Site Loader

Содержание

Открытая Физика. Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле E→ складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля E→0 и внутреннего поля E→’, создаваемого заряженными частицами вещества.

Вещество многообразно по своим электрическим свойствам. Наиболее широкие классы вещества составляют проводники и диэлектрики.

Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов (электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника.

Типичные проводники – металлы.

В отсутствие внешнего поля в любом элементе объема проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в результате чего на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды (рис. 1.5.1). Этот процесс называют электростатической индукцией, а появившиеся на поверхности проводника заряды – индукционными зарядами.

Индукционные заряды создают свое собственное поле E→’, которое компенсирует внешнее поле E→0 во всем объеме проводника: E→=E→0+E→’=0 (внутри проводника).

Полное электростатическое поле внутри проводника равно нулю, а потенциалы во всех точках одинаковы и равны потенциалу на поверхности проводника.

Электростатическая индукция

Все внутренние области проводника, внесенного в электрическое поле, остаются электронейтральными. Если удалить некоторый объем, выделенный внутри проводника, и образовать пустую полость, то электрическое поле внутри полости будет равно нулю. На этом основана электростатическая защита – чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики (рис. 1.5.2).

Электростатическая защита. Поле в металлической полости равно нулю

Так как поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые линии у поверхности должны быть перпендикулярны к ней.

В отличие от проводников, в диэлектриках (изоляторах) нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле E→0 в нем возникает некоторое перераспределение зарядов, входящих в состав атомов или молекул. В результате такого перераспределения на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные нескомпенсированные

связанные заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов.

Связанные заряды создают электрическое поле E→’, которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности E→0 внешнего поля. Этот процесс называется поляризацией диэлектрика. В результате полное электрическое поле E→=E→0+E→’ внутри диэлектрика оказывается по модулю меньше внешнего поля E→0.

Физическая величина, равная отношению модуля напряженности E→0 внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности E→ полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества. ε=E0E.

Существует несколько механизмов поляризации диэлектриков. Основными из них являются ориентационная и электронная поляризации. Эти механизмы проявляются главным образом при поляризации газообразных и жидких диэлектриков.

Ориентационная или дипольная поляризация возникает в случае полярных диэлектриков, состоящих из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

Такие молекулы представляют собой микроскопические электрические диполи – нейтральную совокупность двух зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Дипольным моментом обладает, например, молекула воды, а также молекулы ряда других диэлектриков (H2S, NO2 и т. д.).

При отсутствии внешнего электрического поля оси молекулярных диполей из-за теплового движения ориентированы хаотично, так что на поверхности диэлектрика и в любом элементе объема электрический заряд в среднем равен нулю.

При внесении диэлектрика во внешнее поле E→0 возникает частичная ориентация молекулярных диполей. В результате на поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные макроскопические связанные заряды, создающие поле E→’, направленное навстречу внешнему полю E→0 (рис. 1.5.3).

Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика

Поляризация полярных диэлектриков сильно зависит от температуры, так как тепловое движение молекул играет роль дезориентирующего фактора.

Электронный или упругий механизм проявляется при поляризации неполярных диэлектриков, молекулы которых не обладают в отсутствие внешнего поля дипольным моментом. Под действием электрического поля молекулы неполярных диэлектриков деформируются – положительные заряды смещаются в направлении вектора E→0, а отрицательные – в противоположном направлении. В результате каждая молекула превращается в электрический диполь, ось которого направлена вдоль внешнего поля. На поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные связанные заряды, создающие свое поле E→’, направленное навстречу внешнему полю E→0. Так происходит поляризация неполярного диэлектрика (рис. 1.5.4).

Деформация неполярных молекул под действием внешнего электрического поля не зависит от их теплового движения, поэтому поляризация неполярного диэлектрика не зависит от температуры. Примером неполярной молекулы может служить молекула метана CH

4. У этой молекулы четырехкратно ионизированный ион углерода C4– располагается в центре правильной пирамиды, в вершинах которой находятся ионы водорода H+. При наложении внешнего электрического поля ион углерода смещается из центра пирамиды, и у молекулы возникает дипольный момент, пропорциональный внешнему полю.

Поляризация неполярного диэлектрика

Электрическое поле E→’ связанных зарядов, возникающее при поляризации полярных и неполярных диэлектриков, изменяется по модулю прямо пропорционально модулю внешнего поля E→0. В очень сильных электрических полях эта закономерность может нарушаться, и тогда проявляются различные нелинейные эффекты. В случае полярных диэлектриков в сильных полях может наблюдаться эффект насыщения, когда все молекулярные диполи выстраиваются вдоль силовых линий. В случае неполярных диэлектриков сильное внешнее поле, сравнимое по модулю с внутриатомным полем, может существенно деформировать атомы или молекулы вещества и изменить их электрические свойства. Однако, эти явления практически никогда не наблюдаются, так как для этого нужны поля с напряженностью порядка

1010–1012 В/м.
Между тем, гораздо раньше наступает электрический пробой диэлектрика.

У многих неполярных молекул при поляризации деформируются электронные оболочки, поэтому этот механизм получил название электронной поляризации. Этот механизм является универсальным, поскольку деформация электронных оболочек под действием внешнего поля происходит в атомах, молекулах и ионах любого диэлектрика.

В случае твердых кристаллических диэлектриков наблюдается так называемая ионная поляризация, при которой ионы разных знаков, составляющие кристаллическую решетку, при наложении внешнего поля смещаются в противоположных направлениях, вследствие чего на гранях кристалла появляются связанные (нескомпенсированные) заряды. Примером такого механизма может служить поляризация кристалла NaCl, в котором ионы Na

+ и Cl составляют две подрешетки, вложенные друг в друга. В отсутствие внешнего поля каждая элементарная ячейка кристалла NaCl (см. Часть I § 3.6 ) электронейтральна и не обладает дипольным моментом. Во внешнем электрическом поле обе подрешетки смещаются в противоположных направлениях, т. е. кристалл поляризуется.

При поляризации неоднородного диэлектрика связанные заряды могут возникать не только на поверхностях, но и в объеме диэлектрика. В этом случае электрическое поле E→’ связанных зарядов и полное поле E→ могут иметь сложную структуру, зависящую от геометрии диэлектрика. Утверждение о том, что электрическое поле E→ в диэлектрике в ε раз меньше по модулю по сравнению с внешним полем E→0 строго справедливо только в случае однородного диэлектрика, заполняющего все пространство, в котором создано внешнее поле. В частности:

Если в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε находится точечный заряд Q, то напряженность поля E→, создаваемого этим зарядом в некоторой точке, и потенциал φ в ε раз меньше, чем в вакууме: E→=14πε0ċQεr3r→,        φ=14πε0Qεr.

Проводники в электростатическом поле | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электростатика

Проводниками называются тела, в ко­торых есть свободные носители заряда. Про­ще говоря, это тела (твердые, жидкости или га­зы), в которых имеются заряженные частицы, способные двигаться внутри тела под действи­ем приложенной силы (со стороны электриче­ского поля). Под проводниками в основном понимают металлы, которые замечательны тем, что в них имеются свобод­ные электроны.

Неплохим проводником является вода с рас­творенными в ней ионными молекулами, ко­торые в воде легко диссоциируют на ионы. По этой причине наше тело — проводник, с чем связана опасность слишком тесного контакта с электричеством.

В статическом случае (при отсутствии тока) напряженность поля внутри проводника равна нулю. Свободные заряды перераспределяются в проводнике до тех пор (причем очень быстро), пока внутри его напряженность поля и сила, действующая на заряды внутри его, не станут равны нулю. Вследствие этого потенциал во всех точках проводника одинаков, а его поверхность эквипотенциальна.

Поле между двумя заряженными плоскими проводниками, один из которых имеет острый выступ. Напряженность поля у острия значительно больше. Именно поэтому молния часто попадает в возвышающиеся над горизонтальной поверхностью объекты

Последнее означает, что силовые линии поля вне про­водника подходят к нему по нормали к поверхности. Материал с сайта http://worldofschool.ru

То обстоятельство, что поверхность проводника в ста­тическом случае является эквипотенциальной, позво­ляет судить о конфигурации поля в окрестности про­водника. На рисунке изображено поле между двумя плоскими проводниками, один из которых имеет ост­рый выступ. Здесь представлены эквипотенциальные по­верхности, которые плавно переходят одна в другую, и ор­тогональные им силовые линии. Сгущение силовых линий у острия свидетельствует об увеличении там напряженно­сти поля.

Тела, в которых отсутствуют свободные носители зарядов, называются диэлектриками. Диэлектрики состоят из ней­тральных молекул.

На этой странице материал по темам:
  • Проводники в электростатическом поле краткий конспект

  • Реферат электромагнитные явления

  • Электростатическое поле проводника кратко

  • Конспект по физике

  • Поведение проводника в электростатическом поле рисунок

Проводник в электрическом поле

Проводниками называют тела, по которым электрические заряды перемещаются свободно. К ним, в первую очередь, относятся металлы. Хорошая проводимость металлов объясняется существованием в них свободных электронов, которые движутся между положительно заряженными ионами решетки.

Положительные ионы не участвуют в переносе заряда.

Электронная природа носителей тока в металлах объясняется следующим образом. Кристаллическая решетка металла состоит из положительно заряженных ионов, расположенных в узлах решетки, и электронов, свободно движутся между узлами. Свободные электроны не валентные электроны атомов металла, которые оставили «своих» атомы. Они осуществляют хаотическое движение по кристаллу, «не помня», которому атома они принадлежали. их называют электронным газом. Свободные электроны участвуют в тепловом движении и способны перемещаться под действием электрического поля.

Внутри проводника, помещенного во внешнее электрическое поле, электростатическое поле отсутствует. Объясняется это тем, что под действием внешнего поля свободные электроны, перемещаясь в направлении, противоположном внешнему полю ?, распределяются по поверхности проводника. Вследствие этого одна часть проводника заряжается отрицательно, противоположная положительно. Разделенные заряды создают внутреннее поле E, которое компенсирует внешнее поле Е так, что суммарное поле внутри проводника равна нулю (рис. 8). На этом основывается электростатическая защита. Чтобы защитить приборы от воздействия электрического поля, их помешивают в металлический ящик. Таким распределением заряда объясняется электростатическая индукция. Если пластину металла разрезать по линии MN, обе половинки окажутся заряженными (рис. 8).

