Ток в различных { средах

Ток в различных { средах Работу выполнили ученики 10 класса

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.

Электрический ток в газах Газы в нормальном состоянии являются диэлектриками, так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и поэтому не проводят электричества.

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 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: • Электронный удар • Термическая ионизация • Фотоионизация • Радиоактивность

Электрический ток в газах Типы самостоятельных разрядов 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, если давление газа низкое (от сотых долей до нескольких мм. рт. ст. ) и напряжение на электродах порядка нескольких сотен вольт. Он представляет собой слабое свечение газа, заметное только в тёмном помещении или в тёмное время суток.

Электрический ток в газах Тлеющий разряд • 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 Тлеющий разряд применяется в светящихся трубках рекламы, заполненных неоном, аргоном, в лампах дневного света. Важнейшее современное применение тлеющий разряд получил в сравнительно недавно созданных квантовых источниках света – газовых лазерах.

Электрический ток в газах { разряд Искровой возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного Рат.

Электрический ток в газах Дуговой разряд 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

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.

Дуговой разряд применяется для сварки металлических деталей, для выплавки сталей и сплавов. При этом лицо сварщика или рабочего сталелитейного производства должно быть закрыто толстым тёмным стеклом, чтобы ультрафиолетовое излучение, испускаемое дугой, не повредило глаза и кожу. В мировой промышленности около 90% инструментальной стали выплавляется именно в дуговых электропечах.

Электрический ток в газах Коронный разряд возникает, если давление газа близко к атмосферному, и есть сильное неоднородное электрическое поле. Оно существует вблизи заострённых частей проводников, подключенных к высоковольтным источникам тока, а также находящихся во влажном атмосферном воздухе во время грозы. На фотографии показан коронный разряд вокруг листа растения, находящегося в высокочастотном электромагнитном поле. {

Электрический ток в газах Коронный разряд сопровождается слабым свечением и небольшим шумом. Такое свечение иногда появляется на концах корабельных мачт, и известно как «огни святого Эльма» . Особенно нежелательно возникновение этого разряда вокруг проводов высоковольтных ЛЭП, так как он приводит к потерям электрической энергии. Для предотвращения этого применяют расщепление проводов ЛЭП (на 2, 3, 5, 8 параллельно идущих проводов, разнесённых друг от друга на 40 -50 см и удерживаемых изоляционными распорками). Коронный разряд {

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 Коронный разряд применяется в электрофильтрах для очистки газов. Трубка, заполненная дымом, внезапно делается совершенно прозрачной, если внести в неё острые металлические электроды, соединенные с высоковольтным { источником тока. Если продувать через трубку струю дыма или пыли, выходящая струя воздуха станет совершенно чистой, а все мелкие частицы, содержащиеся в газе, будут осаждаться на электродах.

Электрический ток в жидкостях {

Электроток в растворе. Электролиты Упорядоченное движение заряженных частиц называется электрическим током. В металлах заряженные частицы – электроны. Но если мы проведем опыт – то через раствор идет ток. Ещё в 1877 году шведский ученый Сванте Аррениус, изучая электропроводность растворов различных веществ, пришел к выводу, что её причиной являются ионы, которые образуются при растворении соли в воде. При растворении в воде молекула Cu. SO 4 распадается(диссоцирует) на два разнозаряженных иона – Cu (2+) и SO 4 (2 -).

Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят электрический ток. Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называются неэлектролитами.

Процесс распада электролита на ионы называется электролитической диссоциацией. С. Аррениус, который придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействия электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. В отличие от него русские химики И. А. Каблуков и В. А. Кистяковский применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию Д. И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит химическое взаимодействие растворённого вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. Они считали, что в растворах находятся не свободные ионы, а гидратированные, то есть окруженные молекулами воды. Электролитическая диссоциация

Следовательно, диссоциация молекул электролитов происходит в следующей последовательности: а) ориентация молекул воды вокруг полюсов молекулы электролита; б) гидратация молекулы электролита; в) распад её на гидратированные ионы.

