Elektrický proud v různých prostředích. Elektrický proud v kovech

Aplikace supravodičů: Výkonné elektromagnety, které pracují bez spotřeby energie. (Urychlovače částic.) Pokud by bylo možné vytvářet supravodivé materiály při teplotách blízkých pokojové teplotě, byl by možný bezztrátový přenos elektřiny.

Kapaliny: vodiče (roztoky kyselin, zásad a solí); vodiče (roztoky kyselin, zásad a solí); dielektrika (destilovaná voda, petrolej...) dielektrika (destilovaná voda, petrolej...) polovodiče (sulfidové taveniny, roztavený selen). polovodiče (sulfidové taveniny, roztavený selen).

Stupeň disociace (podíl molekul, které se rozpadly na ionty) Závisí na: koncentraci roztoku; koncentrace roztoku; dielektrická konstanta roztoku; dielektrická konstanta roztoku; teplota (se zvyšující se teplotou se zvyšuje). teplota (se zvyšující se teplotou se zvyšuje).

Elektrický proud v kapalinách Usměrněný pohyb kladných iontů ke katodě a záporných iontů k anodě Usměrněný pohyb kladných iontů ke katodě a záporných iontů k anodě V tekutých kovech - pohyb kladných iontů ke katodě a elektronů k anodě. V tekutých kovech - pohyb kladných iontů ke katodě a elektronů k anodě.

Hmotnost látky uvolněné na elektrodě při přenosu náboje 1 C roztokem. Hmotnost látky uvolněné na elektrodě při přenosu náboje 1 C roztokem. Poměr hmotnosti iontu látky k jejímu náboji. Poměr hmotnosti iontu látky k jejímu náboji.

Faradayova konstanta Faradayova konstanta Náboj, který musí projít roztokem 1-mocné látky, aby se na elektrodě uvolnil 1 mol látky. Náboj, který musí projít roztokem 1-mocné látky, aby se na elektrodě uvolnil 1 mol látky.

Aplikace elektrolýzy Galvanické pokovování (povlakování). Galvanické pokovování (potahování). Galvanoplastika (vytváření kopií reliéfních předmětů). Galvanoplastika (vytváření kopií reliéfních předmětů). Rafinace (čištění) kovů. Rafinace (čištění) kovů. Získávání čistých kovů z tavenin přírodních sloučenin. Získávání čistých kovů z tavenin přírodních sloučenin.

„Fyzika „Uniformní lineární pohyb““ - Pohybová rovnice. Řešení. Druhy pohybu. Rovnoměrný přímý pohyb. Vytvářejte grafy. To, čemu se říká mechanický pohyb. Jaký druh pohybu se nazývá přímočarý? Hodnota rovna vzdálenosti ujeté za jednotku času. Graf rychlosti. Jízdní řád. Nejjednodušší typ pohybu. Pohybová rovnice tělesa. Souřadnicový graf.

„Vnitřní energie“ stupeň 10“ - Vnitřní energie monoatomického ideálního plynu. Změna vnitřní energie. Jednotkou energie je Joule. Tlak. Izotermický proces. Zopakujme si izoprocesní grafy. Izoprocesní grafy. Průměrná kinetická energie jednoho atomu. Termodynamický systém se skládá z velkého počtu mikročástic. Dvě definice vnitřní energie. Molekulárně kinetická interpretace pojmu vnitřní energie.

„Program úspory energie“ – Mezery v okenních rámech. Analýza spotřeby paliv a energetických zdrojů. Zvyšování energetické účinnosti. Barevná televize. Dotazník. Problém rozumného využívání energie. Semafory. Spotřeba energie. Lednička. Program energetické účinnosti. Racionální využívání energie. Chytrá spotřeba. S ohledem na úsporu energie. Klepněte. Obrovské tepelné ztráty. ostrovy. Energetické problémy lidstva.

