ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ. Электрическая проводимость ( электропроводность) - 1/ R - электрическая проводимость 1/ R - электрическая проводимость. - презентация

1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ

2 Электрическая проводимость ( электропроводность) - 1/ R - электрическая проводимость 1/ R - электрическая проводимость - это физическая величина, обратная сопротивлению, характеризует свойство вещества проводить электрический ток. R - сопротивление

3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ Носители свободных зарядов в металлах - свободные электроны, которые упорядоченно перемещаются вдоль проводника под действием эл. поля с постоянной средней скоростью (из-за тормозного действия положительно заряженных ионов кристаллической решетки). Металлы обладают электронной проводимостью.

4 Зависимость сопротивления проводника R от температуры: При нагревании размеры проводника меняются мало, а в основном меняется удельное сопротивление. Удельное сопротивление проводника зависит от температуры: где ро - удельное сопротивление при 0 градусов, t - температура, - температурный коэффициент сопротивления ( т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании его на один градус) где ро - удельное сопротивление при 0 градусов, t - температура, - температурный коэффициент сопротивления ( т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании его на один градус) Для металлов и сплавов Обычно для чистых металлов принимается Таким образом, для металлических проводников с Для металлов и сплавов Обычно для чистых металлов принимается Таким образом, для металлических проводников с С ростом температуры увеличивается удельное сопротивление, увеличивается С ростом температуры увеличивается удельное сопротивление, увеличивается сопротивление проводника и уменьшается эл.ток в цепи. сопротивление проводника и уменьшается эл.ток в цепи.

5 Явление сверхпроводимости Открытие низкотемпературной сверхпроводимости: 1911 г. - голландский ученый Камерлинг - Онес наблюдается при сверхнизких температурах (ниже 25 К) во многих металлах и сплавах; при таких температурах удельное сопротивление этих веществ становится исчезающе малым. Открытие низкотемпературной сверхпроводимости: 1911 г. - голландский ученый Камерлинг - Онес наблюдается при сверхнизких температурах (ниже 25 К) во многих металлах и сплавах; при таких температурах удельное сопротивление этих веществ становится исчезающе малым. В 1957 г. дано теоретическое объяснение явления сверхпроводимости: Купер (США), Боголюбов (СССР) В 1957 г. дано теоретическое объяснение явления сверхпроводимости: Купер (США), Боголюбов (СССР) 1957 г. опыт Коллинза: ток в замкнутой цепи без источника тока не прекращался в течение 2,5 лет г. опыт Коллинза: ток в замкнутой цепи без источника тока не прекращался в течение 2,5 лет. В 1986 г. открыта (для металлокерамики) высокотемпературная сверхпроводимость (при 100 К). В 1986 г. открыта (для металлокерамики) высокотемпературная сверхпроводимость (при 100 К). Трудность достижения сверхпроводимости: - необходимость сильного охлаждения вещества Трудность достижения сверхпроводимости: - необходимость сильного охлаждения вещества Область применения: - получение сильных магнитных полей; - мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в ускорителях и генераторах. Область применения: - получение сильных магнитных полей; - мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в ускорителях и генераторах. В настоящий момент в энергетике существует большая проблема - большие потери электроэнергии при передаче ее по проводам. В настоящий момент в энергетике существует большая проблема - большие потери электроэнергии при передаче ее по проводам. Возможное решение проблемы: при сверхпроводимости сопротивление проводников приблизительно равно 0 и потери энергии резко уменьшаются. Возможное решение проблемы: при сверхпроводимости сопротивление проводников приблизительно равно 0 и потери энергии резко уменьшаются.

