Презентация "Электрический ток в различных средах" 10 класс

Электрический ток в различных средах

Электрические
свойства веществ

Проводники

Полупроводники

Диэлектрики

Разные вещества имеют различные электрические свойства, однако по электрической проводимости их можно разделить на 3 основные группы:

Вещества

Электрический ток в…

Металлах
Полупроводниках
Жидкостях
Вакууме
Газах

Носители заряда.
Зависимость сопротивления
металлов от температуры.

Цель: выяснить какова проводимость металлов.
Установка: катушка на стержне со скользящими контактами, присоединены к гальванометру.
Ход эксперимента: катушка раскручивалась с большой скоростью, затем резко останавливалась, при этом наблюдался отброс стрелки гальванометра.
Вывод: проводимость металлов - электронная.

Электрический ток в металлах

Экспериментальное доказательство существования свободных электронов в металлах

Л.И. Мандельштам

А так же
Н.Д.Папалекси
Р.Толмен

Катушка

Диски, изолированные
друг от друга

Гальванометр

Катушку приводят в движение, а затем
резко тормозят.

2. Свободные заряженные частицы движутся
относительно проводника по инерции, в
катушке возникает кратковременный
электрический ток.

3. По направлению тока – частицы «-».

4. lql/m=1,8*1011Кл/кг

Свободные
электроны

Электрический ток в металлах

Электрический ток в металлических проводниках никаких изменений в этих проводниках, кроме их нагревания не вызывает. Концентрация электронов проводимости в металле очень велика: по порядку величины она равна числу атомов в единице объёма металла. Электроны в металлах находятся в непрерывном движении. Их беспорядочное движение напоминает движение молекул идеального газа. Это дало основание считать, что электроны в металлах образуют своеобразный электронный газ. 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Когда говорят о скорости распространения эл.тока в проводнике,то имеют в виду скорость распространения электр.поля (300000км/с)

Электрический ток в металлах

Электрическое поле – «ветер» – 300 000 км/с

Электроны – «мошкара» - … мм/с

сталкиваются с ионами кристаллической решетки

1. Носители зарядов – свободные электроны

По проводнику проходит ток

Причина: При повышении температуры возрастает число дефектов кристаллической решетки из-за тепловых колебаний ионов.

Нагреваем проводник от горелки

I уменьшается

R увеличивается

- температурный коэффициент, характеризует зависимость сопротивления проводника от температуры

1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес

Сверхпроводимость - явление уменьшения удельного сопротивления до нуля, при температуре отличной от абсолютного нуля

Применение сверхпроводников:
сооружают мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой
…

Высокотемпературная сверхпроводимость: 100 К (1986 г)

В 1957 году было дано объяснение сверхпроводимости на основе квантовой теории.

Д. Шриффер

Д. Бардин

Н. Н. Боголюбов

Электрический ток в полупроводниках

0

R

Т

Si

Si

Si

Si

Si

-

-

-

-

-

-

-

-

Электрический ток в полупроводниках

Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si

Собственная проводимость полупроводников

Si

Si

Si

Si

Si

-

-

-

-

-

-

+

свободный электрон

дырка

+

+

-

-

Электрический ток в полупроводниках

R (Ом)

t (0C)

металл

R0

полупроводник

Электрический ток в полупроводниках

Si

Si

-

-

-

As

-

-

-

Si

-

Si

-

-

Электрический ток в полупроводниках

Донорные примеси

Si

-

Si

-

In

-

-

-

+

Si

Si

-

-

Акцепторные примеси

Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь индия, дающая дырки, называется акцепторной

Электрический ток в полупроводниках

Вольт-амперная характеристика

Полупроводниковый диод

Недостаток: зависимость от температуры
- 700…………+80 0-1250 С

Транзисторы

Дистиллированная вода не проводит электрического тока. Опустим кристалл поваренной соли в дистиллированную воду и, слегка перемешав воду, замкнем цепь. Мы обнаружим, что лампочка загорается.

При растворении соли в воде появляются свободные носители электрических зарядов.

Электрический ток в жидкостях

Электролитическая диссоциация –
это распад молекул на ионы под действием растворителя.

Подвижными носителями зарядов в растворах являются только ионы.

Жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы, называют электролитом.

Электрический ток в жидкостях

электролиты

носители

положительно

отрицательно

Как проходит ток через электролит?

Опустим в сосуд пластины и соединим их с источником тока. Эти пластины называются электродами.
Катод -пластина, соединенная с отрицательным полюсом источника.
Анод - пластина, соединенная с положительным полюсом источника.