"Zákon zachování hybnosti těla" - Projektil. Studujte „tělesný impuls“. Dokončete výkres. Sbírka problémů. Grafická interpretace. Ocelová kulka. Newton. Směr impulsu. Fyzické zahřátí. Systém interagujících těles. Motivace učit se nové látky. Jádro. Plán pro studium fyzikální veličiny. Příroda. Řešení problémů. Zákon zachování hybnosti. Uvažujme systém dvou interagujících těles. Člověk. Experimentální potvrzení zákona.

„Síla pole“ - Která šipka na obrázku ukazuje směr vektoru intenzity elektrického pole. Síla pole bodového náboje. Uveďte bod, ve kterém může být intenzita pole nulová. Tvůrci elektrodynamiky. Elektrostatické pole je tvořeno soustavou dvou kuliček. Díky principu superpozice k nalezení intenzity pole soustavy nabitých částic v libovolném bodě stačí znát výraz pro intenzitu pole bodového náboje.

"Faraday" - Experimentální výzkum. První nezávislý výzkum. Indukční proud. Proud. Transformátor. Elektrický motor. Královská instituce. Černý kruh. Seznámení s biografií. Závěrečné momenty. Zahájení práce v Royal Institution. Faraday je právem považován za jednoho ze zakladatelů elektrotechniky. Změna magnetického pole. Faraday názorně předvedl rozdíl teplot mezi jednotlivými částmi plamene.

Snímek 1

Prezentace na téma: „Elektrický proud v různých médiích“

Účinkuje Alisa Kravtsova, ML č. 1, Magnitogorsk, 2009.

Snímek 2

Elektrický proud může proudit v pěti různých médiích:

Kovy Vakuové Polovodiče Kapaliny Plyny

Snímek 3

Elektrický proud v kovech:

Elektrický proud v kovech je uspořádaný pohyb elektronů pod vlivem elektrického pole. Experimenty ukazují, že když proud protéká kovovým vodičem, nepřenáší se žádná látka, proto se kovové ionty neúčastní přenosu elektrického náboje.

Snímek 4

Experimenty Tolmana a Stewarta poskytují důkaz, že kovy mají elektronickou vodivost

Cívka s velkým počtem závitů tenkého drátu byla uvedena do rychlé rotace kolem své osy. Konce cívky byly připojeny pomocí ohebných drátů k citlivému balistickému galvanometru G. Nekroucená cívka byla prudce zpomalena a v obvodu vznikl krátkodobý proud vlivem setrvačnosti elektronů.

Snímek 5

Závěr: 1.nosiče náboje v kovech jsou elektrony;

2. proces vzniku nosičů náboje - socializace valenčních elektronů; 3.síla proudu je přímo úměrná napětí a nepřímo úměrná odporu vodiče - Ohmův zákon je splněn; 4. technické využití elektrického proudu v kovech: vinutí motorů, transformátorů, generátorů, elektroinstalace uvnitř budov, elektrické přenosové sítě, silové kabely.

Snímek 6

Elektrický proud ve vakuu

Vakuum je vysoce zředěný plyn, ve kterém je střední volná dráha částice větší než velikost nádoby, to znamená, že molekula letí z jedné stěny nádoby na druhou, aniž by se srazila s jinými molekulami. Výsledkem je, že ve vakuu nejsou žádné volné nosiče náboje a nedochází k žádnému elektrickému proudu. K vytvoření nosičů náboje ve vakuu se využívá fenoménu termionické emise.

Snímek 7

TEPELNÁ ELEKTRONOVÁ EMISE je jev „vypařování“ elektronů z povrchu zahřátého kovu.

Kovová spirála potažená oxidem kovu je uvedena do vakua, zahřívá se elektrickým proudem (žhavicí obvod) a z povrchu spirály se odpařují elektrony, jejichž pohyb lze řídit pomocí elektrického pole.

Snímek 8

Snímek ukazuje zahrnutí dvouelektrodové lampy

Tato lampa se nazývá vakuová dioda

Snímek 9

Tato elektronka se nazývá vakuová TRIOD.