6 ИНТЕРЕСНО... В 17 веке после того как Уильям Гильберт установил, что многие тела обладают способностью электризоваться при их натирании, в науке считалось, что все тела по отношению к электризации делятся на два вида: на способные электризоваться при трении, и на тела, не электризующиеся при трении. Только в первой половине 18 века было установлено, что некоторые тела обладают, кроме того, способностью распространять электричество. Первые опыты в этом направлении были проведены английским физиком Греем. В 1729 г. Грей открыл явление электрической проводимости. Он установил, что электричество способно передаваться от одних тел к другим по металлической проволоке. По шелковой же нити электричество не распространялось. Именно Грей разделил вещества на проводники и непроводники электричества. Только в 1739 г. было окончательно установлено, что все тела следует делить на проводники и диэлектрики. В 17 веке после того как Уильям Гильберт установил, что многие тела обладают способностью электризоваться при их натирании, в науке считалось, что все тела по отношению к электризации делятся на два вида: на способные электризоваться при трении, и на тела, не электризующиеся при трении. Только в первой половине 18 века было установлено, что некоторые тела обладают, кроме того, способностью распространять электричество. Первые опыты в этом направлении были проведены английским физиком Греем. В 1729 г. Грей открыл явление электрической проводимости. Он установил, что электричество способно передаваться от одних тел к другим по металлической проволоке. По шелковой же нити электричество не распространялось. Именно Грей разделил вещества на проводники и непроводники электричества. Только в 1739 г. было окончательно установлено, что все тела следует делить на проводники и диэлектрики. К началу 19 века стало известно, что разряд электрических рыб проходит через металлы, но не проходит через стекло и воздух. К началу 19 века стало известно, что разряд электрических рыб проходит через металлы, но не проходит через стекло и воздух.

7 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ Жидкости по степени электропроводности делятся на: диэлектрики (дистиллированная вода), проводники (электролиты), полупроводники (расплавленный селен). Электролит - это проводящая жидкость (растворы кислот, щелочей, солей и расплавленные соли). Электролит - это проводящая жидкость (растворы кислот, щелочей, солей и расплавленные соли). Электролитическая диссоциация (разъединение) - при растворении в результате теплового движения происходят столкновения молекул растворителя и нейтральных молекул электролита. Молекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Например, растворение медного купороса в воде. Электролитическая диссоциация (разъединение) - при растворении в результате теплового движения происходят столкновения молекул растворителя и нейтральных молекул электролита. Молекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Например, растворение медного купороса в воде. Ион - атом или молекула, потерявшая или присоединившая к себе один или несколько электронов; - существуют положительные ( катионы ) и отрицательные ( анионы ) ионы. Ион - атом или молекула, потерявшая или присоединившая к себе один или несколько электронов; - существуют положительные ( катионы ) и отрицательные ( анионы ) ионы. Рекомбинация ионов Наряду с диссоциацией в электролите одновременно может происходить процесс восстановления ионов в нейтральные молекулы. Рекомбинация ионов Наряду с диссоциацией в электролите одновременно может происходить процесс восстановления ионов в нейтральные молекулы. Между процессами электролитической диссоциации и рекомбинации при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие. Между процессами электролитической диссоциации и рекомбинации при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие.

8 Степень диссоциации - доля молекул, распавшихся на ионы. Степень диссоциации - доля молекул, распавшихся на ионы. - возрастает с увеличением температуры; - еще зависит от концентрации раствора и от электрических свойств растворителя. - возрастает с увеличением температуры; - еще зависит от концентрации раствора и от электрических свойств растворителя. Электропроводимость электролитов Ионная проводимость - упорядоченное движение ионов под действием внешнего эл.поля; существует в электролитах; прохождение эл.тока связано с переносом вещества. Электропроводимость электролитов Ионная проводимость - упорядоченное движение ионов под действием внешнего эл.поля; существует в электролитах; прохождение эл.тока связано с переносом вещества. Электронная проводимость - также в небольшой мере присутствует в электролитах, но в основном характеризует электропроводимость жидких металлов. Ионы в электролите движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды, между которыми существует разность потенциалов. Тогда на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в электролите возникает эл. ток. Электронная проводимость - также в небольшой мере присутствует в электролитах, но в основном характеризует электропроводимость жидких металлов. Ионы в электролите движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды, между которыми существует разность потенциалов. Тогда на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в электролите возникает эл. ток. Зависимость сопротивления электролита от температуры Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется в основном изменением удельного сопротивления. где альфа - температурный коэффициент сопротивления. Для электролитов всегда Зависимость сопротивления электролита от температуры Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется в основном изменением удельного сопротивления. где альфа - температурный коэффициент сопротивления. Для электролитов всегда Поэтому Поэтому

9 Явление электролиза - сопровождает прохождение эл.тока через жидкость; - это выделение на электродах веществ, входящих в электролиты; Положительно заряженные анионы под действием электрического поля стремятся к отрицательному катоду, а отрицательно заряженные катионы - к положительному аноду. - На аноде отрицательные ионы отдают лишние электроны (окислительная реакция) - На катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция ).

