процесс образования электрического тока в металлах. Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. Входящие в состав атома электроны находятся на различных расстояниях от его ядра. Электроны, расположенные относительно близко к ядру, прочно связаны с ним. Наиболее удалённые от ядра электроны связаны с ним значительно слабее, чем внутренние. У металлов эти электроны так слабо связаны со своими ядрами, что они легко отрываются от ядер и становятся свободными.
Экспериментально было доказано, что электрический ток в металлах представляет собой движение электронов.
Опыт Карла Рикке
Три цилиндра — два медных и один алюминиевый, с тщательно отполированными торцами, ставили друг на друга (медный, алюминиевый и снова медный) и присоединяли к источнику тока. В течение года по такому проводнику пропускали электрический ток, но никаких химических изменений в цилиндрах не обнаружили. Был сделан вывод, что ток в металлах представляет собой движение частиц, не имеющих отношения к химическому составу.
Опыт Мандельштама и Папалекси
Катушку, состоявшую из большого числа витков, приводили в быстрое вращение, затем тормозили. Если в момент торможения в катушке возникает электрический ток, то он обусловлен движением свободных заряженных частиц, которые по инерции продолжают направленное движение в проводнике. Опыт показал наличие кратковременного тока при резком торможении катушки.
Опыт Стюарта и Толмена
Усовершенствовав этот опыт, американские физики Томас Стюарт и Ричард Толмен в 1916 г. по направлению тока в катушке определили знак заряда частиц — отрицательный. Кроме того, учёные вычислили отношение заряда к массе частиц, переносящих зараяд. Оно оказалось такиим же, как у электрона.
На опыте было подтверждено, что электрический ток в металлических проводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.
Скорость хаотического движения электронов очень велика, примерно сто километров в секунду. Скорость же возникающего направленного движения электронов мала, примерно миллиметры в секунду.
Но электрическое поле в проводнике распространяется практически мгновенно, и движение свободных электронов возникает на всём протяжении проводника почти одновременно. Поэтому, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля.
- Информация о материале
- Просмотров: 6
Простейшая электрическая цепь состоит из двух частей: внутренней и внешней.
Во внутреннюю цепь входит источник тока. Внешняя цепь включает в себя проводники-потребители электрического тока: лампы, нагревательные приборы, электродвигатели, электроизмерительные приборы, провода.
Для подключения и отключения потребителей от источника тока используются замыкающие и размыкающие устройства: ключи, рубильники, кнопки, выключатели.
Простейшая электрическая цепь
Правила рисования электрических схем:
- все линии должны быть прямыми;
- повороты линий только под прямым углом;
- провода доходят до приборов без пропусков, если это не предусмотрено условным обозначением прибора.
Условные обозначения на схемах
Цепь и схема
Примеры простых электрических цепей
- Информация о материале
- Просмотров: 8
Вам наверняка приходилось наблюдать «электричество от трения», которое называют статическим электричеством.
В быту
- искры при прикосновении к металлическим предметам после ходьбы по ковру;
- «прилипание» одежды к телу;
- потрескивание при расчёсывании волос.
Примеры:
Причины возникновения: трение, движение или разделение контакта между двумя материалами, особенно если они обладают разной способностью отдавать или принимать электроны.
- использовать антистатики для одежды;
- увлажнять воздух;
- выбирать одежду из натуральных материалов, таких как хлопок и лён.
В технике
- Электростатическая порошковая окраска — частицы порошковой краски заряжаются в электростатическом поле распылителя и притягиваются к заземлённому окрашиваемому изделию.
- Системы фильтрации воздуха — заряженные частицы пыли притягиваются к специальным фильтрам, что позволяет более эффективно очищать воздух.
- При замешивании теста: Если частицам двух различных веществ сообщить электрические заряды противоположных знаков, то частицы будут притягиваться друг к другу, и в результате образуется однородная смесь. Этот эффект используется на хлебозаводах для изготовления теста. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они перемешиваются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, взаимно притягиваясь, образуют однородное тесто.
- Воспламенение и взрыв. Статическое электричество может привести к воспламенению и взрыву горючих материалов, таких как бензин, керосин, бензол и другие. Это особенно актуально в отраслях, где используются горючие материалы, например нефть и газ.
- Повреждение электроники. Статическое электричество может повредить электронные компоненты, такие как микросхемы, дисплеи и другое электрооборудование.
- Поражение электрическим током. Хотя статическое электричество, как правило, не является достаточно сильным, чтобы привести к смертельному поражению электрическим током, оно может вызвать неприятные ощущения, такие как покалывание или ожоги, если человек коснётся заряженного объекта.
- Вредное воздействие на здоровье. Длительное воздействие статического электричества может привести к различным проблемам со здоровьем, таким как головная боль, усталость, раздражение кожи и глаз, и даже депрессия.
- Нарушение технологических процессов. Статические заряды нарушают технологические процессы, притягивают пыль к чистым поверхностям, вызывают слипание или отталкивание материалов, что приводит к браку продукции и снижению производительности.
- Заземление оборудования — все металлические части, способные накапливать электрический заряд, должны быть надёжно соединены с землёй.
- Ионизация воздуха — для диэлектрических материалов, которые невозможно заземлить, используют ионизаторы, которые генерируют поток положительно и отрицательно заряженных ионов, которые притягиваются к заряженным поверхностям противоположной полярности и нейтрализуют их.
- Информация о материале
- Просмотров: 334
Заряжённые частицы могут передвигаться, если на них действует электрическое поле других зарядов.
Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц
Для существования тока в проводнике необходимо выполнение условий:
- в проводнике должны быть заряжённые частицы, которые могут перемещаться по всему проводнику (свободные заряды)
- должны существовать силы, заставляющие эти заряды двигаться в определённом направлении (электрическое поле)
Под действием электрического поля, создаваемого заряженными телами, обозначенными "+" и "-", свободные электроны внутри проводника (а также проводов) начинают двигаться упорядоченно, возникает электрический ток. Электрический ток в металлических проводниках — это упорядоченное движение свободных электронов.
Причина протекания электрического тока в металлах — действие электрического поля на свободные электроны.
Для того, чтобы ток продолжал течь, нужно пополнять отрицательный полюс электронами.
Устройства, называемые источниками электрического тока, как раз и выполняют такую задачу.
В источниках тока совершается работа по разделению нейтральных молекул на положи - тельно и отрицательно заряженные частицы.
За направление электрического тока принято считать направление, по которому движутся (или могут двигаться) положительные заряды, т. е. направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.
Ток в проводнике будет течь до тех пор, пока источник тока способен разделять заряды. При этом разделениии происходит превращение механической, химической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в энергию электрического поля, которое, действуя на электроны, создаёт электрический ток.
Типы источников тока
В электрофорной машине механическая энергия превращается в электрическую.
В термоэлементе внутренняя энергия превращается в электрическую. При этом электрический ток возникает в проволоках, изготовленных из разных металлов, при нагревании места их соединения (спая).
В фотоэлементе в электрическую энергию превращается энергия излучения.
Гальванические элементы превращают химическую энергию в электрическую. Различают гальванические элементы одноразового действия — батарейки и аккумуляторы (от лат. accumulator — собиратель) — гальванические элементы многоразового действия.
Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещённых в раствор серной кислоты. Для того чтобы аккумулятор работал как источник тока, через него вначале пропускают ток от какого-либо другого источника. При этом в результате протекания химических реакций один электрод аккумулятора становится положительно заряженным (обозначается знаком «+»), а другой — отрицательно заряженным (обозначается знаком «–»). После того, как аккумулятор разрядится, его подзаряжают тем же способом.
В домашних условиях источник тока можно сделать даже из половинки лимона.
Существуют и другие источники тока. Так, на электростанциях используют устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую, — генераторы (от лат. generator — создатель, производитель).
- Информация о материале
- Просмотров: 6
При соприкосновении двух разнородных твёрдых тел силы притяжения электронов внеш них оболочек к своим атомным ядрам у одного тела могут оказаться меньше, чем их силы притяжения к атомным ядрам другого тела. И тогда электроны в местах соприкосновения тел могут оторваться от своих атомов и перейти в другое тело. При этом у одного тела количество электронов окажется меньше, чем протонов. Значит, оно зарядится положительно. У другого тела возникнет избыток электронов, оно зарядится отрицательно. Говорят, что оба тела электризуются. Таким образом, при электризации происходит перераспределение электронов.
Например, эбонитовая палочка, потёртая о шерсть, приобретает отрицательный заряд, а шерсть — положительный. При трении электроны с шерсти «перебегают» на палочку. На ней получается избыток электронов (поэтому она заряжается отрицательно), а на шерсти — недостаток электронов (поэтому она заряжается положительно). Количество электронов-«перебежчиков» (и тем самым степень электризации тел) зависит от числа «соприкасающихся» атомов.
Систему тел, которая не обменивается заряженными частицами с другими телами, называют электрически изолированной.
Эбонитовая палочка и мех обмениваются электронами только между собой, значит, они образуют электрически изолированную систему.
В таких системах выполняется закон сохранения электрического заряда.
В электрически изолированной системе при любых процессах суммарный электрический заряд остаётся постоянным.
q1 + q2 + ... + qn = const
Проводники и диэлектрики. Объяснение
В проводниках есть заряженные частицы (электроны, ионы), способные свободно перемещаться по всему объёму вещества.
В металлах заряженными частицами, способными к свободному перемещению, являются электроны. При образовании металла из нейтральных атомов некоторые, наиболее удалённые от своих ядер электроны утрачивают с ними связь и становятся «собственностью» всего проводника. Свободные электроны участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по куску металла в любом направлении.
В диэлектриках тоже есть заряжённые частицы, но они связаны со своими атомами и могут только перемещаться внутри них, немного перераспределяя заряд в пространстве.
Полупроводники могут переносить заряд при определённых условиях. Они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.
Обобщим:
Электростатическая индукция
Под действием электрического поля заряженной палочки в гильзе часть свободных электронов перейдёт на ближайшую к палочке сторону гильзы (электроны имеют отрицательный заряд и притягиваются к положительно заряженной палочке). В результате на этой стороне гильзы образуется отрицательный заряд. При этом на удалённой от палочки стороне гильзы будет недостаток электронов, т. е. она станет положительно заряженной. Отрицательно заряженная сторона гильзы ближе к палочке, поэтому гильза к ней притягивается.
Суммарный заряд гильзы остаётся равным нулю, но в ней происходит перераспределение зарядов, так что в одних её участках скапливаются отрицательные заряды, а в других — положительные. Такой тип электризации называют электростатической индукцией.
- Информация о материале
- Просмотров: 295