Линии напряженности электрического поля вне проводником всегда перпендикулярны поверхности проводника. В противном случае наличие составляющей поля, параллельной поверхности, приводила бы к постоянному перемещению зарядов (электрического тока).

Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Иначе внутри проводника существовало электрическое поле, не соответствует действительности. Это касается как заряженных, так и незаряженных проводников, расположенных в электрическом поле.


Физики выяснили, как «изоляторо-проводник» перестает проводить ток — Наука

ТАСС, 18 мая. Японские физики-экспериментаторы выяснили, как устроен дисульфид тантала – вещество, которое может одновременно быть и проводником, и изолятором. Кроме того, они выяснили, что внутри него может существовать экзотическая форма материи. Описание их работы опубликовал научный журнал Nature Communications.

«Природа изолирующего состояния дисульфида тантала была загадкой на протяжении многих лет. Нам было очень интересно открыть, что этот феномен связан с так называемым эффектом Мотта, а не только с чередованием слоев атомов. Этот интерес обусловлен тем, что подобные состояния можно использовать для того, чтобы создать экзотическую форму материи – квантовую спиновую жидкость», – рассказал один из авторов исследования, физик из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) Кристофер Батлер.

Как правило, металлы и похожие на них соединения и материалы хорошо проводят ток. Это связано с тем, что внутри них есть множество свободных электронов. Эти частицы могут «путешествовать» по толще металла, сталкиваться друг с другом и обмениваться энергией.

В 1937 году ученые обнаружили, что это не всегда бывает так. Они выяснили, что предположительно металлический материал, оксид никеля, проявляет сильные изолирующие свойства. Теоретическое объяснение этому феномену предложил британский физик Нэвилл Мотт: он связал это явление с тем, как протекают взаимодействия электронов друг с другом и с соседними атомами.

Если речь идет об обычных металлах, то эти взаимодействия обычно бывают относительно слабыми, что позволяет носителям отрицательного заряда участвовать в движении электрического тока. В оксиде никеля и других «неправильных» металлических материалах, которые ученые сейчас называют изоляторами Мотта, эти частицы ведут себя иначе.

Особая структура этих материалов заставляет электроны объединяться в обособленные группы, которые отталкивают другие носители заряда и мешают им двигаться. Многие подобные вещества можно превратить в проводник, нагрев их или обработав мощным магнитом, а также проделать обратную операцию.

Новое поле для создания сверхпроводников

Ученые, как отмечает Батлер, уже много лет спорят о том, относится ли дисульфид тантала, еще один «изоляторо-проводник», к числу изоляторов Мотта. Эти споры связаны с тем, что атомы внутри кристаллов этого вещества уложены таким образом, что изолирующий эффект должен возникать благодаря их слоям, без учета взаимодействий между электронами.

Батлер и его коллеги доказали, что это не так, а также нашли признаки того, что прошлые представления о поведении изоляторов Мотта и похожих на них веществ могут быть в корне неверными. К такому выводу ученых подтолкнуло изучение атомной структуры и распределения электронов внутри кристаллов дисульфида тантала.

Для этого ученые вырастили несколько фрагментов этого материала и исследовали их с помощью микроскопа, который может «видеть» скопления положительных и отрицательных зарядов в толще разных материалов, а также различать разные типы «упаковки» атомов внутри кристаллов.

С одной стороны, эти замеры подтвердили, что атомы серы и тантала действительно были объединены в слои, которые были расположены относительно друг друга так, как это предсказывают теоретики, сомневающиеся в том, внутри кристаллов дисульфида тантала может проявляться эффект Мотта.

С другой стороны, наблюдая за распределением электронов внутри них,ученые обнаружили, что отрицательно заряженные частицы были сосредоточены внутри слоев таким образом, что это нельзя было объяснить без сильных взаимодействий между электронами. Соответственно, все это говорит о том, что дисульфид тантала все же относится к числу Моттовских изоляторов, однако этот эффект в его кристаллах работает совсем не так, как это представляли себе теоретики.

В частности, ученые предполагают, что внутри этого материала может существовать экзотическая форма материи, так называемая квантовая спиновая жидкость. Ее изучение может проложить дорогу для создания сверхпроводников, которые сохраняют свои свойства при комнатных температурах и давлениях, заключают физики.

Урок по физике в 10 классе по теме «Проводники и диэлектрики в электрическом поле»

Физика. 10 класс.

» Проводники и диэлектрики и в электрическом поле»

Шкляева Надежда Викторовна , 

учитель физики высшей категории

МБОУ СОШ №1 г. Воткинска УР

Цели урока:

Образовательная: 

-формирование представления о проводниках и диэлектриках;

— ознакомление учащихся со строением проводников и диэлектриков и их

поведением в электростатическом поле;

— демонстрация тесной связи теории с практикой.

Развивающая: 

-развитие познавательной активности, образного мышления, умений выделять главное, сравнивать, анализировать, делать выводы.

Воспитательная: воспитание чувства ответственности и готовности к сотрудничеству; приобретение навыков общения и самоорганизации; способствовать формированию научного мировоззрения..

Оборудование: персональный компьютер у каждого учащегося с программой интерактивной доски, персональный компьютер учителя, мультимедийный проектор, экран,

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, практический.

Учебник:, Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Физика 10 класса, 2008г

План урока

Этапы урока

Время, мин

Приемы и

методы

Деятельность учителя

Деятельность

учащихся

1. Организац

ионный момент,

1-2 мин

Фронтальная беседа

вопросы

Отвечают на вопросы

2. Актуализация знаний.

 3-4 мин

Работа на компьютере

Доска Стр1

Разделите имеющиеся вещества на 2 группы

Необходимо разделить на проводники и диэлектрики

3. Изучение нового материала.

20-25 мин

Работа на компьютере

   

5. Домашнее задание

2-3 мин

Сообщение учителя

   

Подведение итога урока.

2-3 мин

Выделение главного.

   


 


 


 

ХОД УРОКА

1.Организационный момент:

Добрый день! Рада вас видеть на уроке. Кто отсутствует? По какой причине? А когда люди больше болеют? Зимой или летом? Порассуждаем.

2.Объявление темы урока: 

1. Откройте компьютеры, стр.1. Разделите предложенные вещества на 2 группы. (Предполагается деление на «проводники и непроводники электричества». Дайте название группам. Запишите в тетрадях тему урока: » Проводники и диэлектрики и в электрическом поле»

Стр1


 

2.Кто понимает, чем отличаются проводники от диэлектриков?

-В проводниках есть свободные носители зарядов, в диэлектриках нет.

Как те и другие поведут себя в электрическом поле?

Человек – это проводник или диэлектрик?


 


 

3.Изучение нового материала

1.Откройте стр. 2. Изображен проводник. Красные кружки –электроны, синие – положительные ионы.

Поместим проводник во внешнее однородное электрическое поле, созданное двумя параллельными пластинами.

Поставим знаки зарядов на пластинах.

Изобразим графически электрическое поле.

Что произойдет с электронами?

Убегут к положительной пластине.

В проводнике появляется свое поле, направленное противоположно внешнему.

Поля скомпенсировали друг друга. Результирующее поле внутри проводника равно 0.


 

Стр2


 

2.Делаем 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 защитаЕсли какой-либо прибор необходимо защитить от внешних электрических полей, то его помещают в проводящую оболочку

Этот вывод наглядно продемонстрировал английский физик Майкл Фарадей. Он провёл следующий опыт. Оклеил большую деревянную клетку листами станиоля (оловянной бумагой) и изолировал её от Земли. При помощи электрической машины Фарадей очень сильно зарядил клетку, а сам поместился в неё с чувствительным электроскопом. При этом электроскоп не показывал никакого отклонения.


 


 


 

3. Можно провести подобный опыт.

Возьмём электрометр, на стержне которого укреплена малая сфера, и поднесём к нему положительно заряженную стеклянную пластину. Под действием поля пластины стрелка электрометра отклонится от стержня. Накроем теперь сферу калориметром и так же поднесём заряженную пластину. Стрелка отклоняться не будет. Калориметр оказывает экранирующее действие. Внутри него электрического поля нет.

4. Демонстрация опыта с электростатической сеткой.


 

5.Диэлектрики — это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, т.е. таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объему тела. Поэтому диэлектрики не могут проводить электрический ток.

По внутреннему строению диэлектрики разделяются на полярные и неполярные 

стр 3


 


 

6. Чтобы разобраться, почему в диэлектрике нет свободных зарядов, рассмотрим его строение на примере типичного диэлектрика — поваренной соли.

Мы уже видели, что у натрия во внешней оболочке один валентный электрон, слабо связанный с атомом. Посмотрим, сколько валентных электронов у хлора.

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.

Диэлектрики же, состоящие из таких диполей, называют полярными.
К полярным диэлектрикам относятся поваренная соль, спирты, вода и др.


 

7. Есть ещё другие диэлектрики, их называют неполярными. У этих 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.

8. Поместим диэлектрик в электростатическое поле,

Стр4


 

на каждый диполь будет действовать пара сил. Под действием этих сил диполи начнут разворачиваться отрицательными полюсами влево, а положительными вправо. При этом с левой стороны окажется больше положительных полюсов диполей, а справа — отрицательных.

9.Вывод: Внутри диэлектрика возникнет своё, внутреннее поле, направленное против внешнего. Тепловое движение молекул не даёт им выстроиться ровно вдоль силовых линий, поэтому внутреннее поле будет меньше внешнего. Следовательно, общее поле внутри диэлектрика будет меньше внешнего

10.Убедимся в этом на опыте. Возьмём электрометр с металлическим диском и зарядим его положительно. Поднесём к диску лист пластика, стрелка электрометра приблизилась к стержню. Значит, диэлектрик ослабляет поле диска.

11.Для того чтобы описать, как сильно ослабляет диэлектрик электрическое поле, вводят величину, которую называют диэлектрической проницаемостью.