10 Закон электролиза 1833 г. - Фарадей Закон электролиза определяет массу вещества, выделяемого на электроде при электролизе за время прохождения эл.тока.

11 k - электрохимический эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда в 1 Кл. Применение электролиза получение чистых металлов (очистка от примесей); гальваностегия, т.е. получение покрытий на металле ( никелирование, хромирование и т.д. ); гальванопластика, т.е. получение отслаиваемых покрытий ( рельефных копий).

12 ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ? Покрытие предметов слоем металла при помощи электролиза называется гальваностегией. Металлизировать можно не только металлические предметы, но и предметы из дерева, листья растений, кружева, мертвых насекомых. Сначала надо сделать эти предметы жесткими, а для этого подержать их некоторое время в расплавленном воске. Затем равномерно покрыть слоем графита ( например, потерев карандашным грифелем), чтобы сделать их проводящими и опустить в качестве электрода в гальваническую ванну с электролитом, пропуская через него некоторое время эл. ток. Через какое-то время на этом электроде выделится металл, содержащийся в растворе, и равномерно покроет предмет. Покрытие предметов слоем металла при помощи электролиза называется гальваностегией. Металлизировать можно не только металлические предметы, но и предметы из дерева, листья растений, кружева, мертвых насекомых. Сначала надо сделать эти предметы жесткими, а для этого подержать их некоторое время в расплавленном воске. Затем равномерно покрыть слоем графита ( например, потерев карандашным грифелем), чтобы сделать их проводящими и опустить в качестве электрода в гальваническую ванну с электролитом, пропуская через него некоторое время эл. ток. Через какое-то время на этом электроде выделится металл, содержащийся в растворе, и равномерно покроет предмет. Археологические раскопки, относящиеся к временам Парфянского царства, позволяют допустить, что уже две тысячи лет тому назад производилось гальваническое золочение и серебрение изделий! Об этом говорят и находки, сделанные в гробницах египетских фараонов. Археологические раскопки, относящиеся к временам Парфянского царства, позволяют допустить, что уже две тысячи лет тому назад производилось гальваническое золочение и серебрение изделий! Об этом говорят и находки, сделанные в гробницах египетских фараонов.

13 2. Продемонстрировать наличие свободных электрических зарядов в жидкости можно так: металлический чайник и алюминиевый стакан от калориметра соедините проводниками с гальванометром. В чайник налейте воду, в которой растворите немного соли. Начните тонкой струйкой переливать соленую воду из чайника в стакан, гальванометр покажет наличие электрического тока. Изменяя длину и толщину струи, проследите за изменением силы тока. 2. Продемонстрировать наличие свободных электрических зарядов в жидкости можно так: металлический чайник и алюминиевый стакан от калориметра соедините проводниками с гальванометром. В чайник налейте воду, в которой растворите немного соли. Начните тонкой струйкой переливать соленую воду из чайника в стакан, гальванометр покажет наличие электрического тока. Изменяя длину и толщину струи, проследите за изменением силы тока.

14 ПОЧЕМУ? ОТВЕТЬ! При устройстве заземления хорошо провод зарыть на глубину до 2,5 м. Однако в полевых условиях сделать это не всегда представляется возможным. Поэтому заземление часто делают в виде штыря, забитого в землю. Почему в этом случае полезно место заземления полить соленой водой?