Má třetí elektrodu - mřížku, znak potenciálu, na kterém řídí tok elektronů.

Snímek 10

Závěry: 1. nosiče náboje – elektrony;

2. proces vzniku nosičů náboje – termionická emise; 3. Ohmův zákon není splněn; 4.technické použití – elektronky (dioda, trioda), katodové trubice.

Snímek 11

Elektrický proud v polovodičích

Při zahřátí nebo osvětlení se některé elektrony mohou volně pohybovat uvnitř krystalu, takže když je aplikováno elektrické pole, dochází ke směrovému pohybu elektronů. Polovodiče jsou křížencem mezi vodiči a izolanty.

Polovodiče jsou pevné látky, jejichž vodivost závisí na vnějších podmínkách (zejména zahřívání a osvětlení).

Snímek 12

S klesající teplotou klesá odpor kovů. U polovodičů se naopak odpor s klesající teplotou zvyšuje a v blízkosti absolutní nuly se prakticky stávají izolanty.

Závislost měrného odporu ρ čistého polovodiče na absolutní teplotě T.

Snímek 13

Vlastní vodivost polovodičů

Atomy germánia mají ve vnějším obalu čtyři slabě vázané elektrony. Říká se jim valenční elektrony. V krystalové mřížce je každý atom obklopen svými čtyřmi nejbližšími sousedy. Vazba mezi atomy v krystalu germania je kovalentní, to znamená, že ji uskutečňují dvojice valenčních elektronů. Každý valenční elektron patří dvěma atomům Valenční elektrony v krystalu germania jsou mnohem silněji vázány na atomy než v kovech. Proto je koncentrace vodivostních elektronů při pokojové teplotě v polovodičích o mnoho řádů nižší než v kovech. V blízkosti absolutní nuly v krystalu germania jsou všechny elektrony obsazeny tvorbou vazeb. Takový krystal nevede elektrický proud.

Snímek 14

Vznik páru elektron-díra

Se zvyšující se teplotou nebo rostoucím osvětlením mohou některé valenční elektrony přijímat energii dostatečnou k přerušení kovalentních vazeb. Poté se v krystalu objeví volné elektrony (vodivostní elektrony). Zároveň se tvoří volná místa v místech, kde dochází k porušení vazeb, která nejsou obsazena elektrony. Tato volná místa se nazývají „díry“.

Snímek 15

Nečistotová vodivost polovodičů

Vodivost polovodičů v přítomnosti nečistot se nazývá vodivost nečistot. Existují dva typy vodivosti nečistot – elektronická a děrová vodivost.

Snímek 16

Elektronická a dírová vodivost.

Pokud má nečistota valenci větší než čistý polovodič, objeví se volné elektrony. Vodivost – elektronická, donorová příměs, polovodič typu n.

Pokud má nečistota valenci nižší než má čistý polovodič, objeví se přerušení vazby – díry. Vodivost je díra, akceptorová nečistota, polovodič typu p.

Snímek 17

Závěry: 1. nosiče náboje – elektrony a díry;

2. proces tvorby nosičů náboje - ohřev, osvětlení nebo vnášení nečistot; 3. Ohmův zákon není splněn; 4.technická aplikace – elektronika.

Snímek 18

Elektrický proud v kapalinách

Elektrolyty se běžně nazývají vodivá média, ve kterých je tok elektrického proudu doprovázen přenosem hmoty. Nositeli volných nábojů v elektrolytech jsou kladně a záporně nabité ionty. Elektrolyty jsou vodné roztoky anorganických kyselin, solí a zásad.

Snímek 19

Odpor elektrolytů se s rostoucí teplotou snižuje, protože se zvyšující se teplotou roste počet iontů.

Graf závislosti odporu elektrolytu na teplotě.

