Презентация - Электрический ток в различных средах

Презентация на тему: “Электрический ток в различных средах”

Цели модуля: 1.Выяснить закономерности протекания электрического тока в различных средах. 2.Способствовать развитию коммуникативных навыков, навыков измерений, навыков сотрудничества, эффективного и безопасного использования различных технических устройств. 3.Научить умению интегрировать знания физики и химии об электролизе и его применении в быту. 4. Развивать способности ясно и точно излагать свои мысли. 5. Формировать умения применять знания к решению задач различного уровня. Количество часов 17. .

Электрический ток может протекать в пяти различных средах:
Металлах Вакууме Полупроводниках Жидкостях Газах

Электрический ток в металлах:
Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Опыты Толмена и Стюарта
Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией электронов.

Вывод:
1.Носителями заряда в металлах являются электроны; 2. Процесс образования носителей заряда – обобществление валентных электронов; 3.Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника – выполняется закон Ома; 4. Техническое применение электрического тока в металлах: обмотки двигателей, трансформаторов, генераторов, проводка внутри зданий, сети электропередачи, силовые кабели.

Электрический ток в вакууме
Вакуум - сильно разреженный газ, в котором средняя длина свободного пробега частицы больше размера сосуда, то есть молекула пролетает от одной стенки сосуда до другой без соударения с другими молекулами. В результате в вакууме нет свободных носителей заряда, и электрический ток не возникает. Для создания носителей заряда в вакууме используют явление термоэлектронной эмиссии.

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ – это явление «испарения» электронов с поверхности нагретого металла.
В вакуум вносят металлическую спираль, покрытую оксидом металла, нагревают её электрическим током (цепь накала) и с поверхности спирали испаряются электроны, движением которых можно управлять при помощи электрического поля.

Выводы:
носители заряда – электроны; процесс образования носителей заряда – термоэлектронная эмиссия; закон Ома не выполняется; техническое применение – вакуумные лампы (диод, триод), электронно – лучевая трубка.

Электрический ток в полупроводниках
Полупроводники - твердые вещества, проводимость которых зависит от внешних условий (в основном от нагревания и от освещения).
При нагревании или освещении некоторые электроны приобретают возможность свободно перемещаться внутри кристалла, так что при приложении электрического поля возникает направленное перемещение электронов. полупроводники представляют собой нечто среднее между проводниками и изоляторами.

С понижением температуры сопротивление металлов падает. У полупроводников, напротив, с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами.
Зависимость удельного сопротивления ρ чистого полупроводника от абсолютной температуры T.

Собственная проводимость полупроводников
Атомы германия имеют четыре слабо связанных электрона на внешней оболочке. Их называют валентными электронами. В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. Связь между атомами в кристалле германия является ковалентной, т. е. осуществляется парами валентных электронов. Каждый валентный электрон принадлежит двум атомам .Валентные электроны в кристалле германия гораздо сильнее связаны с атомами, чем в металлах; поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках на много порядков меньше, чем у металлов. Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. Такой кристалл электрического тока не проводит.

Образование электронно-дырочной пары
При повышении температуры или увеличении освещенности некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название «дырок».

Примесная проводимость полупроводников
Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную проводимости.

Выводы:
носители заряда – электроны и дырки; процесс образования носителей заряда – нагревание, освещение или внедрение примесей; закон Ома не выполняется; техническое применение – электроника.

Электрический ток в жидкостях
Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Электролитами являются водные растворы неорганических кислот, солей и щелочей.

Сопротивление электролитов падает с ростом температуры, так как с ростом температуры растёт количество ионов.
График зависимости сопротивления электролита от температуры.

Явление электролиза
- это выделение на электродах веществ, входящих в электролиты; Положительно заряженные ионы (анионы) под действием электрического поля стремятся к отрицательному катоду, а отрицательно заряженные ионы (катионы) - к положительному аноду. На аноде отрицательные ионы отдают лишние электроны (окислительная реакция ) На катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная ).

Вывод:
носители заряда – положительные и отрицательные ионы; процесс образования носителей заряда – электролитическая диссоциация; электролиты подчиняются закону Ома; Применение электролиза : получение цветных металлов (очистка от примесей - рафинирование); гальваностегия - получение покрытий на металле (никелирование, хромирование, золочение, серебрение и т.д. ); гальванопластика - получение отслаиваемых покрытий (рельефных копий).

Электрический ток в газах
В обычных условиях отсутствует проводимость электрического тока любыми газами. При высокой температуре часть нейтральных молекул газа распадается на положительные и отрицательные ионы. Такое явление называется ионизацией газа.

Прохождение электрического тока через газ называется разрядом.
Разряд, существующий при действии внешнего ионизатора, - несамостоятельный. Если действие внешнего ионизатора продолжается, то через определенное время в газе устанавливается внутренняя ионизация (ионизация электронным ударом) и разряд становится самостоятельным.

Виды самостоятельного разряда:
ИСКРОВОЙ ТЛЕЮЩИЙ КОРОННЫЙ ДУГОВОЙ

Искровой разряд
При достаточно большой напряженности поля (около 3 МВ/м) между электродами появляется электрическая искра, имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба электрода. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и внезапно расширяется, отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск.

Молния
Уже в середине 18-го века высказывалось предположение, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и что молния есть гигантская искра, ничем, кроме размеров, не отличающаяся от искры между шарами электрической машины. На это указывал, например, русский физик и химик Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765), наряду с другими научными вопросами занимавшийся атмосферным электричеством.

Электрическая дуга (дуговой разряд)
В 1802 году русский физик В.В. Петров (1761-1834) установил, что если присоединить к полюсам большой электрической батареи два кусочка древесного угля и, приведя угли в соприкосновение, слегка их раздвинуть, то между концами углей образуется яркое пламя, а сами концы углей раскалятся добела, испуская ослепительный свет.

Вывод:
носители заряда – положительные, отрицательные ионы и электроны; процесс образования носителей заряда – ионизация внешним ионизатором или электронным ударом; газы не подчиняются закону Ома; Техническое применение: дуговая электросварка, коронные фильтры, искровая обработка металлов, лампы дневного света и газосветная реклама.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!