Если обозначить Евнеш — напряжённость электрического поля в вакууме;

Е вещ.- напряжённость электрического поля в диэлектрике;

ε- диэлектрическая проницаемость среды, то получим формулу


 

стр 5 вода ослабляет внешнее поле в 81 раз


 

12.Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, что приводит к ослаблению внешнего поля.

13.Выдержки из реферата «Физика мозга»

14. Назовите источники электрических полей.

Земля, компьютеры и другая техника, грозовые тучи, линии электропередач…

15.В школе была проведена большая проверка санэпиднадзора, в результате было выявлено, что вся оргтехника на предмет электростатических полей соответствует санитарным нормативам. Но существуют нормы использования компьютера на уроке. Для старшеклассников это 20 минут. Выключаем компьютер.

16.Источником сильного электрического поля является земля.


 

Согласно новейшим исследованиям, земной шар заряжен отрицательно, то есть избыточным количеством свободных электрозарядов, около 6*105 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.

Стр7


При ясном небе на расстоянии метра от земли разность потенциалов достигает примерно 125 В.

17. 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.

Стр6

 

18. 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.

Как избавиться от всего этого?

19.Работа со отрывками из статей

Как избавиться от лишнего положительного электричества?

 

20.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.

Всегда возникает множество «почему?» при объяснении природных явлений.

4. Рефлексия.21.Какие вопросы возникли у вас? Запишите их.Озвучьте их

5. Домашнее задание:

1. прочитать параграф о проводниках и диэлектриках в электрическом поле

2. прочитать статью: В. Д. Дудышев. «Природные явления планеты

– причины и следствия» и написать эссэ

3. внести изменения в формулы силы, напряженности, потенциала

для поля в веществе

4. ответить на поставленные вопросы

Именно электрическое поле земли создает все природные аномалии считает Валерий Дмитриевич Дудышев. Стоит прочесть его статьи об околоземном электричестве. «Природные явления планеты – причины и следствия».

Стр 8

Почему и как в туче происходит разделение зарядов?

Как изменяется величина и направление напряженности поля при грозе?

Какова причина молнии?

Как уберечься от сильнейшего электрического поля молнии?

Почему нельзя пользоваться огородом, если он находится вблизи высоковольтной линии электропередачи?


 


 

Записи в тетради.


 

Проводники в электрическом поле

Диэлектрики в электрическом поле

1. Есть свободные электроны

 1.Нет свободных носителей зарядов.

 

2.электроны собираются на поверхности проводника

2. В электрическом поле молекулы и атомы поворачиваются так, что с одной стороны в диэлектрике появляется избыточный положительный заряд, а с другой — отрицательный

3. Внутри проводника электрического поля нет

3. Электрическое поле внутри проводника ослабевает в ε раз.

4. Проводник можно разделить на 2 части в электрическом поле, и каждая часть будет заряженной разными знаками.

4. Диэлектрик можно разделить на 2 части в электрическом поле, но каждая из них будет незаряженной


 

Урок физики по теме «Нагревание проводников электрическим током». 8-й класс

Тип урока: изучение нового материала (урок комбинированный).

Цели урока:

I. Образовательные создать условия для:

  • ознакомления с законом Джоуля-Ленца;
  • выведения формулы и зависимость физических величин этого закона;
  • научиться применять закон Джоуля-Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира;
  • применять знания и умения к решению физических задач.

II. Воспитательные:

  • продолжить формирование познавательного интереса обучающихся;
  • продолжить формирование стремления к глубокому освоению теоретических знаний через решение задач;

III. Развивающие:

  • научиться применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения задач;
  • для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза;
  • продолжить формирование умения рационально решать качественные и расчетные задачи.

Оборудование: компьютер, проектор, экран.

Приборы: источники тока, реостаты, соединительные провода, ключи, лампочки, амперметры, вольтметры, (утюг, фен, эл. чайник, плойка для завивки волос, кипятильник, паяльник).

Методы: работа в парах, фронтальная беседа.

Ход урока

1) Изучение нового материала

На столе стоит вкл. лампочка (ребята попробуйте объяснить): почему лампочка горит?

Почему это происходит?

Основная часть лампы — спираль из тонкой вольфрамовой проволоки, она нагревается до 3000 0С, при такой температуре достигает белого коленья и светится ярким светом.

Молодцы….

Попытаемся сформулировать тему урока….

Итак, мы имеем дело с тепловым действием тока, следовательно, тема сегодняшнего урока “Нагревание проводников электрическим током”.

Какую цель сегодня на уроке мы должны достигнуть?

Цель урока:

  • ознакомления с законом Джоуля-Ленца;
  • выведения формулы и зависимость физических величин этого закона;
  • научиться применять закон Джоуля-Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира;
  • применять знания и умения к решению физических задач.

Подготовка к восприятию.

Вспомним изученный ранее материал:

  1. Что такое электрический ток в металлах? (Упорядоченное движение свободных электронов)
  2. Что такое сила тока? (Это отношение эл. заряда, прошедшего ч\з поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения)
  3. Что такое электрическое напряжение? (Работа, совершаемая эл. полем при перемещении положительного заряда из одной точки в другую)
  4. Сформулируйте закон Ома?
  5. Что такое электрическое сопротивление?
  6. Чему равна работа эл тока на участке цепи?
  7. Обратимся к опыту:

    Никелиновая проволока, которая при нагревании прогибается и становится красной.

    Что вы наблюдаете?

    Электрический ток нагревает проводник?

    2) Объяснение нового материала.

    Сегодня на уроке мы должны решить, на основе физических явлений и законов, следующую проблему. Почему нагревается проводник?

    Это объясняется тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием эл. поля, взаимодействуют с ионами, передают им свою энергию, заставляя их колебаться. Ек ионов увеличивается, следовательно, увеличивается внутренняя энергия проводника, следовательно, проводник нагревается.

    То же самое происходит в растворе медного купороса.

    В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, путем теплопередачи. Q = A

    Теперь необходимо вывести закон Джоуля-Ленца.

    Работа в группах:

    Первый ряд – теоретики.
    Второй ряд — практики.
    Третий – исследователи.

    Задание для 1 ряда: (теоретики).

    Вывод формулы Q = A на листах А3

    Мы знаем формулу для работы A=IUt. В неподвижном проводнике вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т.е. на то, чтобы увеличивалась внутренняя энергия, следовательно, Q=A=UIt. Из закона Ома для участка цепи следует U=IR, тогда вывод: Q=I2Rt

    Задание для 2ряда: (практики).

    На столах собрана электрическая цепь из источника тока, реостата, лампочки, ключа и соединительных проводов. Для измерения силы тока и напряжения на лампе используем амперметр и вольтметр.

    Снять показания вольтметра и амперметра, по формуле рассчитать Q=A=UIt, за 5с. Затем увеличить сопротивление, снять показания силы тока, по формуле рассчитать Q=A=UIt, за тоже время.

    Сделать вывод: Чем больше сопротивление в цепи, тем больше выделяется количество теплоты.

    Задание для 3 ряда: (исследователи)

    Карточки с заданием: эл. цепь, состоящая из нескольких последовательно соединенных проводников различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая).

    По формуле Q=I2Rt, если R = ?l /S, сделать вывод как нагреваются проводники, если длина проводника l и площадь поперечного сечения S одинаковы. Вывод: чем больше удельное сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается.

    Как определить степень нагревания в зависимости от ??

    Вещество

    Удельное сопротивление

    Нагревание проводников

    медь

    0,017

    слабое

    сталь

    0,1

    среднее

    никелин

    0,42

    сильное

    На доске вывешиваются на листах А3 и с помощью магнитоввыводы каждых групп.

    Выводы:

    1. Q=I2Rt
    2. Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.
    3. Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводников, тем больше он нагревается.

    К этому же выводу пришли, независимо друг от друга, английский ученый Джоуль Джеймс Пресскот и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Поэтому закон называется Закон Джоуля-Ленца.

    Устали? Давайте проведем физминутку.

    Ребята встаньте возле своих парт, давайте потрем ладошки. Что мы чувствуем? Почему они нагреваются? (Ребята рассуждают)

    3) Закрепление изученного материала.

    Ребята работают по карточке, решение задачи с применением закона Джоуля – Ленца:

    Определите количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 20 Ом, за время 3 мин. Сила тока в проводнике 5А.

    Ребята, скажите, а где используют явление нагревание проводника эл. током, в жизни. В каких бытовых приборах?

    На столе стоят: (утюг, фен, эл. чайник, плойка для завивки волос, кипятильник, паяльник).

    Самым важным применением теплового действия тока является электрическое освещение.

    Подведение итогов урока:

    Вернемся к началу урока. Рефлексия.

    Д/з: §53, ответы на вопросы устно, выучить определения, №1413,1418,1419* (Л).

    Спасибо за урок!

    Мне очень понравилось, как вы сегодня работали.

    Перечень используемых на уроке ЭОР:

    Название ресурса

    Тип, вид ресурса

    Форма предъявления информации (иллюстрация, презентация, видеофрагменты, тест, модель и т.д.)

