Презентация на тему: “
Электрический ток в различных средах
”
Выполнила Житина Карина
Ученица 8 а класса.
Электрический ток может протекать в пяти различных средах:
- Металлах
- Вакууме
- Полупроводниках
- Жидкостях
- Газах
Электрический ток в металлах:
- Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.
-
Опыты Толмена и Стюарта являются доказательством того, что металлы обладают электронной проводимостью
- Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г
. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией электронов.
Вывод:1.носителями заряда в металлах являются электроны;
- 2. процесс образования носителей заряда – обобществление валентных электронов;
- 3.сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника – выполняется закон Ома;
- 4. техническое применение электрического тока в металлах: обмотки двигателей, трансформаторов, генераторов, проводка внутри зданий, сети электропередачи, силовые кабели.
Электрический ток в вакууме
- Вакуум
- сильно разреженный газ, в котором средняя длина свободного пробега частицы больше размера сосуда, то есть молекула пролетает от одной стенки сосуда до другой без соударения с другими молекулами. В результате в вакууме нет свободных носителей заряда, и электрический ток не возникает. Для создания носителей заряда в вакууме используют явление термоэлектронной эмиссии.
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ – это явление «испарения» электронов с поверхности нагретого металла.
- В вакуум вносят металлическую спираль, покрытую оксидом металла, нагревают её электрическим током (цепь накала) и с поверхности спирали испаряются электроны, движением которых можно управлять при помощи электрического поля.
На слайде показано включение двухэлектродной лампы
- Такая лампа называется вакуумный диод
Эта электронная лампа носит название вакуумный ТРИОД.
- Она имеет третий электрод –сетку, знак потенциала на которой управляет потоком электронов .
Выводы:1. носители заряда – электроны;
- 2. процесс образования носителей заряда – термоэлектронная эмиссия;
- 3.закон Ома не выполняется;
- 4.техническое применение – вакуумные лампы (диод, триод), электронно – лучевая трубка.
Электрический ток в полупроводниках
- При нагревании или освещении некоторые электроны приобретают возможность свободно перемещаться внутри кристалла, так что при приложении электрического поля возникает направленное перемещение электронов.
- полупроводники представляют собой нечто среднее между проводниками и изоляторами.
- Полупроводники
- твердые вещества, проводимость которых зависит от внешних условий (в основном от нагревания и от освещения).
С понижением температуры сопротивление металлов падает. У полупроводников, напротив, с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами.
- Зависимость удельного сопротивления ρ чистого полупроводника от абсолютной температуры T
.
Собственная проводимость полупроводников
- Атомы германия имеют четыре слабо связанных электрона на внешней оболочке. Их называют валентными электронами
. В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. Связь между атомами в кристалле германия является ковалентной
, т. е. осуществляется парами валентных электронов. Каждый валентный электрон принадлежит двум атомам .Валентные электроны в кристалле германия гораздо сильнее связаны с атомами, чем в металлах; поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках на много порядков меньше, чем у металлов. Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. Такой кристалл электрического тока не проводит.
Образование электронно-дырочной пары
- При повышении температуры или увеличении освещенности некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название «дырок
».
Примесная проводимость полупроводников
- Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости – электронную
и дырочную
проводимости.
Электронная
и дырочная
проводимости.
- Если примесь имеет валентность большую, чем чистый полупроводник, то появляются свободные электроны. Проводимость –электронная,
примесь донорная,
полупроводник n
– типа.
- Если примесь имеет валентность меньшую, чем чистый полупроводник, то появляются разрывы связей – дырки. Проводимость – дырочная,
примесь акцепторная,
полупроводник p
– типа.
Выводы:1. носители заряда – электроны и дырки;
- 2. процесс образования носителей заряда – нагревание, освещение или внедрение примесей;
- 3.закон Ома не выполняется;
- 4.техническое применение – электроника.
Электрический ток в жидкостях
- Электролитами
принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Электролитами являются водные растворы неорганических кислот, солей и щелочей.
Сопротивление электролитов падает с ростом температуры, так как с ростом температуры растёт количество ионов.
- График зависимости сопротивления электролита от температуры.
Явление электролиза
- - это выделение на электродах веществ, входящих в электролиты; Положительно заряженные ионы (анионы) под действием электрического поля стремятся к отрицательному катоду, а отрицательно заряженные ионы (катионы) - к положительному аноду. На аноде отрицательные ионы отдают лишние электроны (окислительная реакция ) На катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная ).
Законы электролиза Фарадея.
- Законы электролиза определяют массу вещества, выделяемого при электролизе на катоде или аноде за всё время прохождения электрического тока через электролит.
- k - электрохимический эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда в 1 Кл.
Вывод:1. носители заряда – положительные и отрицательные ионы;
- 2.
процесс образования носителей заряда – электролитическая диссоциация;
- 3
.электролиты подчиняются закону Ома;
- 4.Применение электролиза
:
получение цветных металлов
(очистка от примесей - рафинирование); гальваностегия
- получение покрытий на металле (никелирование, хромирование, золочение, серебрение и т.д. ); гальванопластика
- получение отслаиваемых покрытий (рельефных копий).
Электрический ток в газах
Зарядим конденсатор и подключим его обкладки к электрометру. Заряд на пластинах конденсатора держится сколь угодно долго, не наблюдается перехода заряда с одной пластины конденсатора на другую. Следовательно воздух между пластинами конденсатора не проводит ток.
В обычных условиях отсутствует проводимость электрического тока любыми газами. Нагреем теперь воздух в промежутке между пластинами конденсатора, внеся в него зажженную горелку. Электрометр укажет появление тока, следовательно при высокой температуре часть нейтральных молекул газа распадается на положительные и отрицательные ионы. Такое явление называется ионизацией
газа.
Прохождение электрического тока через газ называется разрядом.
- Разряд, существующий при действии внешнего ионизатора, - несамостоятельный
.
- Если действие внешнего ионизатора продолжается, то через определенное время в газе устанавливается внутренняя ионизация (ионизация электронным ударом) и разряд становится
самостоятельным
.
Виды самостоятельного разряда:
-ИСКРОВОЙ
-ТЛЕЮЩИЙ
-КОРОННЫЙ
-ДУГОВОЙ
Искровой разряд
- При достаточно большой напряженности поля (около 3 МВ/м) между электродами появляется электрическая искра, имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба электрода. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и внезапно расширяется, отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск.
Молния.
Красивое и небезопасное явление природы – молния – представляет собой искровой разряд в атмосфере.
- Уже в середине 18-го века высказывалось предположение, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и что молния есть гигантская искра, ничем, кроме размеров, не отличающаяся от искры между шарами электрической машины. На это указывал, например, русский физик и химик Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765), наряду с другими научными вопросами занимавшийся атмосферным электричеством.
Электрическая дуга (дуговой разряд)
- В 1802 году русский физик В.В. Петров (1761-1834) установил, что если присоединить к полюсам большой электрической батареи два кусочка древесного угля и, приведя угли в соприкосновение, слегка их раздвинуть, то между концами углей образуется яркое пламя, а сами концы углей раскалятся добела, испуская ослепительный свет.
Вывод:1. носители заряда – положительные, отрицательные ионы и электроны;
- 2.
процесс образования носителей заряда – ионизация внешним ионизатором или электронным ударом;
- 3
.газы не подчиняются закону Ома;
- 4.Техническое применение:
дуговая электросварка, коронные фильтры, искровая обработка металлов, лампы дневного света и газосветная реклама.
Список литературы:
- 1. Кабардин О.Ф. Физика: Справ. материалы. Учеб. пособие для учащихся. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 2003.