что это, примеры / Справочник :: Бингоскул

Проводник электрической энергии в физике: что это, примеры

добавить в закладки удалить из закладок

Содержание:

По способности проводить электрический ток различают три типа материалов: диэлектрики, полупроводники и проводники. Последние являются средой для передачи электричества под действием внешнего силового поля. Рассмотрим, что такое проводник электрического тока в физике, каковы его характеристики. Назовём примеры таких материалов и сред.

Проводник – это что в физике

Металлы – вещества, обладающие наилучшей проводимостью электричества. Они имеют кристаллическую структуру, где электроны на внешних оболочках являются общими для расположенных по соседству ионов, могут свободно передвигаться от одного к другому. Перемещаются они в хаотичном порядке до приложения к материалу электрического поля. Оно упорядочивает ток носителей отрицательного заряда – кристаллы превращаются в проводники – это вещества, по которым хорошо перемещаются электрические заряды.

Кроме металлов проводниками являются: полуметаллы, различные формы карбона (графин) и электролиты: растворы солей, кислот в воде. Электричество через себя пропускают ионизованные газы – плазма. Полупроводники при определённых условиях также становятся проводниками, их свойства зависят от количества и качества примесей, температуры, уровня освещённости и прочих условий.

Материалы с хорошей проводимостью делятся на проводники:

• Первого рода – обладают электронной проводимостью, большинство материалов.
• Второго рода – у них ионная проводимость, к таким относятся электролиты, плазма, расплавленные металлы.

Проводимость изменяется в сименсах (СМ), это обратно пропорциональная сопротивлению материала величина.

Среди металлов и их сплавов встречаются материалы со сверхпроводимостью, которая наблюдается в узком диапазоне низких температур.

Примеры проводников 

Нас практически везде окружают вещества, отлично пропускающие энергию электрического поля. Приведём несколько примеров проводников электрической энергии (электричества). К таким относятся:

• Металлы: алюминий и медь – самые распространённые материалы в электрике и электротехнике.
• Живые организмы неплохо пропускают электричество.
• Ионизованный воздух – все наблюдали, как электрический разряд рассекает атмосферу.
• Насыщенная растворами минералов и солей вода, например, горные ручьи.
• Некоторые формы углерода: графит – скользящие контакты – графитовые щётки для электрических двигателей, графитовая пыль, полимерные предохранители.
• Сплавы металлов, полуметаллов, материалов на основе углерода.

Также ток проводит железо, сталь, сплавы на их основе.

Тесты

Выберите, какие из веществ являются хорошими проводниками:

1. Плазма, электролиты, жидкости.
2. Металлы, электролиты, ионизированный газ, растворы солей.
3. Газы, кристаллы, щёлочи, сплавы металлов.

Проводником электричества называется вещество:

1. Которое легко электризуется.
2. Проводит заряды от источника электричества.
3. Передаёт положительные заряды.

Поделитесь в социальных сетях:

3 марта 2022, 09:44

Физика

Could not load xLike class!

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 (H

2S, 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 C^4– 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.

Смотрите также: Математика, Английский язык, Химия, Биология, Физика, География, Астрономия.
А также: библиотека ЭОРов и образовательный онлайн-сервис с тысячами интерактивных работ «Облако знаний».

Что такое проводник?

К

• Рахул Авати

Что такое проводник?

Проводник или электрический проводник — это вещество или материал, через который проходит электричество. В проводнике носители электрического заряда, обычно электроны или ионы, легко перемещаются от атома к атому при приложении напряжения. Большинство металлов, таких как медь, считаются хорошими проводниками, в то время как неметаллы считаются плохими проводниками, то есть изоляторами.

Понимание электрических проводников

В целом под проводимостью понимается способность вещества передавать электричество или тепло. Проводник проводит электричество, так как он оказывает небольшое сопротивление потоку электронов или не оказывает никакого сопротивления, что приводит к протеканию электрического тока. Обычно металлы, металлические сплавы, электролиты и даже некоторые неметаллы, такие как графит и жидкости, включая воду, являются хорошими проводниками электричества. Чистое элементарное серебро является одним из лучших проводников электричества. Другие хорошие электрические проводники включают следующее:

• медь
• сталь
• золото
• серебро
• платина
• алюминий
• латунь

Люди также являются хорошими проводниками электричества, поэтому прикосновение к человеку, пораженному электрическим током, вызывает такой же удар. В электрических и электронных системах проводники состоят из твердых металлов, отформованных в провода или вытравленных на печатных платах.