    Гиперссылка на ресурс, обеспечивающий доступ к ЭОР

    1

    Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца

    (N 206058)

    Информационный ресурс

    Интерактивное задание.
    Интерактивная модель. Иллюстрация.

    http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba076-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_20.swf

    2

    Закон Джоуля–Ленца в задачах

    Контрольный ресурс

    Интерактивная задача.

    http://www.fcior.edu.ru/card/6894/zakon-dzhoulya-lenca-v-zadachah.html

    18.2 Проводники и изоляторы – College Physics

    Резюме

    • Дайте определение проводника и изолятора, объясните разницу и приведите примеры каждого из них.
    • Опишите три способа зарядки объекта.
    • Объясните, что происходит с электрической силой по мере удаления от источника.
    • Определение поляризации.
    Рисунок 1. В этом адаптере питания используются металлические провода и разъемы для передачи электричества от настенной розетки к портативному компьютеру.Проводящие провода позволяют электронам свободно перемещаться по кабелям, экранированным резиной и пластиком. Эти материалы действуют как изоляторы, которые не позволяют электрическому заряду выходить наружу. (Фото: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

    Некоторые вещества, такие как металлы и соленая вода, позволяют зарядам проходить сквозь них относительно легко. Некоторые электроны в металлах и подобных проводниках не связаны с отдельными атомами или участками материала. Эти свободных электронов могут двигаться через материал так же, как воздух движется через рыхлый песок.Любое вещество, имеющее свободные электроны и позволяющее относительно свободно перемещаться по нему заряду, называется проводником . Движущиеся электроны могут сталкиваться с неподвижными атомами и молекулами, теряя часть энергии, но они могут двигаться в проводнике. Сверхпроводники позволяют перемещать заряд без потери энергии. Соленая вода и другие подобные проводящие материалы содержат свободные ионы, которые могут проходить сквозь них. Ион — это атом или молекула, имеющие положительный или отрицательный (ненулевой) общий заряд.{23}} $ раз медленнее, чем в проводниках. Например, чистая вода и сухая поваренная соль являются изоляторами, тогда как расплавленная соль и соленая вода являются проводниками.

    Рис. 2. Электроскоп — излюбленный инструмент на демонстрациях физики и в студенческих лабораториях. Обычно он состоит из листьев из золотой фольги, подвешенных к (проводящему) металлическому стержню, и изолирован от комнатного воздуха в контейнере со стеклянными стенками. (а) Положительно заряженную стеклянную палочку подносят к кончику электроскопа, притягивая электроны к вершине и оставляя положительный заряд на листьях.Словно заряды на свету отталкиваются гибкие золотые листья, разделяя их. (b) Когда стержень касается шарика, электроны притягиваются и передаются, уменьшая суммарный заряд стеклянного стержня, но оставляя электроскоп положительно заряженным. (c) Избыточные заряды равномерно распределяются в ножке и лепестках электроскопа после удаления стеклянной палочки.

    На рис. 2 показан электроскоп, который заряжается при прикосновении к нему положительно заряженной стеклянной палочкой. Поскольку стеклянный стержень является изолятором, он должен фактически касаться электроскопа, чтобы передавать на него или от него заряд.(Обратите внимание, что дополнительные положительные заряды остаются на поверхности стеклянной палочки в результате натирания ее шелком перед началом эксперимента.) Поскольку в металлах движутся только электроны, мы видим, что они притягиваются к верхней части электроскопа. Там некоторые переносятся на положительный стержень на ощупь, оставляя электроскоп с чистым положительным зарядом.

    Электростатическое отталкивание в листьях заряженного электроскопа разделяет их. Электростатическая сила имеет горизонтальную составляющую, которая приводит к раздвижению листьев, а также вертикальную составляющую, которая уравновешивается гравитационной силой.Точно так же электроскоп может быть заряжен отрицательно при контакте с отрицательно заряженным объектом.

    Нет необходимости передавать избыточный заряд непосредственно объекту, чтобы зарядить его. На рис. 3 показан метод индукции , при котором заряд создается в близлежащем объекте без прямого контакта. Здесь мы видим две нейтральные металлические сферы, соприкасающиеся друг с другом, но изолированные от остального мира. Положительно заряженный стержень подносят к одному из них, притягивая отрицательный заряд к этой стороне, оставляя другой шар положительно заряженным.

    Это пример наведенной поляризации нейтральных объектов. Поляризация — это разделение зарядов в объекте, который остается нейтральным. Если сферы теперь разделены (до того, как стержень будет оторван), каждая сфера будет иметь суммарный заряд. Обратите внимание, что объект, ближайший к заряженному стержню, получает противоположный заряд при индукционной зарядке. Обратите также внимание на то, что с заряженного стержня не снимается заряд, так что этот процесс можно повторить, не истощая запас избыточного заряда.

    Другой метод индукционной зарядки показан на рис. 4. Нейтральный металлический шар поляризуется, когда к нему подносят заряженный стержень. Затем сфера заземляется, а это означает, что проводящий провод проходит от сферы к земле. Поскольку земля большая и большая часть земли является хорошим проводником, она может легко подавать или принимать избыточный заряд. В этом случае электроны притягиваются к сфере через провод, называемый заземляющим проводом, потому что он обеспечивает проводящий путь к земле.Заземление разрывается до того, как заряженный стержень удаляется, в результате чего остается сфера с избыточным зарядом, противоположным заряду стержня. Опять же, противоположный заряд достигается при зарядке индукцией, и заряженный стержень не теряет своего избыточного заряда.

    Рис. 3. Индукционная зарядка. (а) Два незаряженных или нейтральных металлических шара соприкасаются друг с другом, но изолированы от остального мира. (b) Положительно заряженную стеклянную палочку подносят к сфере слева, притягивая к себе отрицательный заряд и оставляя другую сферу положительно заряженной.(c) Сферы разделяются до того, как стержень удаляется, тем самым разделяя отрицательный и положительный заряды. (d) Сферы сохраняют суммарные заряды после удаления индуцирующего стержня, даже если к ним не прикасался заряженный объект. Рис. 4. Индукционная зарядка с использованием заземления. а) К нейтральному металлическому шару подносят положительно заряженный стержень, который поляризует его. (b) Сфера заземлена, что позволяет электронам притягиваться из достаточного количества земли. (c) Нарушено соединение с землей.(d) Положительный стержень удаляется, оставляя сферу с индуцированным отрицательным зарядом. Рисунок 5. Как положительные, так и отрицательные объекты притягивают нейтральный объект, поляризуя его молекулы. а) Положительный объект, поднесенный к нейтральному изолятору, поляризует его молекулы. Происходит небольшой сдвиг в распределении электронов, вращающихся вокруг молекулы, при этом разноименные заряды приближаются, а одноименные отдаляются. Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, возникает чистое притяжение.(b) Отрицательный объект создает противоположную поляризацию, но снова притягивает нейтральный объект. (c) Тот же эффект имеет место для проводника; поскольку разноименные заряды ближе, возникает чистое притяжение.

    Нейтральные объекты могут притягиваться к любому заряженному объекту. Например, кусочки соломы, притянутые к полированному янтарю, нейтральны. Если провести пластиковой расческой по волосам, заряженная расческа может собрать нейтральные кусочки бумаги. На рис. 5 показано, как поляризация атомов и молекул в нейтральных объектах приводит к их притяжению к заряженному объекту.

    Когда заряженный стержень приближается к нейтральному веществу, в данном случае к изолятору, распределение заряда в атомах и молекулах немного смещается. Противоположный заряд притягивается к внешнему заряженному стержню, а одноименный отталкивается. Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, отталкивание одноименных зарядов слабее, чем притяжение разноименных зарядов, и поэтому возникает чистое притяжение. Таким образом, положительно заряженная стеклянная палочка притягивает нейтральные кусочки бумаги, как и отрицательно заряженная резиновая палочка.Некоторые молекулы, например вода, являются полярными молекулами. Полярные молекулы имеют естественное или врожденное разделение зарядов, хотя в целом они нейтральны. Полярные молекулы особенно подвержены влиянию других заряженных объектов и проявляют более сильные поляризационные эффекты, чем молекулы с естественным однородным распределением заряда.

    Проверьте свое понимание

    Можете ли вы объяснить притяжение воды к заряженному стержню на рисунке ниже?

    Рисунок 6.

    Исследования PhET: Джон Траволтадж

    Запускайте искры вместе с Джоном Траволтажем.Пошевелите ногой Джонни, и он подберет заряды с ковра. Поднесите руку к дверной ручке и избавьтесь от лишнего заряда.

    Рисунок 7. Джон Траволтадж
    • Поляризация — это разделение положительных и отрицательных зарядов в нейтральном объекте.
    • Проводник — это вещество, которое позволяет заряду свободно течь через свою атомную структуру.
    • Диэлектрик удерживает заряд внутри своей атомной структуры.
    • Объекты с одинаковыми зарядами отталкиваются друг от друга, а объекты с разными зарядами притягиваются.
    • Токопроводящий объект считается заземленным, если он соединен с Землей через проводник. Заземление позволяет передавать заряд в большой земной резервуар и обратно.
    • Объекты могут быть заряжены при контакте с другим заряженным объектом и получить такой же знак заряда.
    • Если объект временно заземлен, он может быть заряжен индукцией и получит заряд противоположного знака.
    • Положительные и отрицательные заряды поляризованных объектов сосредоточены в разных областях, что придает им несимметричный заряд.
    • Полярным молекулам присуще разделение зарядов.

    Концептуальные вопросы

    1: Эксцентричный изобретатель пытается левитировать, сначала поместив на себя большой отрицательный заряд, а затем поместив большой положительный заряд на потолок своей мастерской. Вместо этого, при попытке наложить на себя большой отрицательный заряд, с него слетает одежда. Объяснять.

    2: Если вы зарядили электроскоп при контакте с положительно заряженным объектом, опишите, как вы могли бы использовать его для определения заряда других объектов.В частности, что сделали бы листочки электроскопа, если бы к его ручке поднесли другие заряженные предметы?

    3: Когда стеклянный стержень трется о шелк, он становится положительным, а шелк отрицательным, но оба они притягивают пыль. Есть ли у пыли третий тип заряда, который притягивается как к положительному, так и к отрицательному? Объяснять.

    4: Почему автомобиль всегда притягивает пыль сразу после полировки? (Обратите внимание, что автомобильный воск и автомобильные шины являются изоляторами.)

    5: Опишите, как можно использовать положительно заряженный объект, чтобы придать другому объекту отрицательный заряд.{16}}$ протонов и чистый заряд 0,300 пКл. а) На сколько электронов меньше, чем протонов? б) Если вы соедините их в пары, какая часть протонов не будет иметь электронов?

    3: Медный шарик весом 50,0 г имеет чистый заряд $латекса \boldsymbol{2,00 \;\mu \textbf{C}}$. Какая часть электронов меди была удалена? (Каждый атом меди имеет 29 протонов, а атомная масса меди равна 63,5.{12}} $ его атомов? (Сера имеет атомную массу 32.1.)