Схема электролитической диссоциации

По отношению к степени электролитической диссоциации электролиты делятся на сильные и слабые. Сильные электролиты – такие, которые при растворении практически полностью диссоциируют. У них значение степени диссоциации стремится к единице. Слабые электролиты – такие, которые при растворении почти не диссоциируют. Их степень диссоциации стремится к нулю.

Из этого делаем вывод, что электрический ток в жидкостях представляет собой направленное движение не электронов, как в металлах, а гидратированных ионов, что показано на схеме. Следовательно, если в жидкости нет ионов, то и электрический ток не будет проводится. Но с появлением ионов ток будет проходить через жидкостях. Продемонстрируем это опытом. + - + - + -

Электролиз — физико-химическое явление, состоящее в выделении на электродах составных частей растворённых веществ, являющихся результатом окислительно-восстановительных на электродах, которое возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы катионы (ионы металлов) движутся к катоду, отрицательные ионы анионы кислотных остатков и гидроксильной группы — движутся к аноду. − + − + − − − + − + − +

Ряд активности металлов Катионы активных Катионы менее неактивных металлов металлов Li+, Cs+, K+, Ca 2+, Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+, Cd 2+, Cu 2+, Ag+, Hg 2+, Au 3 Na+, Mg 2+, Al 3+ Co 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+ В водном растворе Легко разряжаются и Тяжело разряжаются восстанавливаются восстанавливается (только с расплавов) только металл и только металл водород

Физик Майкл Фарадей подробно изучил явление электролиза и пришел к выводу, что масса выделяющегося на электроде вещества прямо пропорциональна силе тока (I) и времени (t). Этот закон был назван первым законом Фарадея. Закон Фарадея

Первый закон Фарадея Формула этого закона – m=k I t Где k – электрохимический эквивалент вещества. k равно массе вещества, которая выделяется на электроде за 1 с при силе тока 1 А. Это постоянное табличное значение отличное для каждого вещества.

Электролитический метод используется для получения чистых металлов. Хорошим примером является электролитическое промышленное получение алюминия. Для этого в качестве электролита используют Al 2 O 3 растворенный в расплавленном криолите (Na 3 Al. F 6) при температуре 950 С. Раствор помещают в специальные электролитические ванны, где стенки и дно, выложенные графитом, используются в качестве катода, а погруженные в электролит угольные блоки. Применение В процессе пропускания тока на катоде выделяется чистый алюминий. электролиза Аналогично (аффинаж) очищают и драгоценные металлы (золото Au, серебро Ag).

Схема получения алюминия

Гальваностегия Посредством электролиза можно покрыть предметы слоем того или иного металла. Этот процесс называется гальваностегией. Изделие, которое хотят покрыть слоем металла, опускают в ванну в качестве катода. В ванне раствор электролита, который содержит нужный металл. Пластина из этого же металла – анод. В процессе пропускания тока через раствор нужный металл выделяется на аноде (изделии), а пластинка (анод) постепенно растворяется.

Гальваностегия используется для защиты металлических изделий коррозии. Гальваностегию активно используют в ювелирном деле, ведь именно с помощью этой технологии наводят позолоту на изделия. На схеме раствор Ag. NO 3, катод – изделие, анод – серебренная пластина. Под действием электролиза серебро оседает на поверхности изделия.

Также с помощью электролиза можно изготовить рельефные металлические копии изделий (например, монет, медалей). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником Борисом Семеновичем Якоби (1801 1874) в сороковых годах XIX века и называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из = воска. Этот слепок натирают графитом и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на Гальванопластика нём и осаждается слой металла. Это применяется в полиграфии при изготовлении печатных форм.