Snímek 20

Jev elektrolýzy

Jedná se o uvolňování látek obsažených v elektrolytech na elektrodách; Kladně nabité ionty (anionty) pod vlivem elektrického pole mají sklon ke záporné katodě a záporně nabité ionty (kationty) ke kladné anodě. Na anodě se záporné ionty vzdávají elektronů navíc (oxidační reakce Na katodě přijímají kladné ionty chybějící elektrony (redukční reakce).

Snímek 21

Faradayovy zákony elektrolýzy.

Zákony elektrolýzy určují hmotnost látky uvolněné při elektrolýze na katodě nebo anodě po celou dobu průchodu elektrického proudu elektrolytem.

k je elektrochemický ekvivalent látky, číselně se rovná hmotnosti látky uvolněné na elektrodě při průchodu náboje 1 C elektrolytem.

Snímek 22

Závěr: 1. nosiče náboje – kladné a záporné ionty;

2. proces vzniku nosičů náboje – elektrolytická disociace; 3.elektrolyty se řídí Ohmovým zákonem; 4. Aplikace elektrolýzy: výroba neželezných kovů (odstranění nečistot - rafinace); galvanické pokovování - získávání povlaků na kovu (niklování, chromování, zlacení, stříbření atd.); galvanoplastika - vytváření slupovacích povlaků (reliéfních kopií).

Snímek 23

Elektrický proud v plynech

Nabijme kondenzátor a připojíme jeho desky k elektrometru. Nabíjení na deskách kondenzátoru trvá neomezeně dlouho; Vzduch mezi deskami kondenzátoru tedy nevede proud. Za normálních podmínek nedochází k vedení elektrického proudu žádnými plyny. Nyní ohřejme vzduch v mezeře mezi deskami kondenzátoru tak, že do ní vložíme zapálený hořák. Elektrometr bude indikovat výskyt proudu, proto se při vysokých teplotách část molekul neutrálního plynu rozpadne na kladné a záporné ionty. Tento jev se nazývá ionizace plynu.

1 snímek

2 snímek

3 snímek

Elektrické vlastnosti látek Vodiče Polovodiče Dielektrika Dobře vedou elektrický proud Patří sem kovy, elektrolyty, plazma ... Nejpoužívanější vodiče jsou Au, Ag, Cu, Al, Fe ... Prakticky nevedou elektrický proud Patří sem plasty, pryž , sklo, porcelán, suché dřevo, papír... Z hlediska vodivosti zaujímají mezilehlou polohu mezi vodiči a dielektriky Si, Ge, Se, In, As Různé látky mají různé elektrické vlastnosti, ale podle elektrické vodivosti mohou rozdělit do 3 hlavních skupin: Látky

4 snímek

5 snímek

Povaha elektrického proudu v kovech Elektrický proud v kovových vodičích nezpůsobuje v těchto vodičích žádné změny kromě jejich zahřívání. Koncentrace vodivostních elektronů v kovu je velmi vysoká: řádově se rovná počtu atomů na jednotku objemu kovu. Elektrony v kovech jsou v nepřetržitém pohybu. Jejich náhodný pohyb připomíná pohyb molekul ideálního plynu. To dalo důvod se domnívat, že elektrony v kovech tvoří jakýsi elektronový plyn. Ale rychlost náhodného pohybu elektronů v kovu je mnohem větší než rychlost molekul v plynu (je to přibližně 105 m/s). Elektrický proud v kovech

6 snímek

Papaleksi-Mandelshtamův experiment Popis experimentu: Účel: zjistit, jaká je vodivost kovů. Instalace: cívka na tyči s posuvnými kontakty, připojená ke galvanometru. Průběh experimentu: cívka se roztočila vysokou rychlostí, pak se náhle zastavila a bylo pozorováno, že jehla galvanometru byla odhozena zpět. Závěr: vodivost kovů je elektronická. Elektrický proud v kovech