Электрический ток в жидкостях

Под действием сил электрического поля положительно заряженные ионы движутся к катоду (катионы), а отрицательные ионы к аноду (анионы).

На аноде отрицательные ионы отдают свои лишние электроны(окисление), а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны(восстановление0.

Электрический ток в жидкостях

Электрический ток в жидкостях

Электрический ток в жидкостях

Майкл Фарадей
(1791-1867)

закон электролиза

m = k q = k I t

m - масса

k – электрохимический эквивалент вещества

I –сила тока

q - заряд

t - время

F – Фарадея постоянная

М – молярная масса

n - валентность

применение электролиза

Вакуум - сильно разреженный газ, в котором средняя длина свободного пробега частицы больше размера сосуда. В результате в вакууме нет свободных носителей заряда, и самостоятельный разряд не возникает. Для создания носителей заряда в вакууме используют явление термоэлектронной эмиссии.

Электрический ток в вакууме

Вакуум – состояние газа, когда средняя линия пробега его частиц превышает размеры сосуда

Если два электрода поместить в герметичный сосуд и удалить из сосуда воздух, то электрический ток в вакууме не возникает - нет носителей электрического тока. Американский ученый Т. А. Эдисон (1847-1931) в 1879 г. обнаружил, что в вакуумной стеклянной колбе может возникнуть электрический ток, если один из находящихся в ней электродов нагреть до высокой температуры. Явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел называется термоэлектронной эмиссией. (ТЭЭ)
На явлении термоэлектронной эмиссии основана работа различных электронных ламп.

Электрический ток в вакууме

«эмиссия»-выпуск

Зависит от:
площади катода
температуры
свойств вещества

Екинет. > Есвязи

-

-

Электровакуумные диоды

Электровакуумный диод - двухэлектродная лампа

Свойство диода

Светодиодные лампы

Свойства электронных пучков

Электронно-лучевая трубка

ВП, ГП- вертикальная и горизонтальная отклоняющие пластины.

Газы в нормальном состоянии являются диэлектриками, так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и поэтому не проводят электричества. Изолирующие свойства газов объясняются тем, что атомы и молекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными незаряженными частицами. Отсюда ясно, что для того, чтобы сделать газ проводящим, нужно тем или иным способом внести в него или создать в нем свободные носители заряда – заряженные частицы. При этом возможны два случая: либо эти заряженные частицы создаются действием какого-нибудь внешнего фактора или вводятся в газ извне – несамостоятельная проводимость, либо они создаются в газе действием самого электрического поля, существующего между электродами – самостоятельная проводимость.

Электрический ток в газах

Электрический разряд в газах

Проводниками могут быть только ионизированные газы, в которых содержатся электроны, положительные и отрицательные ионы.
Ионизацией называется процесс отделения электронов от атомов и молекул. Ионизация возникает под действием высоких температур и различных излучений (рентгеновских, радиоактивных, ультрафиолетовых, космических лучей), вследствие столкновения быстрых частиц или атомов с атомами и молекулами газов. Образовавшиеся электроны и ионы делают газ проводником электричества.
Процессы ионизации:

Электрический ток в газах

В зависимости от процессов образования ионов в разряде при различных давлениях газа и напряжениях, приложенных к электродам, различают несколько типов самостоятельных разрядов:

тлеющий
искровой
коронный
дуговой

Электрический ток в газах

Тлеющий разряд возникает при низких давлениях (в вакуумных трубках). Для разряда характерна большая напряженность электрического поля и соответствующее ей большое падение потенциала вблизи катода.
Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами.
Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой

Электрический ток в газах

Искровой разряд – соединяющий электроды и имеющий вид тонкого изогнутого светящегося канала (стримера) с множеством разветвлений. Искровой разряд возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного Рат.
По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга.
Эти полоски называют искровыми каналами.

Электрический ток в газах

Коронный разряд наблюдается при давлении близком к атмосферному в сильно неоднородном электрическом поле. Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).
Газ светится, образуя «корону», окружающую электрод.
Коронные разряды являются источниками радиопомех и вредных токов утечки около высоковольтных линий передач (основной источник потерь).

Электрический ток в газах

В некоторых случаях коронный разряд с громоотвода бывает настолько сильным, что у острия возникает явно видимое свечение. Такое свечение иногда появляется и возле других заостренных предметов, например, на концах корабельных мачт, острых верхушек деревьев, и т.д. Это явление было замечено еще несколько веков тому назад и вызывало суеверный ужас мореплавателей, не понимавших истинной его сущности ( «Огни святого Эльма»)

Электрический ток в газах

Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом.
Рат
U=50-100 В
I = 100 А

Электрический ток в газах

Плазма

Использованные ресурсы: