Чем отличаются диэлектрики от проводников?
Все вещества состоят из молекул, молекулы из атомов, атомы из положительно заряженных ядер вокруг которых располагаются отрицательные электроны. При определенных условиях электроны способны покидать свое ядро и передвигаться к соседним. Сам атом при этом становится положительно заряженным, а соседний получает отрицательный заряд. Передвижение отрицательных и положительных зарядов под действием электрического поля получило название электрического тока.
В зависимости от свойства материалов проводить электрический ток их делят на:
- Проводники.
- Диэлектрики.
- Полупроводники.
Свойства проводников
Проводники отличаются хорошей электропроводностью. Это связано с наличием у них большого количества свободных электронов не принадлежащих конкретно ни одному из атомов, которые под действием электрического поля могут свободно перемещаться.
Большинство проводников имеют малое удельное сопротивление и проводят электрический ток с очень небольшими потерями.
Примеси ухудшают свойства проводника. Чем больше примесей, тем сильнее они влияю на параметры проводимости.
Хорошими проводниками с малым удельным сопротивлением являются такие материалы:
- Золото.
- Серебро.
- Медь.
- Алюминий.
- Железо.
Золото и серебро – хорошие проводники, но из-за высокой стоимости применяются там, где необходимо получить хорошие качественные проводники с малым объемом. Это в основном электронные схемы, микросхемы, проводники высокочастотных устройств у которых сам проводник изготовлен из дешевого материала (медь), который сверху покрыт тонким слоем серебра или золота. Это дает возможности при минимальном расходе драгоценного металла хорошие частотные характеристики проводника.
Медь и алюминий — более дешевые металлы. При незначительном снижении характеристик этих материалов, их цена на порядки ниже, что дает возможность для их массового применения. Применяют в электронике, в электротехнике. В электронике – это дорожки печатных плат, ножки радиоэлементов, радиаторы и др. В электротехнике очень широко применяется в обмотках двигателей, для прокладки электрических сетей высокого и низкого напряжения, разводку электричества в квартирах, домах, в транспорте.
Параметр проводимости очень сильно зависит от температуры самого материала. При увеличении температуры кристалла, колебания электронов в кристаллической решетке увеличивается, препятствуя свободному прохождению свободных электронов. При снижении – наоборот, сопротивление уменьшается и при некотором значении близком к абсолютному нулю, сопротивление становится нулевым и возникает эффект сверхпроводимости.
Свойства диэлектриков
Диэлектрики в своей кристаллической решетке содержат очень мало свободных электронов, способных переносить заряде под действием электрического поля.
В связи с этим при создании разности потенциалов на диэлектрике, ток, проходящий через него такой незначительный, что считается равным нулю — диэлектрик не проводит электрический ток. Наряду с этим, примеси, содержащиеся в любом диэлектрике, как правило, ухудшают его диэлектрические свойства. Ток, проходящий через диэлектрик под действием приложенного напряжения в основном определяется количеством примесей.
Диэлектрики
Наибольшее распространение диэлектрики получили в электротехнике там, где необходимо защитить обслуживающий персонал от вредного воздействия электрического тока. Это изолирующие ручки разных приборов, устройств измерительной техники. В электронике – прокладки конденсаторов, изоляция проводов, диэлектрические прокладки необходимые для теплоотвода активных элементов, корпуса приборов.
Полупроводники – материалы, которые проводят электричество при определенных условиях, в другом случае ведут себя как диэлектрики.
Таблица: чем отличаются проводники и диэлектрики?
| Проводник | Диэлектрик | |
| Наличие свободных электронов | Присутствуют в большом количестве | Отсутствуют, или присутствуют, но очень мало |
| Способность материалов проводить электрический ток | Хорошо проводит | Не проводит, или ток незначительно мал |
| Что происходит при увеличении приложенного напряжение | Ток, проходящий через проводник, увеличивается согласно закону Ома | Ток, проходящий через диэлектрик изменяется незначительно и, при достижения определенного значения, происходит электрический пробой |
| Материалы | Золото, серебро, медь и ее сплавы, алюминий и сплавы, железо и другие | Эбонит, фторопласт, резина, слюда, различные пластмассы, полиэтилен и другие материалы |
| Сопротивление | от 10-5 до 10-8 степени Ом/м | 1010 – 1016 Ом/м |
| Влияние посторонних примесей на сопротивление материала | Примеси ухудшают свойство проводимости материала, что ухудшает его свойства | Примеси улучшают проводимость материала, что ухудшает его свойства |
| Изменение свойств при изменении температуры окружающей среды | При увеличении температуры – сопротивление увеличивается, при снижении – уменьшается. При очень низких температурах – сверхпроводимость. | При увеличении температуры – сопротивление уменьшается. |
Проводники и диэлектрики в электростатическом поле
Проводники и диэлектрики в электростатическом поле
10 класс база
Проверочной тест
1. В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки М в точку N по разным траекториям (рис. 43). В каком случае работа сил электростатического поля больше?
А. 1 Б. 2 В. Во всех случаях работа сил электростатического поля одинакова.
2. На рисунке 44 показаны линии напряженности электростатического поля и две эквипотенциальные поверхности.
В какой точке ( М или N ) потенциал больше?
А. В точке М Б. В точке N В. Потенциал в точках М и N одинаков
3. Как меняется кинетическая энергия электрона при его приближении к положительному заряду (рис. 45)?
А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется
4. На рисунке 46 представлена картина эквипотенциальных поверхностей некоторого электростатического поля. По какой траектории нужно перемещать электрический заряд из точки 1 , чтобы работа сил поля была
наибольшей?
А. По траектории 1-2 Б. По траектории 1-3 В. По всем траекториям одинакова
5. Напряженность электростатического поля между двумя точками в однородном электростатическом поле равна 100 В/м, а расстояние между ними 5 см. Чему равна разность потенциалов между этими точками?
А. 5 В Б. 10 В В. 20 В
Вещество
проводит электрические заряды
не проводит электрические заряды
Разделите предложенные вещества на 2 группы.
азот, алюминий, вода, железо, керосин,
масло, медь, парафин, поваренная соль,
стекло, человек
?
?
алюминий
железо
азот
вода
медь
керосин
масло
парафин
поваренная соль
стекло
Проводники
Диэлектрики
алюминий
железо
азот
вода
медь
керосин
масло
парафин
поваренная соль
стекло
человек?
Чем отличаются проводники от диэлектриков?
В проводниках есть свободные носители зарядов, в диэлектриках нет.
проводник
Красные кружки –электроны,
синие – положительные ионы.
проводник
Поместим проводник во внешнее однородное электрическое поле, созданное двумя параллельными пластинами.
Поставим знаки зарядов на пластинах.
+
—
Изобразим графически электрическое поле.
Что произойдет с электронами?
+
—
+
—
В проводнике появляется свое поле, направленное
противоположно внешнему.
Поля скомпенсировали друг друга. Результирующее поле внутри проводника равно 0.
Выводы: электростатическое поле внутрь проводника не проникает, заряды скапливаются на поверхности проводника.
В разделении зарядов и заключается явление электростатической индукции. Благодаря этому явлению осуществляется электростатическая защита . Если какой-либо прибор необходимо защитить от внешних электрических полей, то его помещают в проводящую оболочку
http://www.youtube.com/watch?v=9NB17Na4lKo#t=15
«Клетка Фарадея»
Впервые явление электростатической защиты было обнаружено М.
Фарадеем в 1836 году. Большая деревянная клетка была оклеена тонкими листами олова, изолирована от земли и сильно заряжена. В клетке находился сам Фарадей с очень чувствительным электроскопом. Несмотря на то, что при приближении к клетке тел, соединенных с землей, проскакивали искры, внутри клетки электрическое поле не обнаруживалось.
Диэлектрик
Диэлектриками называются материалы, в которых нет свободных электрических зарядов
Диэлектрик
полярный
неполярный
Диэлектрик
Термин «диэлектрик» происходит от греческого слова dia — через, сквозь и английского слова electric — электрический . Этот термин ввел М. Фарадей в 1838 г. для обозначения веществ, в которые проникает электрическое поле
Чтобы разобраться, почему в диэлектрике нет свободных зарядов, рассмотрим его строение на примере типичного диэлектрика — поваренной соли.
У натрия во внешней оболочке один валентный электрон, слабо связанный с атомом.
У хлора семь валентных электронов и для завершения энергетического уровня ему не хватает одного электрона. Хлор захватывает недостающий электрон у натрия. Натрий, отдавая электрон, заряжается положительно, а хлор, забрав электрон, заряжается отрицательно. Получается система из двух разноимённых зарядов, связанных между собой.
Такая система связанных зарядов называется электрическим диполем.
дипольная поляризация
Электрические диполи – нейтральная совокупность двух зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Поляризация полярных диэлектриков сильно зависит от температуры, так как тепловое движение молекул играет роль дезориентирующего фактора.
электронная поляризация
Диэлектрики, состоящие из атомов и молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают, называются неполярными
https://www.
youtube.com/watch?v=OCChozBP-70
Диэлектрик
полярный
неполярный
поваренная соль,
H 2 O, H 2 S, NO 2,
инертные газы, кислород, водород, азот, масла, бензин, пластмассы
Диэлектрики, состоящие из таких диполей, называют полярными. У неполярных диэлектриков нет диполей, они состоят из молекул, у которых совпадают центры положительных и отрицательных зарядов. Как только мы помещаем их во внешнее поле, происходит разделение зарядов, неполярная молекула становится диполем.
Возьмём электрометр с металлическим диском и зарядим его положительно. Поднесём к диску лист пластика, стрелка электрометра приблизилась к стержню. Значит, диэлектрик ослабляет поле диска.
Для того чтобы описать, как сильно ослабляет диэлектрик электрическое поле, вводят величину, которую называют диэлектрической проницаемостью.
Диэлектрическая проницаемость вещества
Физическая величина, равная отношению модуля напряжённости однородного электрического поля в вакууме Е 0 к модулю напряженности электрического поля в однородном диэлектрике Е , заполняющем это поле
Диэлектрическая проницаемость
Вещество
ε
Бензин
Вещество
2,0
Вакуум, воздух
Вода дистиллированная
Масло
ε
1,0
81
Дерево сухое
Парафин
2,5
2,0
Капрон
Резина
2,9
Спирт
4,3
4,5
Керосин
26
Стекло
2,1
Лед
7,0
Фарфор
70
5,6
Эбонит
3,1
Проводники
Диэлектрики
алюминий
железо
азот
вода
медь
керосин
масло
парафин
поваренная соль
стекло
человек?
Источником сильного электрического поля является Земля.
Согласно новейшим исследованиям, земной шар заряжен отрицательно, то есть избыточным количеством свободных электрозарядов, около 6*10 5 Кл. Это очень большой заряд.
Отталкиваясь друг от друга силами Кулона, электроны стремятся скопиться на поверхности земного шара.
На большом расстоянии от земли, охватывая ее со всех сторон, находится ионосфера, состоящая из большого количества положительно заряженных ионов. Между землей и ионосферой существует электрическое поле.
При ясном небе на расстоянии метра от Земли разность потенциалов достигает примерно 125 В.
Электроны, стремящиеся под действием поля вырваться с поверхности земли, проникали в голые ступни и электропроводные концы нервов мышц первобытного человека, ходившего по земле босиком.
Это проникновение электронов продолжалось только до тех пор, пока общий свободный отрицательный заряд человека не достигал потенциала заряда на участке поверхности земли, где он находился.
Под действием поля заряды, проникшие в тело человека, стремились вырваться наружу, где и захватывались положительно заряженными ионами атмосферы, непосредственно соприкасавшейся с открытыми кожными покровами головы и рук.
Тело человека, его живые клетки и все функциональные зависимости метаболизма миллионы лет были приспособлены природой для здоровой жизни человека в условиях околоземного электрического поля.
Человек надел сапоги, синтетическую одежду, выстроил дома, изобрел токонепроводящнй линолеум, резиновые подошвы, залил улицы городов и дороги асфальтом. Человек сегодня гораздо меньше соприкасается с электрозарядами земли. Т.е. он стал заряженным положительно.
В этом заключается одна из причин таких “общедоступных” болезней, как головные боли, раздражительность, неврозы, сердечнососудистые заболевания, быстрая утомляемость, плохой сон и пр.
Человек –
проводник или диэлектрик?
На 60 % состоит из воды, мозг на 90%, значит, диэлектрик.
А это значит, что электрическое поле в теле человека есть.
Причем напряженность этого поля человеческого тела меняется в зависимости от напряженности внешнего электрического поля в данной точке земли в данный момент, от положения тела человека.
Домашнее задание
- П. 65, доклады: применение диэлектриков в технике.
Ответы на тест
1-В 2-Б 3-А 4-В 5-А
Разница между диэлектриком и изолятором со сравнительной таблицей
Диэлектрик и изолятор различаются по своему применению. Одно из основных различий между диэлектриком и изолятором заключается в том, что диэлектрик накапливает электрические заряды, а изолятор препятствует потоку электронов. Некоторые другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице.
Содержание: диэлектрик и изолятор
- Сравнительная таблица
- Определение
- Ключевые отличия
Сравнительная таблица
| Основание для сравнения | Диэлектрик | Изолятор |
|---|---|---|
| Определение | Материал, в котором может возникать электрическое поле с минимальной потерей энергии, называется диэлектриком. | Вещество с низкой электропроводностью, препятствующее прохождению тока, известное как изолятор. |
| Поляризация | Поляризация в электрическом поле. | Нельзя поляризовать |
| Связка | Слабая связь по сравнению с изолятором. | Ковалентная связь |
| Диэлектрическая проницаемость | Высокая | Низкая |
| Заряды | Хранение зарядов | Препятствие зарядам. |
| Пример | Сухой воздух, вакуум, дистиллированная вода и т. д. | Хлопок, пластик, слюда и т. д. |
| Применение | Конденсатор, силовой кабель и т. д. | Токопроводящие провода в системе высокого напряжения и т. д. |
Определение диэлектрика
Диэлектрический материал представляет собой тип изолятора, который имеет некоторое количество свободных электронов. Он поляризуется в присутствии электрического поля.