15 НЕЛЬЗЯ-Я-Я ! При возникновении пожара в электроустановках нужно немедленно отключить рубильник. Огонь, вызванный током, НЕЛЬЗЯ гасить водой или обычным огнетушителем, т.к. струя воды является проводником и может снова замкнуть цепь и восстановить причину пожара. В этом случае необходимо применять сухой песок или пескоструйный огнетушитель. При возникновении пожара в электроустановках нужно немедленно отключить рубильник. Огонь, вызванный током, НЕЛЬЗЯ гасить водой или обычным огнетушителем, т.к. струя воды является проводником и может снова замкнуть цепь и восстановить причину пожара. В этом случае необходимо применять сухой песок или пескоструйный огнетушитель. ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ ТЕЛО - ПРОВОДНИК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Если случайно человек окажется под напряжением, то возможна травма или даже смерть. Если случайно человек окажется под напряжением, то возможна травма или даже смерть. При работе с электроцепями НЕЛЬЗЯ : - нельзя одновременное двумя руками прикасаться к оголенным проводам. - нельзя прикасаться к оголенному проводу, стоя на земле или на сыром ( даже цементном или деревянном) полу. - нельзя пользоваться неисправными электрическими приборами. - нельзя ремонтировать электрический прибор, не отключив его от источника тока. При работе с электроцепями НЕЛЬЗЯ : - нельзя одновременное двумя руками прикасаться к оголенным проводам. - нельзя прикасаться к оголенному проводу, стоя на земле или на сыром ( даже цементном или деревянном) полу. - нельзя пользоваться неисправными электрическими приборами. - нельзя ремонтировать электрический прибор, не отключив его от источника тока.

16 Первая помощь пораженному электрическим током. Часто сам человек не может освободиться от проводов с током, т.к. электрический ток вызывает судорожное сокращение мышц, или пострадавший теряет сознание. Сначала надо отсоединить человека от токонесущих проводов. Для этого надо выключить ток или вывернуть предохранители, стоящие около счетчика. Если выключатель далеко, то надо деревянной палкой (непроводящим предметом) оттащить его от провода. Под ногами должен быть изолирующая поверхность: резиновый коврик, сухие доски или линолеум. Оттаскивать пострадавшего от проводов голыми руками можно только за концы сухой одежды и одной рукой. Нельзя касаться соединенных с землей. проводящих предметов! Затем пострадавшего надо положить на спину и вызвать врача. Часто сам человек не может освободиться от проводов с током, т.к. электрический ток вызывает судорожное сокращение мышц, или пострадавший теряет сознание. Сначала надо отсоединить человека от токонесущих проводов. Для этого надо выключить ток или вывернуть предохранители, стоящие около счетчика. Если выключатель далеко, то надо деревянной палкой (непроводящим предметом) оттащить его от провода. Под ногами должен быть изолирующая поверхность: резиновый коврик, сухие доски или линолеум. Оттаскивать пострадавшего от проводов голыми руками можно только за концы сухой одежды и одной рукой. Нельзя касаться соединенных с землей. проводящих предметов! Затем пострадавшего надо положить на спину и вызвать врача.

17 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ В обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей эл.тока. Газ-проводник - это ионизированный газ. Ионизированный газ обладает электронно-ионной проводимостью. В обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей эл.тока. Газ-проводник - это ионизированный газ. Ионизированный газ обладает электронно-ионной проводимостью. Воздух является диэлектриком в линиях электропередач, в воздушных конденсаторах, в контактных выключателях. Воздух является диэлектриком в линиях электропередач, в воздушных конденсаторах, в контактных выключателях. Воздух является проводником при возникновении молнии, электрической искры, при возникновении сварочной дуги. Воздух является проводником при возникновении молнии, электрической искры, при возникновении сварочной дуги. Носителями зарядов являются положительные ионы и электроны. Носителями зарядов являются положительные ионы и электроны.

18 Ионизация газа - это распад нейтральных атомов или молекул на положительные ионы и электроны путем отрыва электронов от атомов. Ионизация происходит при нагревании газа или воздействия излучений (УФ, рентген, радиоактивное) и объясняется распадом атомов и молекул при столкновениях на высоких скоростях.