Кроме указанных выше , электролиз нашел применение и в других областях: получение оксидных защитных пленок на металлах (анодирование); электрохимическая обработка поверхности металлического изделия (полировка); электрохимическое окрашивание металлов (например, меди, латуни, цинка, хрома и др. ); очистка воды – удаление из нее растворимых примесей. В результате получается так называемая мягкая вода (по своим свойствам приближающаяся к дистиллированной); электрохимическая заточка режущих инструментов (например, хирургических ножей, бритв и т. д. ).

Презентация на тему: “Электрический ток в жидкостях” {

Электролитическая диссоциация По электрическим свойствам все жидкости можно разделить на 2 группы: ЖИДКОСТИ ПРОВОДЯЩИЕ НЕПРОВОДЯЩИЕ Содержащие свободные Не содержащие заряженные частицы свободные заряженные (диссоциирующие) - частицы электролиты (недиссоциирующие) К ним относятся растворы (чаще всего дистилированная вода, водные) и расплавы солей, спирт, минеральное кислот и оснований масло…

Электролиты – растворы солей, кислот и щелочей. Электролитическая диссоциация -распад нейтральных молекул вещества в растворителе на положительные и отрицательные ионы. Степень диссоциации – отношение числа молекул, диссоциировавших на ионы, к общему количеству молекул данного вещества. Рекомбинация – процесс объединения ионов разных знаков в нейтральные молекулы. Электролиты обладают ионной проводимостью. При ионной проводимости прохождение тока сопровождается переносом вещества.

По отношению к степени электролитической диссоциации электролиты делятся на сильные и слабые. Сильные электролиты – такие, которые при растворении практически полностью диссоциируют. У них значение степени диссоциации стремится к единице. Слабые электролиты – такие, которые при растворении почти не диссоциируют. Их степень диссоциации стремится к нулю.

Электролиз – процесс выделения вещества на электродах, связанный с окислительно-восстановительными реакциями. Закон Фарадея 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).

Ток в вакууме {

Что такое вакуум? - это такая степень разрежения газа, при которой соударений молекул практически нет. - электрический ток невозможен, т. к. возможное количество ионизированных молекул не может обеспечить электропроводность; - создать эл. ток в вакууме можно, если использовать источник заряженных частиц; - действие источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия - это испускание электронов твердыми или жидкими телами при их нагревании до температур, соответствующих видимому свечению раскаленного металла. Нагретый металлический электрод непрерывно испускает электроны, образуя вокруг себя электронное облако. В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод, равно числу электронов, возвратившихся на него ( т. к. электрод при потере электронов заряжается положительно). Чем выше температура металла, тем выше плотность электронного облака.

диод Электрический ток в вакууме возможен в электронных лампах. Электронная лампа - это устройство, в котором применяется явление термоэлектронной эмиссии. Вакуумный диод - это двухэлектродная ( А- анод и К - катод { ) электронная лампа. Внутри стеклянного баллона создается очень низкое давление Н - нить накала, помещенная внутрь катода для его нагревания. Поверхность нагретого катода испускает электроны. Если анод соединен с + источника тока, а катод с -, то в цепи протекает постоянный термоэлектронный ток. Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью. Т. е. ток в аноде возможен, если потенциал анода выше потенциала катода. В этом случае электроны из электронного облака притягиваются к аноду, создавая эл. ток в вакууме.

Вольтамперная характеристика вакуумного диода. При малых напряжениях на аноде не все электроны, испускаемые катодом, достигают анода, и электрический ток небольшой. При больших напряжениях ток достигает насыщения, т. е. максимального значения.