Основные характеристики электрических проводников

Важные особенности электрического проводника включают следующее:

• Обеспечивает свободное движение через него электронов или ионов.
• У него внутри нулевое электрическое поле, что позволяет двигаться электронам или ионам.
• Снаружи проводника электрическое поле перпендикулярно поверхности проводника.
• Он имеет нулевую плотность заряда, благодаря чему положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, а свободные заряды существуют только на поверхности.

Кроме того, проводники имеют низкое сопротивление и высокую теплопроводность. Кроме того, проводник, помещенный в магнитное поле, не накапливает энергию. Наконец, оба конца проводника находятся под одинаковым потенциалом. Электричество течет по проводнику, когда потенциал меняется на одном конце, что позволяет электронам течь от одного конца к другому.

Как работают кондукторы

Согласно зонной теории в физике твердого тела, твердые тела имеют валентную зону и зону проводимости. Чтобы материал мог проводить через него электрический ток, между его валентной зоной и зоной проводимости не должно быть энергетической щели. Таким образом, в проводниках эти полосы перекрываются, позволяя электронам проходить через материал даже при приложении минимального напряжения. Поскольку внешние электроны в валентной зоне слабо связаны с атомом, приложение напряжения, электродвижущая сила или тепловое воздействие возбуждают их, что перемещает их из валентной зоны в зону проводимости.

Схема энергетической зоны проводника

В зоне проводимости эти электроны могут свободно перемещаться где угодно, что приводит к обилию электронов в этой зоне. Эти электроны движутся вперед и назад, а не по прямой линии. Вот почему их скорость известна как скорость дрейфа или V _d . Именно из-за этой скорости дрейфа электроны сталкиваются с атомами материала или другими электронами внутри зоны проводимости проводника.

Когда в проводнике есть разность потенциалов в двух точках, электроны перетекают из точки с более низким потенциалом в точку с более высоким потенциалом. Электроны и электричество текут в противоположных направлениях. В этой ситуации материал проводника оказывает лишь небольшое сопротивление.

Что такое изоляторы?

Материалы, которые не пропускают электрический ток или тепло, известны как изоляторы или диэлектрические материалы. Большинство изоляторов являются твердыми по своей природе. Примеры включают следующее:

• дерево
• ткань
• стекло
• кварц
• слюда
• пластик
• фарфор
• резина

Большинство газов и некоторые типы дистиллированной воды также являются хорошими изоляторами.

Резисторы, полупроводники и сверхпроводники

Материал, который довольно хорошо проводит электричество, но не так хорошо, как проводник, известен как резистор . Наиболее распространенным примером резистора является комбинация углерода и глины, смешанных в определенном соотношении для создания постоянного, предсказуемого сопротивления электрическому току.

Полупроводники ведут себя как хорошие проводники при одних условиях, но как плохие проводники при других. В полупроводнике как электроны, так и так называемые дырки — отсутствие электронов — действуют как носители заряда. Примеры полупроводников включают кремний, германий и различные оксиды металлов.

Интегральные схемы, такие как микросхемы, состоят из полупроводниковых материалов.

При экстремально низких температурах некоторые металлы проводят электричество лучше, чем любое известное вещество при комнатной температуре. Это явление называется сверхпроводимость . Вещество, которое ведет себя таким образом, называется сверхпроводником .

Влияние температуры на проводимость

Температура и проводимость обратно пропорциональны, то есть повышение температуры отрицательно влияет на проводимость. С повышением температуры увеличивается и колебание молекул проводника. Это препятствует плавному потоку электронов, тем самым уменьшая проводимость материала.

Кроме того, повышение температуры приводит к разрыву связей в молекулах проводника, что приводит к высвобождению электронов. Это оставляет материал с меньшим количеством электронов, тем самым снижая способность материала проводить через него электрический ток.

Типы проводников

В зависимости от омической характеристики электрические проводники классифицируются как:

• жилы омические
• неомические проводники

Омические проводники всегда следуют закону Ома, согласно которому приложенное напряжение прямо пропорционально протекающему току. Примеры включают алюминий, медь и серебро. Неомические проводники, которые не подчиняются закону Ома, включают термисторы и фоторезисторы, зависящие от света.

Применение электрических проводников Проводники

полезны для многих приложений, включая следующие:

• Алюминий, хорошо проводящий тепло и электричество, обычно используется для изготовления кухонной утвари. Он также используется в фольге для хранения и консервации пищевых продуктов.
• Железо, хорошо проводящее тепло, используется в производстве автомобильных двигателей.
• Проводники также используются в автомобильных радиаторах для отвода тепла от двигателя.

Изоляторы также используются для многих распространенных применений. Например, каучук используется для изготовления огнеупорной одежды и обуви. Пластик часто включают в электрические приборы, чтобы предотвратить поражение пользователей электрическим током. Изоляторы также защищают пользователей от огня и звука.

См. также: Эффект Зеебека , переменный ток , постоянный ток , проводимость , Flux , Ampere , Эффект зала , Электромагнитная индукция и . .

Последнее обновление: май 2022 г.

Продолжить чтение О дирижере

• IBM: еще один чип в стене

• Подготовьте провода к Интернету вещей

• Создание руководства по электробезопасности для центра обработки данных

• Подсоедините анизотропную проводящую пленку для ваших устройств IoT

• Баланс электроэнергии — построение устойчивой электросети

объектно-реляционное сопоставление

Объектно-реляционное сопоставление (ORM) — это способ согласования программного кода со структурами базы данных.

Сеть

• поставщик сетевых услуг (NSP)

  Поставщик сетевых услуг (NSP) — это компания, которая владеет, управляет и продает доступ к магистральной инфраструктуре Интернета и …

• неэкранированная витая пара (UTP)

  Неэкранированная витая пара (UTP) — это повсеместно распространенный тип медных кабелей, используемых в телефонной проводке и локальных сетях (LAN).

• Оптимизация WAN (ускорение WAN)

  Оптимизация глобальной сети, также известная как ускорение глобальной сети, представляет собой набор технологий и методов, используемых для улучшения …

Безопасность

• данные держателя карты (CD)

  Данные держателя карты (CD) — это любая личная информация (PII), связанная с лицом, у которого есть кредитная или дебетовая карта.

• Уровни продавца PCI DSS

  Стандарт безопасности данных индустрии платежных карт (PCI DSS) Уровни продавцов ранжируют продавцов на основе их количества транзакций за …

• трехфакторная аутентификация (3FA)

  Трехфакторная аутентификация (3FA) — это использование учетных данных для подтверждения личности из трех отдельных категорий аутентификации…

ИТ-директор

• системы, основанные на знаниях (KBS)

  Системы, основанные на знаниях (KBS), — это компьютерные программы, которые используют централизованное хранилище данных, известное как база знаний, для . ..

• Закон Сарбейнса-Оксли

  Закон Сарбейнса-Оксли от 2002 года — это федеральный закон, устанавливающий широкомасштабные аудиторские и финансовые правила для публичных компаний.

• устав проекта

  Устав проекта — это формальный краткий документ, в котором указывается, что проект существует, и предоставляется руководителям проекта письменные полномочия на…

HRSoftware

• вовлечения сотрудников

  Вовлеченность сотрудников — это эмоциональная и профессиональная связь, которую сотрудник испытывает к своей организации, коллегам и работе.

• кадровый резерв

  Кадровый резерв — это база данных кандидатов на работу, которые могут удовлетворить немедленные и долгосрочные потребности организации.

• разнообразие, равенство и инклюзивность (DEI)

  Разнообразие, равенство и инклюзивность — термин, используемый для описания политики и программ, которые способствуют представительству и . ..

Служба поддержки клиентов

• представитель по развитию продаж (SDR)

  Представитель по развитию продаж (SDR) — это лицо, занимающееся поиском, перемещением и квалификацией потенциальных клиентов через …

• индикатор уровня обслуживания

  Индикатор уровня обслуживания (SLI) — это показатель, указывающий, какую оценку производительности получает клиент в данный момент времени.

• платформа клиентских данных (CDP)

  Платформа данных о клиентах (CDP) — это тип программного приложения, которое обеспечивает единую платформу информации о клиентах, которая …

Проводники и изоляторы — примеры, определение, свойства, применение

Мы различаем окружающие нас элементы на основе их физических свойств, таких как пластичность, фаза, текстура, цвет, полярность, растворимость и т. д. Но, как мы знаем, есть еще одна очень важная классификация элементов производится на основе их проводимости электрического заряда, т. е. проводников и изоляторов.

Если мы проведем простой эксперимент с батареей и небольшой светодиодной лампочкой, то заметим, что когда электрическая цепь между батареей и лампочкой замыкается с помощью пластиковой или хлопчатобумажной нити, лампочка не светится. А если мы проведем тот же эксперимент с металлической проволокой, например медной, лампочка начнет светиться. Это указывает на то, что некоторые элементы обеспечивают передачу заряда от аккумулятора к лампочкам, а другие нет. В основе классификации таких элементов лежит их электропроводность. Давайте узнаем больше о проводниках и изоляторах в этой всеобъемлющей статье.

Содержание Что такое проводники? Что такое изоляторы? Разница между проводником и изолятором Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Что такое проводники?

Проще говоря, электрический проводник определяется как материалы, которые позволяют электричеству легко проходить через них. Это свойство проводников, позволяющее им проводить электричество, известно как проводимость .

Поток электронов в проводнике известен как электрический ток . Сила, необходимая для протекания тока по проводнику, известна как напряжение .

Когда на такой элемент передается заряд, он распределяется по всей поверхности объекта, что приводит к движению электронов в объекте. Заряды, переданные электрическому проводнику, распределяются до тех пор, пока сила отталкивания между электронами в местах избытка электронов не уменьшится до минимального значения. Когда такой объект соприкасается с другим проводником, заряд передается от первого проводника к другому до тех пор, пока общее отталкивание из-за заряда не будет минимальным.

Металлы, люди и земля являются проводниками. Вот почему мы получаем удары током!

Вы также можете проверить эти темы, приведенные ниже!

• Полупроводники и изоляторы
• Внешние полупроводники
• Электрические изоляторы

Примеры проводника

Графит, человеческое тело и земля являются хорошими проводниками электричества. Некоторые из распространенных примеров проводников включают такие металлы, как:

• Медь
• Золото
• Железо

Подробнее: Электрическая цепь

Что такое изоляторы?

Изоляторы — это материалы, препятствующие свободному переходу электронов от одной частицы элемента к другой. Если мы передаем такому элементу некоторое количество заряда в любой точке, заряд остается в начальном месте и не распределяется по поверхности. Наиболее распространенным процессом зарядки таких элементов является зарядка натиранием (для некоторых элементов с помощью подходящих материалов).

Примеры изоляторов

Некоторые из распространенных примеров изоляторов приведены ниже:

• Пластик
• Дерево
• Стекло

Различия между проводником и изолятором

Некоторые основные отличия проводников и изоляторов приведены в таблице ниже.

Проводник	Изолятор
Материалы, пропускающие электричество или тепло.	Материалы, не пропускающие тепло и электричество.
Несколько примеров проводника: серебро, алюминий и железо.	Несколько примеров изолятора: бумага, дерево и резина.
Электроны свободно перемещаются внутри проводника.	Электроны не могут свободно двигаться внутри изолятора.
Электрическое поле существует на поверхности, но остается нулевым внутри.	Электрическое поле не существует.

Часто задаваемые вопросы о проводниках и изоляторах Вопросы

Какой из следующих элементов является наиболее проводящим?

1) Медь 2) Железо 3) Кремний 4) Серебро

Серебро является наиболее проводящим элементом.

Почему металлы являются предпочтительным материалом для изготовления электрических проводов?

Металлы являются предпочтительным материалом для изготовления электрических проводов, поскольку они являются хорошими проводниками электричества.