    5: Сколько кулонов положительного заряда содержится в 4,00 кг плутония, если его атомная масса равна 244 и каждый атом плутония имеет 94 протона?

     

    Глоссарий

    свободный электрон
    электрон, который может свободно уйти со своей атомной орбиты
    проводник
    материал, который позволяет электронам двигаться отдельно от их атомных орбит
    изолятор
    материал, который надежно удерживает электроны на их атомных орбитах
    с заземлением
    , когда проводник подключен к Земле, что позволяет заряду свободно течь в и из неограниченного резервуара Земли
    индукция
    процесс, при котором электрически заряженный объект, поднесенный к нейтральному объекту, создает заряд в этом объекте
    поляризация
    незначительное смещение положительных и отрицательных зарядов к противоположным сторонам атома или молекулы
    электростатическое отталкивание
    явление отталкивания двух объектов с одинаковыми зарядами

    Решения

    Проверьте свое понимание

    Ответить

    Молекулы воды поляризуются, придавая им слегка положительные и слегка отрицательные стороны.8 \;\textbf{C}}$

     

    18.2: Проводники и изоляторы — Физика LibreTexts

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Дайте определение проводника и изолятора, объясните разницу и приведите примеры каждого из них.
    • Опишите три способа зарядки объекта.
    • Объясните, что происходит с электрической силой по мере удаления от источника.
    • Определение поляризации.

    Некоторые вещества, такие как металлы и соленая вода, позволяют зарядам проходить сквозь них относительно легко. Некоторые электроны в металлах и подобных проводниках не связаны с отдельными атомами или участками материала. Эти свободных электронов могут двигаться через материал так же, как воздух движется через рыхлый песок. Любое вещество, имеющее свободные электроны и позволяющее относительно свободно перемещаться по нему заряду, называется проводником . Движущиеся электроны могут сталкиваться с неподвижными атомами и молекулами, теряя часть энергии, но они могут двигаться в проводнике.Сверхпроводники позволяют перемещать заряд без потери энергии. Соленая вода и другие подобные проводящие материалы содержат свободные ионы, которые могут проходить сквозь них. Ион — это атом или молекула, имеющие положительный или отрицательный (ненулевой) общий заряд. Другими словами, общее количество электронов не равно общему количеству протонов.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): В этом адаптере питания используются металлические провода и разъемы для передачи электричества от настенной розетки к портативному компьютеру. Проводящие провода позволяют электронам свободно перемещаться по кабелям, экранированным резиной и пластиком.{23}\) раз медленнее, чем в проводниках. Например, чистая вода и сухая поваренная соль являются изоляторами, тогда как расплавленная соль и соленая вода являются проводниками.

    Зарядка от контакта

    На рисунке \(\PageIndex{2}\) показан электроскоп, который заряжается при прикосновении к нему положительно заряженной стеклянной палочкой. Поскольку стеклянный стержень является изолятором, он должен фактически касаться электроскопа, чтобы передавать на него или от него заряд. (Обратите внимание, что дополнительные положительные заряды остаются на поверхности стеклянной палочки в результате натирания ее шелком перед началом эксперимента.) Поскольку в металлах движутся только электроны, мы видим, что они притягиваются к верхней части электроскопа. Там некоторые переносятся на положительный стержень на ощупь, оставляя электроскоп с чистым положительным зарядом.

    Рисунок \(\PageIndex{2}\): Электроскоп — излюбленный инструмент на демонстрациях физики и в студенческих лабораториях. Обычно он состоит из листьев из золотой фольги, подвешенных к (проводящему) металлическому стержню, и изолирован от комнатного воздуха в контейнере со стеклянными стенками. (а) Положительно заряженную стеклянную палочку подносят к кончику электроскопа, притягивая электроны к вершине и оставляя положительный заряд на листьях.Словно заряды на свету отталкиваются гибкие золотые листья, разделяя их. (b) Когда стержень касается шарика, электроны притягиваются и передаются, уменьшая суммарный заряд стеклянного стержня, но оставляя электроскоп положительно заряженным. (c) Избыточные заряды равномерно распределяются в ножке и лепестках электроскопа после удаления стеклянной палочки.

    Электростатическое отталкивание в створках заряженного электроскопа разделяет их. Электростатическая сила имеет горизонтальную составляющую, которая приводит к раздвижению листьев, а также вертикальную составляющую, которая уравновешивается гравитационной силой.Точно так же электроскоп может быть заряжен отрицательно при контакте с отрицательно заряженным объектом.

    Индукционная зарядка

    Нет необходимости передавать избыточный заряд непосредственно объекту, чтобы зарядить его. На рисунке \(\PageIndex{3}\) показан метод индукции, при котором заряд создается в близлежащем объекте без прямого контакта. Здесь мы видим две нейтральные металлические сферы, соприкасающиеся друг с другом, но изолированные от остального мира. Положительно заряженный стержень подносят к одному из них, притягивая отрицательный заряд к этой стороне, оставляя другой шар положительно заряженным.

    Рисунок \(\PageIndex{3}\): Индукционная зарядка. (а) Два незаряженных или нейтральных металлических шара соприкасаются друг с другом, но изолированы от остального мира. (b) Положительно заряженную стеклянную палочку подносят к сфере слева, притягивая к себе отрицательный заряд и оставляя другую сферу положительно заряженной. (c) Сферы разделяются до того, как стержень удаляется, тем самым разделяя отрицательный и положительный заряды. (d) Сферы сохраняют суммарные заряды после удаления индуцирующего стержня, даже если к ним не прикасался заряженный объект.

    Это пример наведенной поляризации нейтральных объектов. Поляризация — это разделение зарядов в объекте, который остается нейтральным. Если сферы теперь разделены (до того, как стержень будет оторван), каждая сфера будет иметь суммарный заряд. Обратите внимание, что объект, ближайший к заряженному стержню, получает противоположный заряд при индукционной зарядке. Обратите также внимание на то, что с заряженного стержня не снимается заряд, так что этот процесс можно повторить, не истощая запас избыточного заряда.

    Рисунок \(\PageIndex{4}\): Индукционная зарядка с использованием заземления.а) К нейтральному металлическому шару подносят положительно заряженный стержень, который поляризует его. (b) Сфера заземлена, что позволяет электронам притягиваться из достаточного количества земли. (c) Нарушено соединение с землей. (d) Положительный стержень удаляется, оставляя сферу с индуцированным отрицательным зарядом.

    Другой метод индукционной зарядки показан на рисунке \(\PageIndex{4}\). Нейтральный металлический шар поляризуется, когда к нему подносят заряженный стержень. Затем сфера заземляется, а это означает, что проводящий провод проходит от сферы к земле.Поскольку земля большая и большая часть земли является хорошим проводником, она может легко подавать или принимать избыточный заряд. В этом случае электроны притягиваются к сфере через провод, называемый заземляющим проводом, потому что он обеспечивает проводящий путь к земле. Заземление разрывается до того, как заряженный стержень удаляется, в результате чего остается сфера с избыточным зарядом, противоположным заряду стержня. Опять же, противоположный заряд достигается при зарядке индукцией, и заряженный стержень не теряет своего избыточного заряда.

    Нейтральные объекты могут притягиваться к любому заряженному объекту. Например, кусочки соломы, притянутые к полированному янтарю, нейтральны. Если провести пластиковой расческой по волосам, заряженная расческа может собрать нейтральные кусочки бумаги. На рисунке \(\PageIndex{5}\) показано, как поляризация атомов и молекул в нейтральных объектах приводит к их притяжению к заряженному объекту.

    Рисунок \(\PageIndex{5}\): как положительные, так и отрицательные объекты притягивают нейтральный объект, поляризуя его молекулы.а) Положительный объект, поднесенный к нейтральному изолятору, поляризует его молекулы. Происходит небольшой сдвиг в распределении электронов, вращающихся вокруг молекулы, при этом разноименные заряды приближаются, а одноименные отдаляются. Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, возникает чистое притяжение. (b) Отрицательный объект создает противоположную поляризацию, но снова притягивает нейтральный объект. (c) Тот же эффект имеет место для проводника; поскольку разноименные заряды ближе, возникает чистое притяжение.

    Когда заряженный стержень приближается к нейтральному веществу, в данном случае к изолятору, распределение заряда в атомах и молекулах немного смещается. Противоположный заряд притягивается к внешнему заряженному стержню, а одноименный отталкивается. Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, отталкивание одноименных зарядов слабее, чем притяжение разноименных зарядов, и поэтому возникает чистое притяжение. Таким образом, положительно заряженная стеклянная палочка притягивает нейтральные кусочки бумаги, как и отрицательно заряженная резиновая палочка.Некоторые молекулы, например вода, являются полярными молекулами. Полярные молекулы имеют естественное или врожденное разделение зарядов, хотя в целом они нейтральны. Полярные молекулы особенно подвержены влиянию других заряженных объектов и проявляют более сильные поляризационные эффекты, чем молекулы с естественным однородным распределением заряда.

    Проверьте свое понимание

    Можете ли вы объяснить притяжение воды к заряженному стержню на рисунке ниже?

    Рисунок \(\PageIndex{6}\).

    Раствор

    Молекулы воды поляризованы, что придает им слегка положительные и слегка отрицательные стороны.Это делает воду еще более восприимчивой к притяжению заряженного стержня. Когда вода течет вниз, под действием силы тяжести заряженный проводник оказывает суммарное притяжение к противоположным зарядам в потоке воды, притягивая его ближе.

    PHET ИССЛЕДОВАНИЯ: ДЖОН ТРАВОЛТАЖ

    Запускайте искры вместе с Джоном Траволтажем. Пошевелите ногой Джонни, и он подберет заряды с ковра. Поднесите руку к дверной ручке и избавьтесь от лишнего заряда.