19 Применения газового разряда Дуговой разряд для сварки и освещения. Дуговой разряд для сварки и освещения. Дуговой разряд Дуговой разряд Искровой разряд для зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания. Искровой разряд для зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания. Искровой разряддвигателях внутреннего сгорания Искровой разряддвигателях внутреннего сгорания Тлеющий разряд как источник света в люминесцентных лампах и плазменных экранах. Тлеющий разряд как источник света в люминесцентных лампах и плазменных экранах. Тлеющий разрядлюминесцентных лампах Тлеющий разрядлюминесцентных лампах Коронный разряд, электрическая корона, разновидность тлеющего разряда; возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Коронный разряд для очистки газов от пыли и других загрязнений, для диагностики состояния конструкций. Коронный разряд применяется в копировальных аппаратах (ксероксах) и лазерных принтерах для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и для снятия остаточного заряда с барабана. Коронный разряд для очистки газов от пыли и других загрязнений, для диагностики состояния конструкций. Коронный разряд применяется в копировальных аппаратах (ксероксах) и лазерных принтерах для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и для снятия остаточного заряда с барабана. Коронный разрядксероксахлазерных принтерах Коронный разрядксероксахлазерных принтерах Плазмотроны для резки и сварки. Плазмотроны для резки и сварки. Плазмотроны А также в счётчике Гейгера, в счётчике Гейгера,счётчике Гейгерасчётчике Гейгера

20

21 Цвета тлеющих разрядов в различных газах Газовый разряд в некоторых газах вызывают излучение видимого света, спектр которого зависит от использованного газа. Газ Цвет Примечания Гелий Бело-оранжевый; при некоторых условиях может иметь серый, зеленовато-голубой или голубой оттенок Используется художниками для специального освещения. Неон Красно-оранжевый Яркое свечение. Часто используется в неоновых рекламных знаках и в неоновых лампах Аргон Фиолетово-голубой Часто применяется совместно с парами ртути Крипт он Сероватый тусклый грязно-белый. Может быть зеленоватым. В разрядах высокого напряжения яркий синевато-белый. Используется художниками для специального освещения. Ксено н Сероватый или синевато-серый тусклый белый, в разрядах высокого напряжения в высоких пиковых потоках, очень яркий синевато- зелёный. Используется во ксеноновых фотовспышках, лампах подсветки индикаторов, ксеноновых дуговых лампах, а также художниками для специального освещения.ксеноновых фотовспышках Радон Синий цвет. См.[1][1]Не может быть использован из-за отсутствия стабильных изотопов. Азот Аналогично аргону, тусклее, с оттенком розового. В разрядах высокого напряжения, яркий сине-белый, белее аргона. Кисло род Бледный фиолетово-лиловый, тусклее аргона. Водор од Бледно-лиловый в разрядах низкого напряжения, розовато-красный при разрядах более 10 миллиампер. Водян ой пар Аналогично водороду. Менее яркое свечение Диокс ид азота Слабый синевато-белый, в разрядах низкого напряжения ярче ксенона. Пары ртути ртути Светло-голубой; интенсивное ультрафиолетовое излучениеультрафиолетовое В сочетании с люминофорами используется для получения света разных цветов. Широко используется во ртутных газоразрядных лампахлюминофорамиртутных газоразрядных лампах Пары натри я натри я Ярко жёлтый Широко используется в натриевых газоразрядных лампах.натриевых газоразрядных лампах

22 Плазма - это четвертое агрегатное состояние вещества с высокой степенью ионизации за счет столкновения молекул на большой скорости при высокой температуре; встречается в природе: ионосфера - слабо ионизированная плазма, Солнце - полностью ионизированная плазма; искусственная плазма - в газоразрядных лампах. - это четвертое агрегатное состояние вещества с высокой степенью ионизации за счет столкновения молекул на большой скорости при высокой температуре; встречается в природе: ионосфера - слабо ионизированная плазма, Солнце - полностью ионизированная плазма; искусственная плазма - в газоразрядных лампах. Плазма бывает: Плазма бывает: Низкотемпературная - при температурах меньше К; Высокотемпературная - при температурах больше К.