7 snímek

Kovy mají krystalickou strukturu. V uzlech krystalové mřížky jsou kladné ionty, které provádějí tepelné vibrace v blízkosti rovnovážné polohy a volné elektrony se chaoticky pohybují v prostoru mezi nimi. Elektrické pole jim uděluje zrychlení ve směru opačném ke směru vektoru intenzity pole. V elektrickém poli jsou proto náhodně se pohybující elektrony přemístěny jedním směrem, tzn. pohybovat uspořádaným způsobem. - - - - - - - - - - Elektrický proud v kovech

8 snímek

Závislost odporu vodiče na teplotě Se zvyšující se teplotou se zvyšuje měrný odpor vodiče. Koeficient odporu se rovná relativní změně odporu vodiče při zahřátí o 1K. Elektrický proud v kovech

Snímek 9

Vlastní vodivost polovodičů Nečistotová vodivost polovodičů přechod p – n a jeho vlastnosti

10 snímek

Polovodiče Polovodiče jsou látky, jejichž odpor klesá s rostoucí teplotou Příměsová vodivost polovodičů Elektrický proud v polovodičích.

11 snímek

Vlastní vodivost polovodičů Uvažujme vodivost polovodičů na bázi křemíku Si Křemík je 4-valenční chemický prvek. Každý atom má ve vnější elektronické vrstvě 4 elektrony, které slouží k vytvoření párově-elektronických (kovalentních) vazeb se 4 sousedními atomy Za normálních podmínek (nízké teploty) nejsou v polovodičích žádné volné nabité částice, polovodič tedy není. vést elektrický proud Si Si Si Si Si - - - - - - - - Elektrický proud v polovodičích

12 snímek

Uvažujme změny v polovodiči s rostoucí teplotou S rostoucí teplotou se zvyšuje energie elektronů a některé z nich opouštějí vazby a stávají se volnými elektrony. Na jejich místě zůstávají nekompenzované elektrické náboje (virtuální nabité částice), nazývané díry. Si Si Si Si Si - - - - - - + volná elektronová díra + + - - Elektrický proud v polovodičích

Snímek 13

Elektrický proud v polovodičích tedy představuje uspořádaný pohyb volných elektronů a kladných virtuálních částic - děr Závislost odporu na teplotě R (Ohm) t (0C) kov R0 polovodič S rostoucí teplotou roste počet volných nosičů náboje. vodivost polovodičů se zvyšuje a odpor klesá. Elektrický proud v polovodičích

Snímek 14

Donorové nečistoty Vlastní vodivost polovodičů je pro technické použití polovodičů zjevně nedostatečná. Pro zvýšení vodivosti se proto do čistých polovodičů (dopovaných) zavádějí nečistoty, kterými jsou donor a akceptor Si Si - - - As - - - Si - Si - - Při dotování 4-mocného křemíku Si 5-mocným arsenem As je jeden z 5 elektronů arsenu se uvolní. Stejně jako kladný iont. Není tam žádná díra! Takový polovodič se nazývá polovodič typu n, hlavními nosiči náboje jsou elektrony a nečistota arsenu, která produkuje volné elektrony, se nazývá donorová nečistota. Elektrický proud v polovodičích

15 snímek

Nečistoty akceptoru Takový polovodič se nazývá polovodič typu p, hlavními nosiči náboje jsou díry a nečistota india, která vytváří díry, se nazývá akceptor. tj. vytvoří se díra, základna dává elektrony a díry ve stejném počtu. Nečistota jsou jen díry. Si - Si - In - - - + Si Si - - Elektrický proud v polovodičích

16 snímek

Snímek 17

Destilovaná voda nevede elektrický proud. Ponořte krystal kuchyňské soli do destilované vody a za mírného míchání vody uzavřete okruh. Zjistíme, že se světlo rozsvítí. Když se sůl rozpustí ve vodě, objeví se volné nosiče elektrického náboje. Elektrický proud v kapalinách

18 snímek

Jak vznikají volné nosiče elektrických nábojů? Když je krystal ponořen do vody, molekuly vody jsou svými zápornými póly přitahovány kladnými ionty sodíku umístěnými na povrchu krystalu. K záporným iontům chloru molekuly vody otáčejí kladné póly. Elektrický proud v kapalinách

Snímek 19

Elektrolytická disociace je rozpad molekul na ionty působením rozpouštědla. Jedinými mobilními nosiči náboje v roztocích jsou ionty. Kapalný vodič, ve kterém jsou mobilními nosiči náboje pouze ionty, se nazývá elektrolyt. Elektrický proud v kapalinách

20 snímek

Jak proud prochází elektrolytem? Spusťte desky do nádoby a připojte je ke zdroji proudu. Tyto desky se nazývají elektrody. Katoda je deska připojená k zápornému pólu zdroje. Anoda je deska připojená ke kladnému pólu zdroje. Elektrický proud v kapalinách

21 snímků

Pod vlivem sil elektrického pole se kladně nabité ionty pohybují směrem ke katodě a záporné ionty směrem k anodě. Na anodě se záporné ionty vzdávají svých nadbytečných elektronů a na katodě kladné ionty přijímají chybějící elektrony. Elektrický proud v kapalinách

22 snímek

Elektrolýza Na katodě a anodě se uvolňují látky, které jsou součástí roztoku elektrolytu. Průchod elektrického proudu roztokem elektrolytu, doprovázený chemickými přeměnami látky a jejím uvolňováním na elektrodách, se nazývá elektrolýza. Elektrický proud v kapalinách

Snímek 23

Zákon elektrolýzy Hmotnost m látky uvolněné na elektrodě je přímo úměrná náboji Q procházejícímu elektrolytem: m = kQ = kIt. To je zákon elektrolýzy. Hodnota k se nazývá elektrochemický ekvivalent. Faradayovy experimenty ukázaly, že hmotnost látky uvolněné při elektrolýze závisí nejen na velikosti náboje, ale také na typu látky. Elektrický proud v kapalinách

24 snímek

25 snímek

Plyny ve svém normálním stavu jsou dielektrika, protože se skládají z elektricky neutrálních atomů a molekul, a proto nevedou elektřinu. Izolační vlastnosti plynů se vysvětlují tím, že atomy a molekuly plynů v přirozeném stavu jsou neutrální, nenabité částice. Odtud je zřejmé, že aby byl plyn vodivý, je nutné do něj tak či onak zavést nebo v něm vytvořit volné nosiče náboje - nabité částice. V tomto případě jsou možné dva případy: buď tyto nabité částice vznikají působením nějakého vnějšího činitele nebo jsou do plynu zavedeny zvenčí - nezávislá vodivost, nebo vznikají v plynu působením elektrického pole. sama existující mezi elektrodami - nezávislá vodivost. Elektrický proud v plynech Elektrický proud v plynech

26 snímek

Vodiči mohou být pouze ionizované plyny obsahující elektrony, kladné a záporné ionty. Ionizace je proces oddělování elektronů od atomů a molekul. K ionizaci dochází vlivem vysokých teplot a různých záření (rentgenové, radioaktivní, ultrafialové, kosmické záření), v důsledku srážky rychlých částic nebo atomů s atomy a molekulami plynu. Výsledné elektrony a ionty dělají z plynu vodič elektřiny. Ionizační procesy: dopad elektronů tepelná ionizace fotoionizace Elektrický proud v plynech

Snímek 27

Typy nezávislých výbojů V závislosti na procesech tvorby iontů ve výboji při různých tlacích plynu a napětích působících na elektrody se rozlišuje několik typů nezávislých výbojů: doutnavý jiskra korónový oblouk Elektrický proud v plynech

28 snímek

Doutnavý výboj Doutnavý výboj vzniká při nízkých tlacích (ve vakuových trubicích). Výboj se vyznačuje vysokou intenzitou elektrického pole a odpovídajícím velkým poklesem potenciálu v blízkosti katody. Lze jej pozorovat ve skleněné trubici s plochými kovovými elektrodami připájenými na koncích. V blízkosti katody se nachází tenká svítící vrstva zvaná katodový světelný film Elektrický proud v plynech