Электронные пучки - это поток быстро летящих электронов в электронных лампах и газоразрядных устройствах. Свойства электронных пучков: - отклоняются в электрических полях; - отклоняются в магнитных полях под действием силы Лоренца; - при торможении пучка, попадающего на вещество возникает рентгеновское излучение; - вызывает свечение ( люминесценцию ) некоторых твердых и жидких тел ( люминофоров ); - нагревают вещество, попадая на него. Устройство для формирования электронного пучка

- используются явления термоэлектронной эмиссии и свойства электронных пучков. -ЭЛТ состоит из электронной пушки, горизонтальных и вертикальных отклоняющих пластин-электродов и экрана. -В электронной пушке электроны, испускаемые подогревным катодом, проходят через управляющий электрод-сетку и ускоряются анодами. Электронная пушка фокусирует электронный пучок в точку и изменяет яркость свечения на экране. Отклоняющие горизонтальные и вертикальные пластины позволяют перемещать электронный пучок на экране в любую точку экрана. Экран трубки покрыт люминофором, который начинает светиться при бомбардировке его электронами. Электронно - лучевая трубка ( ЭЛТ )

{ Существуют два вида трубок Основное применение ЭЛТ: { с электромагнитным кинескопы в телеаппаратуре; управлением дисплеи ЭВМ; (добавляются магнитные с электростатическим электронные осциллографы в измерительной технике. отклоняющие катушки ). управлением электронного пучка (отклонение эл. пучка только лишь эл. полем)

Полупроводники

Прежде всего поясним само понятие – полупроводник. По способности проводить электрические заряды вещества условно делятся на проводники и непроводники электричества. Тела и вещества, в которых нельзя создавать Тела и вещества, в которых можно создавать электрический ток , называют электрический ток, называют проводниками. непроводниками тока. Металлы , уголь, кислоты, Воздух, стекло, парафин, слюда, растворы солей, щелочи, лаки, фарфор, резина, пластмассы, живые организмы различные смолы, и многие другие тела и вещества. маслянистые жидкости, сухое дерево, сухая ткань, бумага и другие вещества. Проводники Полупроводники Непроводники Проводники Непроводники (диэлектрики) Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное место между проводниками и непроводниками.

Группа Период III IV Y VI VII Полупроводники 1 Бор B, углерод C, кремний Si 2 B C N O F фосфор Р, сера S, германий Ge, мышьяк As, селен Se, олово Sn, 3 Al Si P S Cl сурьма Sb, теллур Te и йод I. 4 Ga Ge As Se Br 5 In Sn Sb Te I 6 Tl Pb Bi Po Al Полупроводники - это ряд элементов таблицы Менделеева, большинство минералов, различные окислы, сульфиды, теллуриды и другие химические соединения.

Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра по стабильным орбитам. Электронная оболочка атома германия состоит из 32 электронов, четыре из которых вращаются по его внешней орбите. Ядро атома Электронная оболочка атома Сколько электронов у атома германия? Четыре внешних электрона, называемые валентными, существенным образом Ge определяют атома германия. Атом германия стремится приобрести устойчивую структуру, присущую атомам инертных газов и отличающуюся тем, что на внешней их орбите находится всегда строго определенное число электронов (например, 2, 8, 18 и т. д. ). Таким образом, для приобретения подобной структуры атому германия потребовалось бы принять на внешнюю орбиту еще четыре электрона.

Собственная электрическая проводимость ρмет = f(Т) ρ0 • ρ = f(Т) ? Зависимость удельного полуп сопротивления ρ металла от Т абсолютной температуры T Валентные электроны в При повышении кристалле германия связаны с температуры некоторая атомами гораздо сильнее, чем часть валентных электронов в металлах; поэтому может получить энергию, концентрация электронов достаточную для разрыва проводимости при комнатной ковалентных связей. Тогда в температуре в кристалле возникнут полупроводниках на много свободные электроны порядков меньше, чем у (электроны проводимости). металлов. Вблизи абсолютного Одновременно в местах нуля температуры в кристалле разрыва связей образуются германия все электроны При увеличении температуры полупроводника в Повысим температуру полупроводника. вакансии, которые не заняты заняты в образовании связей. единицу времени образуется большее количество электронами. Эти вакансии Такой кристалл электрического электронно-дырочных пар. получили название дырок. тока не проводит.

Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (т. е. без примесей) полупроводников и поэтому называется собственной электрической проводимостью. Собственная Проводимость полупроводников (электронно-дырочная) при наличии примесей называется примесной проводимостью. электрическая проводимость. Примесная (электронно- дырочная) электрическая проводимость. Примесными центрами могут быть: атомы или ионы химических Примесная элементов, внедренные в решетку (электронная) (дырочная) полупроводника; электрическая избыточные атомы или ионы, проводимость. внедренные в междоузлия решетки; различного рода другие дефекты и Изменяя концентрацию примесей, можно значительно увеличивать число носителей искажения в кристаллической зарядов того или иного знака и создавать решетке: пустые узлы, трещины, полупроводники с преимущественной сдвиги, возникающие при концентрацией либо отрицательно, либо деформациях кристаллов, и др. положительно заряженных носителей.

Электронная проводимость возникает, когда в кристалл германия с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы (например, атомы мышьяка, As). Дальнейшее содержание слайда в полной версии презентации.

Полупроводник с избыточными электронами проводимости называют полупроводником n-типа, с избыточными дырками полупроводником р-типа.

Электрическая проводимость р-типа определяется дырками, поэтому их называют здесь основными носителями заряда, а электроны проводимости - не основными. В полупроводнике n-типа - наоборот.

Дальнейшее содержание слайда в полной версии презентации.

Дальнейшее содержание слайда в полной версии презентации.

Способность n–p-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами. Полупроводниковые диоды изготавливают из кристаллов кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости. Изображают полупроводниковые диоды на электрических Эмиттер Э схемах в виде треугольника и отрезка, проведенного через одну из его вершин параллельно противолежащей стороне. В зависимости от назначения диода его обозначение может содержать дополнительные символы. В любом случае острая вершина треугольника указывает на направление протекания прямого тока через диод. Треугольник соответствует р- области и называется иногда анодом, или эмиттером, а прямолинейный отрезок — n-области и называется катодом, или базой. База Б

По конструкции полупроводниковые диоды могут быть плоскостными или точечными. Как правило, диоды изготавливают из кристалла германия или кремния, с проводимостью n-типа. В одну из поверхностей кристалла вплавляют каплю индия. Вследствие диффузии атомов индия в глубь второго кристалла, в нём образуется область p -типа. Остальная часть кристалла по- прежнему имеет проводимость n-типа. Между ними и возникает p-n - переход. Для предотвращения воздействия влаги и света, а также для прочности кристалл заключают в корпус, снабжая контактами. Германиевые и кремниевые диоды могут работать в разных интервалах температур и с токами различной силы и напряжения.

Обратный ток очень мал и почти не зависит от величины обратного напряжения, т. к. он образован дрейфовым током (не основными носителями зарядов). Но при определенном напряжении обратный ток резко возрастает. Это явление называется электрическим пробоем. Объясняется это тем, что электроны приобретают I, м. A большую скорость и, ударяясь об атомы, выбивают их них электроны. Если напряжение не увеличивать, диод останется Прямой ток исправным. Если же продолжать увеличивать напряжение, то электрический пробой переходит в тепловой пробой. Это значит, что диод нагревается, и ток резко увеличивается за счет выхода электронов из своих U, В атомов при повышении температуры. Тепловой пробой Обратный ток разрушает полупроводник, диод неисправен. Пробой

Переменный ток Рассмотрим понятие «переменный ток» на самом простом уровне. I Чем быстрее вращается рамка, тем больше частота переменного тока. t Синусоидальный характер T I Т – период переменного тока. Это наименьший промежуток времени (выраженный в секундах), через t который изменения силы тока (и напряжения) повторяются В электроэнергетических системах России и большинства стран мира принята стандартная частота f = 50 Гц, в США 60 Гц. В технике связи применяются переменный ток высокой частоты (от 100 к. Гц до 30 ГГц). Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники используют переменный ток самых различных частот. Переме нный ток - электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Выпрямление переменного тока

Переменный ток I t T/2 - + I ~ Rн - + t Далее процесс повторяется…