    Резюме

    • Поляризация — это разделение положительных и отрицательных зарядов в нейтральном объекте.
    • Проводник — это вещество, которое позволяет заряду свободно течь через свою атомную структуру.
    • Диэлектрик удерживает заряд внутри своей атомной структуры.
    • Объекты с одинаковыми зарядами отталкиваются друг от друга, а объекты с разными зарядами притягиваются.
    • Токопроводящий объект считается заземленным, если он соединен с Землей через проводник. Заземление позволяет передавать заряд в большой земной резервуар и обратно.
    • Объекты могут быть заряжены при контакте с другим заряженным объектом и получить такой же знак заряда.
    • Если объект временно заземлен, он может быть заряжен индукцией и получит заряд противоположного знака.
    • Положительные и отрицательные заряды поляризованных объектов сосредоточены в разных областях, что придает им несимметричный заряд.
    • Полярным молекулам присуще разделение зарядов.

    Глоссарий

    свободный электрон
    электрон, который может свободно уйти со своей атомной орбиты
    проводник
    материал, который позволяет электронам двигаться отдельно от их атомных орбит
    изолятор
    материал, который надежно удерживает электроны на их атомных орбитах
    с заземлением
    , когда проводник подключен к Земле, что позволяет заряду свободно течь в и из неограниченного резервуара Земли
    индукция
    процесс, при котором электрически заряженный объект, поднесенный к нейтральному объекту, создает заряд в этом объекте
    поляризация
    незначительное смещение положительных и отрицательных зарядов к противоположным сторонам атома или молекулы
    электростатическое отталкивание
    явление отталкивания двух объектов с одинаковыми зарядами

    12: Физика проводников и изоляторов

    12: Физика проводников и изоляторов — Workforce LibreTexts Перейти к основному содержанию
    1. Последнее обновление
    2. Сохранить как PDF
    Без заголовков
    • 12.1: 12.1 Введение в проводимость и проводники
      К настоящему времени вы должны хорошо знать взаимосвязь между электропроводностью и определенными типами материалов. Те материалы, которые позволяют легко проходить свободным электронам, называются проводниками, а материалы, препятствующие прохождению свободных электронов, называются изоляторами.
    • 12.2: Размер проводника
      Из здравого смысла следует знать, что жидкости текут по трубам большого диаметра легче, чем по трубам малого диаметра (если вам нужна практическая иллюстрация, попробуйте выпить жидкость через соломинки разного диаметра).Тот же общий принцип справедлив для потока электронов через проводники: чем шире площадь поперечного сечения (толщина) проводника, тем больше места для протекания электронов и, следовательно, тем легче возникает поток (меньше сопротивление). .
    • 12.3: Сила тока проводника
      Чем меньше провод, тем больше сопротивление для любой заданной длины, при прочих равных условиях. Провод с большим сопротивлением будет рассеивать большее количество тепловой энергии при любой заданной силе тока, при этом мощность будет равна P=I2R.Рассеиваемая мощность в сопротивлении проявляется в виде тепла, а избыточное тепло может повредить провод (не говоря уже об объектах рядом с проводом!), особенно учитывая тот факт, что большинство проводов изолированы пластиковым или резиновым покрытием, т.е.
    • 12.4: Предохранители
      Обычно номинальная сила тока проводника является пределом схемы, который никогда нельзя намеренно превышать, но есть приложения, где ожидается превышение силы тока: в случае предохранителей.
    • 12.5: удельное сопротивление
    • 12.6: температурный коэффициент сопротивления Если вы подозревали, что это означает, что удельное сопротивление материала может меняться в зависимости от температуры, вы были правы!
    • 12.7: Сверхпроводимость
      Проводники теряют все свое электрическое сопротивление при охлаждении до сверхнизких температур (близких к абсолютному нулю, около -273o Цельсия).Следует понимать, что сверхпроводимость — это не просто экстраполяция тенденции большинства проводников постепенно терять сопротивление при понижении температуры; скорее, это внезапный квантовый скачок сопротивления от конечного до нуля. Сверхпроводящий материал имеет абсолютно нулевое электрическое сопротивление, а не какую-то небольшую величину. Сверхпроводимость была впервые обнаружена в di
    • 12.8: Напряжение пробоя изолятора
      Атомы в изоляционных материалах имеют очень прочно связанные электроны, очень хорошо сопротивляющиеся свободному потоку электронов.Однако изоляторы не могут выдерживать неограниченное количество напряжения. При достаточном приложенном напряжении любой изолирующий материал в конечном итоге поддастся электрическому «давлению», и возникнет поток электронов. Однако, в отличие от ситуации с проводниками, где ток прямо пропорционален приложенному напряжению (при фиксированном сопротивлении), ток через изолятор совершенно нелинейный: для вольт

    Электричество. Проводники и изоляторы

    Электричество. Проводники и изоляторы. Физика 299

    «Какая польза от новорожденного ребенка?»
    Бенджамин Франклин
    (на вопрос, в чем польза нового изобретения)


    • Движущиеся электрические заряды представляют собой так называемые электрические ток.Это электрические токи в полупроводниковых приборах. которые несут ответственность за электронные технологии в современном обществе.
      • Проводники — это материалы, обеспечивающие свободное перемещение электрического заряда. Примеры включают,
        • Металлы
        • Некоторые жидкости
        • Газоплазменные
      • Изоляторы (или непроводники) представляют собой материалы, предоставлять значительное сопротивление потоку электрического заряда.Примеры включить,
        • Неметаллы — пластик, дерево, стекло, резина и т. д.
        • Газы
      • Полупроводники – материалы, стойкость к текущий поток попадает между проводниками и изоляторами. Таких очень мало материалы, но их значение в электронной технике не может быть достаточно подчеркнуто. Примеры,
    • Механизмы проведения:
      • Металлы (твердые)
        • Каждый атом в твердом теле «закреплен», образуя решетку.
        • Внешние электроны в металле слабо связаны с атомным ядро.
        • При приложении внешнего электрического поля эти внешние электроны движутся через материал, создающий электрический ток.
      • Жидкостные проводники и газовая плазма
        • Проводящие жидкости и газы состоят из положительных и отрицательный ионы (заряженные частицы).
        • И положительные, и отрицательные ионы движутся, когда внешнее электрическое поле применяется, тем самым создавая ток.
        • Положительный заряд, движущийся вправо, создает такой же текущий как равный отрицательный заряд движется влево.
      • Изоляторы
        • Все электроны в этих материалах прочно связаны с атомные ядра. Внешние электрические поля обычно невелики. достаточно, чтобы вызвать любой поток заряда.
      • Полупроводники
        • Эти материалы имеют небольшое количество слабосвязанных электроны, количество которых сильно зависит от температуры и потенциал разница применяется по всему материалу.

      • Важно понимать, что из-за постоянного электрического токи возникают только при наличии разности потенциалов в замкнутом схема, столько носителей заряда входит, сколько выходит из любой части цепи. В другими словами, электрический ток не «расходуется»; оно имеет такое же значение везде в цепи.


    Мэрилин Монро предлагает Эйнштейну: Что вы скажете, профессор, не следует ли нам пожениться и вместе родить ребенка: какой детка это бы — мой вид и твой интеллект!
    Эйнштейн: Я боюсь, милая леди, может быть наоборот…
    Альберт Эйнштейн


    Dr. C.L. Davis
    Факультет физики
    Университет Луисвилля
    Электронная почта : [email protected]
     

    SrNbO3 как прозрачный проводник в видимом и ультрафиолетовом спектрах

  8. Biyikli, N. et al. Солнечно-слепые фотодиоды Шоттки на основе AlGaN с низким уровнем шума и высокой детектирующей способностью. Заяв. физ. лат. 81 , 3272–3274 (2002).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  9. Декер, С., Вьет, Т. Н. Т., Декер, Д. и Вебер-Кёль, Э. Отверждение акрилатных/эпоксидных систем под действием УФ-излучения. Полимер 42 , 5531–5541 (2001).

    Артикул Google ученый

  10. Hargis, P. J. et al. Ультрафиолетовая флуоресцентная идентификация белков, ДНК и бактерий. в Оптические приборы для мониторинга газовых выбросов и атмосферных измерений (под редакцией Леонелли, Дж., Killinger, DK, Vaughan, W. & Yost, MG) vol. 2366 147 (SPIE, 1995).

  11. Сонг К., Мохсени М. и Тагипур Ф. Применение ультрафиолетовых светодиодов (УФ-светодиодов) для дезинфекции воды: обзор. Вода Res. 94 , 341–349 (2016).

    Артикул Google ученый

  12. Engelmann, G. & Reichl, H. Высокое соотношение глубины и ширины в толстых позитивных слоях фоторезиста с использованием литографии в ближнем УФ. Микроэлектрон. англ. 17 , 303–306 (1992).

    Артикул Google ученый

  13. Morison, W.L. Фототерапия и фотохимиотерапия кожных заболеваний . 3-е изд. (Группа Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, 2005 г.).

  14. Hockberger, PE История ультрафиолетовой фотобиологии для людей, животных и микроорганизмов. Фотохим. Фотобиол. 76 , 561–579 (2002).

    Артикул Google ученый

  15. Шрайнер, М. и др. Вторичные метаболиты растений, индуцированные УФ-В, — потенциальная польза для здоровья растений и человека. Крит. Преподобный завод наук. 31 , 229–240 (2012).

    Артикул Google ученый

  16. Bettles, T. et al. УФ-светоизлучающие диоды; их применение и преимущества. Междунар. Ультрав. доц. Н. 9 , 11–15 (2007).

    Google ученый

  17. Kneissl, M. & Rass, J. in III-Nitride Ultraviolet Emitters , 1–25 (Springer, 2016).

  18. Эдмонд, Дж. А. и Конг, Х.-С. Синий светодиод с высокой внешней квантовой эффективностью. Патент США US5416342A (1995 г.).

  19. Гаук, Х. и др. Квантовая эффективность внешнего излучения 96% от гетероструктуры GaAs/GaInP. Заяв. физ. А 64 , 143–147 (1997).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  20. Krames, M. R. et al. Мощные усеченно-перевернутые пирамиды (Al x Ga 1− x ) 0,5 In 0,5 P/GaP светоизлучающие диоды с внешней квантовой эффективностью > 50%. Заяв. физ. лат. 75 , 2365–2367 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  21. Сакута, Х.и другие. Ближний ультрафиолетовый светодиод с внешней квантовой эффективностью более 45% и его применение в высокоцветных белых светодиодах с преобразованием люминофора. Дж. Свет Вис. Окружающая среда. 32 , 39–42 (2008).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  22. Jiao, Q. Q. et al. Возможности микросветоизлучающих диодов на основе GaN, работающих при уровне инжекции кА/см 2 . Опц. Экспресс 23 , 16565–16574 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  23. Zhang, J. et al. Глубокие ультрафиолетовые светодиоды мощностью милливатт на сапфире с излучением на длине волны 278 нм. Заяв. физ. лат. 81 , 4910–4912 (2002).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  24. Hirayama, H., Tsukada, Y., Maeda, T. & Kamata, N. Заметное повышение эффективности AlGaN-светоизлучающих диодов, работающих в глубоком ультрафиолете, за счет использования слоя, блокирующего электроны с многоквантовым барьером. Заяв. физ. Экспресс 3 , 031002 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  25. Кольбе, Т. и др. Улучшенная эффективность инжекции в светоизлучающих диодах с длиной волны 290 нм с гетероструктурой Al (Ga) N, блокирующей электроны. Заяв. физ. лат. 103 , 031109 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  26. Куллер, В.и другие. Модулированное эпитаксиальное боковое наращивание AlN для эффективных УФ-светодиодов. Технология фотоники IEEE. лат. 24 , 1603–1605 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  27. Нам, К. и др. Уровень акцептора Mg в AlN определен методом глубокой ультрафиолетовой фотолюминесценции. Заяв. физ. лат. 83 , 878–880 (2003).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  28. Чичибу, С.Ф. и др. Происхождение вероятности нечувствительной к дефектам эмиссии в In-содержащих (Al, In, Ga) N сплавах полупроводников. Нац. Матер. 5 , 810 (2006).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  29. Тамура, К. и др. Светодиоды на основе InGaN, изготовленные из прозрачного ZnO, легированного галлием, в качестве омического p-контакта. Физ. Статус Solidi A 201 , 2704–2707 (2004).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  30. Ким Х.и другие. Электрические, оптические и структурные свойства тонких пленок оксида индия-олова для органических светоизлучающих устройств. J. Appl. физ. 86 , 6451–6461 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  31. Охта, Х. и др. Тонкие пленки оксида индия-олова-оксида с высокой электропроводностью, эпитаксиально выращенные на оксиде циркония, стабилизированном оксидом иттрия (100), методом импульсного лазерного осаждения. Заяв. физ. лат. 76 , 2740–2742 (2000).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  32. Парк, С.-Х. и другие. Многослойный электрод ITO/Cu/ITO с рулонным напылением для гибких прозрачных тонкопленочных нагревателей и электрохромных применений. Науч. Респ. 6 , 33868 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  33. Kim, Y.C. et al. Устойчивость к изгибу гибких аморфных тонкопленочных транзисторов IGZO с прозрачными электродами IZO/Ag/IZO оксид–металл–оксид. Дж. Сплав. комп. 688 , 1108–1114 (2016).

    Артикул Google ученый

  34. Тадацугу, М. Замена тонких прозрачных проводящих оксидных пленок на прозрачные электроды из оксида индия и олова. Тонкие твердые пленки 516 , 1314–1321 (2008).

    Артикул Google ученый

  35. Тадацугу, М. Прозрачные проводящие оксидные полупроводники для прозрачных электродов. Полуконд. науч. Технол. 20 , S35 (2005).

    Артикул Google ученый

  36. Юн, Дж. Ультратонкие металлические пленки для прозрачных электродов гибких оптоэлектронных устройств. Доп. Функц. Матер. 27 , 1606641 (2017).

    Артикул Google ученый

  37. Гош, Д. и др. Широко прозрачные электроды на основе ультратонких металлов. Опц. лат. 34 , 325–327 (2009).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  38. Zhang, C. et al. Высокоэффективные легированные серебряные пленки: преодоление фундаментальных материальных ограничений для нанофотонных приложений. Доп. Матер. 29 , 1605177 (2017).

    Артикул Google ученый

  39. Орита М., Охта Х., Хирано М. и Хосоно Х.Прозрачные для глубокого ультрафиолета проводящие β-Ga 2 O 3 тонкие пленки. Заяв. физ. лат. 77 , 4166–4168 (2000).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  40. Garten, L.M. et al. Зависимости структурных свойств в тонких пленках оксида галлия, выращенных методом импульсного лазерного осаждения. МИССИС Общ. 6 , 348–353 (2016).

    Артикул Google ученый

  41. Омата Т., Уеда, Н., Уеда, К. и Кавазо, Х. Новый электропроводящий оксид, переносящий ультрафиолетовое излучение, шпинель ZnGa 2 O 4 . Заяв. физ. лат. 64 , 1077–1078 (1994).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  42. Хронг, Р.-Х. и другие. Конструкция прозрачного электрода для AlGaN-светоизлучающих диодов глубокого ультрафиолетового излучения. Опц. Экспресс 25 , 32206–32213 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  43. Онума Т.и другие. Упорядочение валентной зоны в β-Ga 2 O 3 изучено методами поляризованной спектроскопии пропускания и отражения. Япония. Дж. Заявл. физ. 54 , 112601 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  44. Осима Т. и др. Эпитаксиальный рост широкозонных пленок ZnGa 2 O 4 методом химического осаждения из газовой фазы. Дж. Кристалл. Рост 386 , 190–193 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  45. Wierer, J. et al. Мощные AlGaInN флип-чип светодиоды. Заяв. физ. лат. 78 , 3379–3381 (2001).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  46. Шаталов М. и др. AlGaN светодиоды глубокого ультрафиолетового излучения с внешним квантовым выходом более 10%. Заяв. физ. Экспресс 5 , 082101 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  47. Киношита, Т. и др. Светодиоды глубокого ультрафиолетового излучения, изготовленные на подложках из AlN, полученных методом гидридной парофазной эпитаксии. Заяв. физ. Экспресс 5 , 122101 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  48. Fujioka, A. et al. Повышение выходной мощности ультрафиолетового светодиода с длиной волны 280 нм за счет использования мультиквантовых ям AlGaN. Заяв. физ. Экспресс 3 , 041001 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  49. Такано Т. и др. Глубокие ультрафиолетовые светоизлучающие диоды с внешней квантовой эффективностью выше 20% при 275 нм, достигаемой за счет повышения эффективности светоотдачи. Заяв. физ. Экспресс 10 , 031002 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  50. Че, Д.и другие. Ультрафиолетовые светодиоды на основе AlGaN с электродами из оксида индия и олова, легированного фтором. Заяв. физ. лат. 100 , 081110 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  51. Lee, T.H. et al. Высокоэффективные светодиоды глубокого УФ-излучения с использованием стеклянных электродов на основе AlN, пропускающих глубокое УФ-излучение. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 9 , 43774–43781 (2017 г.).

    Артикул Google ученый

  52. Чжан Л.и другие. Коррелированные металлы как прозрачные проводники. Нац. Матер. 15 , 204 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  53. Брахлек, М. и др. Возможности сильнокоррелированных электронных систем на основе ванадия. МИССИС Общ. 7 , 27–52 (2017).

    Артикул Google ученый

  54. Басов Д.Н. и др. Электродинамика коррелированных электронных материалов. Ред. Мод. физ. 83 , 471 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  55. Ду, X. и др. Получение и определение характеристик гомоэпитаксиальных пленок β-Ga 2 O 3 , легированных Sn, методом MOCVD. Дж. Матер. науч. 50 , 3252–3257 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  56. Ли, К. и Сюэ, Д.Оценка значений электроотрицательности элементов в различных валентных состояниях. J. Phys. хим. А 110 , 11332–11337 (2006 г.).

    Артикул Google ученый

  57. Блаха, П. и др. Вен2к. Расширенная программа плоской волны + локальных орбиталей для расчета свойств кристаллов . (Карлхайнц Шварц, Венский технический университет, Австрия, 2001 г.).

  58. Хауле, К., Йи, К.-Х. и Ким, К.Динамическая теория среднего поля в рамках полнопотенциальных методов: электронная структура CeIrIn 5 , CeCoIn 5 и CeRhIn 5 . Физ. B 81 , 195107 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  59. Пол, А. и Бироль, Т. Настройка деформации плазменной частоты в оксидах ванадата, ниобата и молибдата перовскита. Физ. Преподобный Матер. 3 , 085001 (2019).

    Артикул Google ученый

  60. Фукс, К. Проводимость тонких металлических пленок согласно электронной теории металлов. Матем. проц. Камб. Филос. соц. 34 , 100–108 (1938).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  61. Зондхаймер, Э. Х. Длина свободного пробега электронов в металлах. Доп. физ. 1 , 1–42 (1952).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ МАТЕМАТИКА Статья Google ученый

  62. Эллмер, К. Прошлые достижения и будущие проблемы в разработке оптически прозрачных электродов. Нац. Фотоника 6 , 809 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  63. Цзэн, X.Ю., Чжан, К.К., Ю, Р.М. и Лу, К.З. Новый прозрачный проводник: серебряная нанопроволока, скрытая на поверхности прозрачного полимера. Доп. Матер. 22 , 4484–4488 (2010).

    Артикул Google ученый

  64. Ahmadi, E. et al. Легирование Ge пленок β-Ga 2 O 3 , выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии в плазме. Заяв. физ. Экспресс 10 , 041102 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  65. Leedy, K.D. et al. Высокопроводящие гомоэпитаксиальные пленки Ga 2 O 3 , легированные кремнием, на (010) β-Ga 2 O 3 методом импульсного лазерного осаждения. Заяв. физ. лат. 111 , 012103 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  66. Галазка З. и др. Сверхширокая запрещенная зона, проводящие, высокоподвижные и высококачественные монокристаллы ZnGa 2 O 4 , выращенные из расплава. АПЛ Матер. 7 , 022512 (2019).

    Артикул Google ученый

  67. Эшкрофт, Н.W. & Mermin, ND Физика твердого тела . (Холт, Райнхарт и Уинстон, 1976).

  68. О’Коннор, Б. и др. Прозрачные и проводящие электроды на основе тонких металлических пленок без рисунка. Заяв. физ. лат. 93 , 433 (2008).