Поляризация — это свойство материала, при котором положительные и отрицательные заряды материала смещены в противоположном направлении. Поляризация уменьшает общее поле материала.
Аккумулирование и рассеивание электрической энергии являются основными свойствами диэлектрического материала. Электропроводность идеального диэлектрического материала равна нулю. Типичным примером диэлектрика является конденсатор. Поляризация между параллельными пластинами конденсатора увеличивает площадь поверхности емкости.
Определение изолятора
Материал, который не пропускает электрический ток, называется изолятором. Изоляционный материал не имеет свободных электронов, поскольку их молекулы имеют прочную ковалентную связь. Удельное сопротивление материала очень велико по сравнению с другими материалами. Удельное сопротивление — это свойство материала, которое показывает сильное препятствие потоку зарядов.
Эбонит, бумага, дерево, пластик – вот некоторые примеры изоляторов.
Основные различия между диэлектриком и изолятором
- Материал, сохраняющий электрическую энергию в электрическом поле, известен как диэлектрический материал, тогда как материал, который блокирует поток электронов, известен как изолятор.
- Диэлектрический материал поляризуется в присутствии электрического поля, тогда как изоляторы не поляризуются.
Примечание: Поляризация — это свойство материала, при котором положительные и отрицательные заряды движутся в противоположных направлениях. - Молекулы диэлектрического материала слабо связаны, тогда как молекулы изоляторов прочно связаны друг с другом по сравнению с диэлектриком.
- Диэлектрический материал имеет высокую диэлектрическую проницаемость, тогда как изолятор имеет низкую диэлектрическую проницаемость. Диэлектрическая проницаемость измеряет накопительную способность материала.
- Диэлектрический материал накапливает электрические заряды, тогда как изолятор блокирует электрические заряды.
- Сухой воздух, вакуум и дистиллированная вода являются примерами диэлектриков, тогда как хлопок, пластик, резина являются примерами изоляторов.
- Наиболее распространенным применением диэлектрика является конденсатор, а изоляторы используются в токопроводящих проводах и кабелях.
Почти все изоляторы ведут себя как диэлектрики, но не все диэлектрики изоляторы.
12 Разница между изолятором и диэлектриком [табличная форма]
от Dipali Chaudhari
В более ранних статьях я объяснил разницу между изолятором и проводником со спецификациями
Здесь мы собираемся изучить основное различие между изолятором и проводником. диэлектрик.
Insulator vs Dielectric [in Tabular Form]
| # | Content | Insulator | Dielectric |
| 01 | [ Definition] What is an insulator & a Диэлектрик? | Материал, который не пропускает электрический ток в приложенном электрическом поле, называется «изолятором». | Материал, который позволяет протекать электрическому току в приложенном электрическом поле, называется «диэлектриком». |
| 02 | Функция изолятора и диэлектрика | Изолятор не накапливает электрический заряд. | Диэлектрик накапливает электрический заряд. |
| 03 | Поляризация | Изолятор не поляризуется под действием электрического поля. | Диэлектрики легко поляризуются под действием электрического поля. |
| 04 | Молекулярная связь | Имеет ковалентную связь. | Имеет слабую связь по сравнению с изолятором. |
| 05 | Свойство проводимости | Изолятор имеет низкую проводимость. | Диэлектрик с высокой проводимостью. |
| 06 | Удельное сопротивление | Обладает высокой удельной мощностью. | Обладает низким сопротивлением. |
| 07 | Любой ли изолятор может быть диэлектриком? | Все изоляторы не используются как диэлектрики. | Но все диэлектрики работают как изоляторы. |
| 08 | Защита | Изолятор не требует защиты из-за отсутствия проводящего материала. | Диэлектрик требует защиты из-за наличия проводящего материала. |
| 09 | Диэлектрическая проницаемость | Изолятор имеет низкую диэлектрическую проницаемость. | Диэлектрик имеет высокую диэлектрическую проницаемость. |
| 10 | Используется | В основном используется для ограничения тока на желаемом пути. | Используется для подачи электрического тока по нужному пути. |
| 11 | Изоляционные и диэлектрические материалы | Изолятор бывает в виде стекла, хлопка, пластика, слюды, резины и т.  |