для движения электронов.Две точки на схеме обозначают физический контакт (металл-металл) между отрезками провода:

Теперь у нас есть непрерывность от Источника к новообразованной связи, вниз, вправо и вверх к Цели. Это аналогично установке «тройника» в одну из заглушенных труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Пожалуйста, обратите внимание, что через сломанный отрезок провода с правой стороны не протекают электроны, потому что он больше не является частью полного пути от источника к месту назначения.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит никакого «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиванию при длительных потоках. 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 и уходить и называются свободными электронами .
• В изолирующих материалах внешние электроны не так свободно перемещаются.
• Все металлы электропроводны.
• Динамическое электричество или электрический ток — это равномерное движение электронов в проводнике.
• Статическое электричество неподвижно (если на изоляторе), накопленный заряд, образованный либо избытком, либо недостатком электронов в объекте. Обычно он образуется путем разделения зарядов при контакте и разделении разнородных материалов.
• Для того чтобы электроны могли непрерывно (неопределенно) течь через проводник, должен быть полный, непрерывный путь для их движения как в этот проводник, так и из него.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Какие металлы являются самыми проводящими?

Проводимость играет жизненно важную роль во многих отраслях промышленности, включая электронику, аэрокосмическую промышленность и телекоммуникации. Однако на самом деле существует несколько видов проводимости. Теплопроводность относится к способности материала передавать тепло, а электропроводность относится к способности материала пропускать электрический ток без сопротивления.Как правило, материалы с высокой теплопроводностью также обладают высокой электропроводностью.

Проводимость зависит от различных материалов и внешних условий. Некоторые из факторов, влияющих на проводимость, включают форму, размер, температуру и внешние электромагнитные поля. Примеси в веществе также могут препятствовать потоку электронов и снижать проводимость.

Большинство металлов в той или иной степени проводят тепло и электричество, но некоторые металлы обладают большей проводимостью, чем другие.В результате проводимость является важным фактором, который следует учитывать при гальванике. Если вам нужен конечный продукт, который может хорошо проводить тепло или электричество, вам нужно будет выбрать проводящее металлическое покрытие, которое будет соответствовать уникальным требованиям вашего приложения.

Шесть самых проводящих металлических покрытий

Выбор металла с правильным уровнем электропроводности может обеспечить или сломать функциональный успех продукта или компонента. Чтобы помочь вам оценить ваши варианты, мы создали это руководство по наиболее проводящим металлам, используемым для гальванопокрытий на подложках в промышленных отраслях.Шесть самых проводящих металлов, которые следует учитывать, включают:

1. Серебро:  Серебро, самый проводящий металл, эффективно проводит тепло и электричество благодаря своей уникальной кристаллической структуре и единственному валентному электрону. Серебро обеспечивает низкую износостойкость контактов и отличную оптическую отражательную способность, что делает его идеальным для покрытия контактов, зеркал и проводников в телекоммуникационных приложениях. Однако серебряные покрытия также легко тускнеют, поэтому их используют реже, чем покрытия из меди и золота.
2. Медь:  Как и серебро, один валентный электрон меди делает ее металлом с высокой проводимостью. Он также обеспечивает хорошую коррозионную стойкость. Медные покрытия находят применение в полупроводниках, печатных платах и ​​других устройствах, где важна электропроводность.
3. Золото: высокая электропроводность золота в сочетании с его коррозионной стойкостью, износостойкостью и стабильным контактным сопротивлением делает его идеальным для покрытия полупроводников, разъемов, печатных и травленых схем.Если вы готовы согласиться на более высокую цену, золото обычно предлагает наибольшую выгоду для продуктов, требующих проводимости.
4. Цинк:  Хотя цинк обладает значительно меньшей электропроводностью, чем золото, медь и серебро, он может быть доступной альтернативой этим более дорогим металлам. Цинк обеспечивает хорошую проводимость и большую долговечность.
5. Никель:  Другой проводящий металл, никель, обычно наносится на поверхность компонента для увеличения толщины и повышения устойчивости к износу и коррозии.Вы можете выбрать никелевые покрытия для сложных промышленных и военных применений.
6. Платина: Платина — это драгоценный металл, часто используемый для создания защитного покрытия для других металлов, которые легко подвергаются коррозии. Чрезвычайно высокая температура плавления платины также делает ее подходящей для применений, требующих высокой теплопроводности.

Компания SPC может покрывать изделия и компоненты всеми этими высокопроводящими металлами. Если вы не уверены, какой вариант лучше всего соответствует вашим требованиям, наша команда экспертов по отделке поверхностей будет рада помочь вам.

Свяжитесь с SPC, чтобы узнать больше

Sharretts Plating Company – это компания, предоставляющая полный комплекс услуг по отделке, которая занимается инновациями в гальванотехнике уже более 90 лет.