    Google ученый

  69. Басов Д.Н., Тимуск Т. Электродинамика высокотемпературных сверхпроводников c . Ред. Мод. физ. 77 , 721–779 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  70. Бенфатто, Л., Каппеллути, Э., Ортенци, Л. и Боэри, Л. Расширенная модель Друде и роль межзонных переходов в спектрах среднего инфракрасного диапазона пниктидов. Физ. B 83 , 224514 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  71. Хааке Г. Новая добротность прозрачных проводников. J. Appl. физ. 47 , 4086–4089 (1976).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  72. Monkhorst, H.J. & Pack, J.D. Специальные точки для интегрирования зоны Бриллюэна. Физ. B 13 , 5188 (1976).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet Статья Google ученый

  73. Жорж А., Котляр Г., Краут В. и Розенберг М.J. Динамическая теория среднего поля сильно коррелированных фермионных систем и предел бесконечных измерений. Ред. Мод. физ. 68 , 13 (1996).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet Статья Google ученый

  74. Хауле, К. и Бироль, Т. Свободная энергия от стационарной реализации функционала DFT + DMFT. Физ. Преподобный Летт. 115 , 256402 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  75. Ока, д.и другие. Собственная высокая электропроводность стехиометрических тонких эпитаксиальных пленок SrNbO 3 . Физ. B 92 , 205102 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  76. Ван, Д. и др. Электронный транспорт и поглощение видимого света в плазмонном фотокатализаторе на основе ниобата стронция. Нац. комм. 8 , 1–9 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  77. База данных материалов Sopra. Показатель преломления ITO, оксид индия и олова, InSnO , https://www.filmetrics.com/refractive-index-database/ITO/Indium-Tin-Oxide-InSnO (Filmetrics, 2018).

  78. Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: проводники


    Существует множество материалов, позволяющих легко перемещать заряды. Они называются проводников . Проводники имеют качество проводимости . Я думаю, это не большая помощь для вас. Реальность такова, что вам просто нужно понять разницу между этими двумя словами.Проводник — это объект, который позволяет заряду течь. Проводимость – это качество, связанное с проводником. Материал, который является хорошим проводником, оказывает очень небольшое сопротивление потоку заряда. Этот поток заряда называется электрическим током. Хороший проводник имеет высокую проводимость. (1) Металлы являются традиционными проводящими материалами. Вы видите их вокруг дома все время. Это металлический провод или один из металлических штырей в электрической вилке. В металлических проводниках много свободных электронов.Свободные электроны — это электроны, которые не удерживаются в атомах и поэтому могут легко двигаться. Одними из лучших металлических проводников являются медь (Cu), серебро (Ag) и золото (Au).

    (2) Есть некоторые проводники, которые не являются металлами. Углерод является лучшим примером.

    (3) Вы наверняка видели ионные проводники в лаборатории или в эксперименте. Когда вы думаете об ионных проводниках , подумайте о растворах и расплавленных проводниках. Раствор , такой как соленая вода, имеет много свободных ионов, плавающих вокруг.Эти ионы (заряженные атомы) могут легко течь, а растворы ионов являются очень хорошими проводниками. Одна из причин, по которой вам нужно выйти из воды, если вокруг молния, заключается в том, что вода обычно содержит растворенные ионы, и если молния ударит в жидкость (раствор), она может провести электричество на большие расстояния и убить вас электрическим током.

    (4) Полупроводники — это проводники, которые делают ваш компьютер возможным. Если бы не полупроводники, большинство электронных безделушек невозможно было бы сделать.В полупроводниках есть свободные электроны, но их не так много, как в проводниках, и их не так легко привести в движение. Полупроводники имеют низкую проводимость. Примерами являются такие элементы, как кремний (Si) и германий (Ge).

    Так что же произойдет, если вы разделите заряды и соедините их с проводящим материалом? Предоставление пути для движения зарядов и создание этого пути из материалов, обеспечивающих легкое движение, приводит к потоку заряда (электронов), называемому током . Электроны будут течь из отрицательного места в положительное.Это может произойти быстро, а потом прекратиться, как с искрой. Или, в случае батареи, подключенной к проводящей петле (называемой цепью), это продолжается до тех пор, пока батарея не разрядится. Если ток все время идет в одном направлении, его называют постоянным или постоянным током. Однако в вашем доме одни и те же заряды перемещаются вперед и назад, поэтому это называется переменным током. Ученые обнаружили, что разноименные заряды притягиваются, а разноименные отталкиваются. Таким образом, положительное-положительное и отрицательное-отрицательное будут отталкиваться, а положительное-отрицательное притягиваться.Физики используют термин электрическая сила для описания этих притяжений и отталкиваний. Электрические силы намного сильнее, когда отрицательные заряды ближе к положительным зарядам. Чем дальше друг от друга два заряда, тем слабее электрическое взаимодействие. Кроме того, чем больше заряды, тем больше будет электрическая сила.



    Или поищите на сайтах по конкретной теме.

    Проводники — Видео по физике от Brightstorm

    Так что же такое проводники? Проводник — это материал, который позволяет заряду свободно течь через него.Под зарядом я подразумеваю электроны. Таким образом, большинство этих проводников являются металлами. Так что же происходит с металлами, которые позволяют заряду свободно течь через них? Так выглядит большинство металлов. У нас здесь есть ядра. Каждое ядро ​​имеет группу электронов, которые связаны с ним.

    Теперь, с проводниками из металлов, у нас есть некоторые из них, где электроны удерживаются очень близко к ядру. так что этот синий, мы знаем, какой электрон принадлежит какому ядру. Но затем у нас есть то, что называется зоной проводимости, где электроны могут двигаться от одного ядра к другому, к следующему, к следующему, и это нормально.Так что именно эта зона проводимости позволяет металлам проводить электричество. Хорошо. Как мы охарактеризуем этот поток электричества. Как мы характеризуем, насколько хорошим проводником является тот или иной металл?

    Итак, у нас есть уравнение, которое говорит нам, что j, j измеряет поток заряда, равно сигме, умноженной на e. Сигма называется проводимостью и характеризует металл, о котором мы говорим, а е — электрическое поле, которое мы прикладываем. Нам нужно приложить электрическое поле, потому что у зарядов нет причин двигаться, если электрическое поле не пытается их подтолкнуть.Итак, эта сигма говорит нам о реакции заряда внутри металла на приложенное электрическое поле. Теперь для большинства хороших металлов у нас есть сигма, проводимость порядка 10 до 8, 100 миллионов в единицах СИ. Сейчас я не буду говорить о том, что это за единицы, потому что нам нужно немного больше, чтобы сделать это, но, чтобы вы знали, это довольно большое число для хороших дирижеров.

    Хорошо. Теперь электрическое поле заставляет течь заряд. Итак, если я приложу электрическое поле к проводнику, то заряд будет течь.Теперь, когда этот заряд течет, если электрическое поле не исчезнет, ​​тогда оно будет продолжать течь, течь, течь и течь. Итак, если у меня есть кусок хорошего проводника, и я приложу к нему электрическое поле, то заряды будут двигаться до тех пор, пока не исчезнет электрическое поле. Это означает, что если это хороший проводник, то я могу считать, что электрическое поле внутри него равно нулю. Хорошо.

    Давайте немного посмотрим, что это значит. Итак, электрическое поле внутри равно нулю, и это означает, что все заряды внутри не хотят никуда уходить.Они просто сидят там. Нет электрического поля. Так почему они собираются куда-то идти? Это означает, что вся поверхность проводника имеет одинаковый потенциал, потому что если бы существовала разность потенциалов, если бы здесь был более высокий потенциал, чем здесь, то электроны двигались бы. Но это означало бы, что должно существовать электрическое поле. Электрического поля нет. Это означает, что поверхность хорошего проводника представляет собой эквипотенциальную область. Equi, что означает равный и потенциал, что означает потенциал.Хорошо.

    Итак, когда у меня есть эквипотенциальная поверхность, электрическое поле должно быть перпендикулярно этой поверхности. Итак, если у меня есть проводник прямо здесь, и ко мне приходит электрическое поле, ну, оно должно останавливаться на отрицательных зарядах, потому что там останавливаются электрические поля. Итак, он должен быть перпендикулярен, поэтому я собираюсь нарисовать линии электрического поля так, чтобы они перпендикулярно касались поверхности проводника, и это дает нам эту милую маленькую диаграмму. Внутри нет электрического поля, и поскольку на этой стороне есть отрицательный заряд, на этой стороне должен быть положительный заряд, иначе проводник будет заряжен.Теперь я не хочу, чтобы проводник был заряжен, я хочу, чтобы он имел нулевой чистый заряд. Вот что происходит: эти положительные заряды снова генерируют силовые линии электрического поля перпендикулярно поверхности, так что, если бы я убрал проводник, силовые линии электрического поля прошли бы прямо поперек. Как это.

    Теперь вам может быть интересно, как так получилось, что электрическое поле внутри равно нулю. Вот идея. Когда у нас есть эти положительные и отрицательные заряды, электрическое поле, связанное с этими положительными зарядами, будет толкать этот путь к отрицательным зарядам.И что это делает, так это нейтрализует внешнее электрическое поле. Таким образом, эти два вклада от обоих этих электрических полей компенсируются, и мы получаем нуль внутри, когда мы берем все электрическое поле. И это, как правило, так, как это работает. Когда вы прикладываете электрическое поле к проводнику, положительные заряды будут двигаться ниже по течению от этого электрического поля, а затем они создают свое собственное электрическое поле, противодействующее электрическому полю, которое я сначала приложил к проводнику.

    Хорошо.Теперь давайте рассмотрим немного другую ситуацию. Предположим, у меня есть такой проводник с острым концом. Опять же дирижер. А это значит, что силовые линии электрического поля должны заканчиваться перпендикулярно проводнику. Теперь здесь все в порядке, получайте хорошо распределенные заряды. Но на острие, смотрите, что происходит. У меня есть эти линии электрического поля, которые выходят очень странным образом. Итак, это означает, что у меня здесь ответственное собрание. Таким образом, заряд собирается в острых точках.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.