Електричний струм у різних середовищах
« Как ни чудесны законы и явления электричества, выявляющиеся нам в мире неорганического или мертвого вещества, интерес, который они представляют, вряд ли может сравниться с тем, что присуще той же силе в соединении с живой системой и жизнью».
М.Фарадей
Презентація вчителя фізики ЗСШ №40 Фоміної С.В.
Електричний струм у металах
- Електричний струм у металах являє собою напрямлений рух вільних електронів.
- Поза електричним полем вільні електрони рухаються хаотично, а під дією електричного поля, не припиняючи свого хаотичного руху, починають зміщуватись у бік позитивного полюса джерела струму.
- Опір металевих провідників лінійно залежить від температури. Цей факт покладено в основу термометрів опору та омметру.
- Надпровідність - явище зменшення питомого опору до нуля при температурі,відмінній від абсолютного нуля.
Запитання і завдання
- Яка будова металевих провідників?
- Поясніть, чому при звичайних умовах любий кусок металу є електронейтральним ?
- Що являє собою електричний струм у металах?
- Як доказати, що електричний струм у металах виникає у результаті руху електронів, а не іонів?
- Як ведуть себе електрони у провіднику при відсутності і наявності в ньому електричного поля ?
- Носіями заряду у металах являються електрони. Чому за напрямок струму прийнято напрямок руху позитивних зарядів?
- В чому причина опору металів?
- Чи залежить опір металів від температури?
- В чому полягає явище надпровідності?
- Який факт покладено в основу термометрів опору?
Електричний струм у рідинах
- Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів являє собою напрямлений рух вільних іонів.
- Електроліти- речовини, розчини й розплави яких проводять електричний струм.
- Електролітична дисоціація - розпад молекул електроліту на позитивні і негативні іони під дією молекул полярного розчинника.
- Рекомбінація – об'єднання вільних іонів протилежних знаків у нейтральну молекулу.
- Електроліз - процес виділення речовини на електродах у ході протікання електричного струму через розчин або розплав електроліту.
- Закон електролізу ( перший закон Фарадея): маса m речовини, що виділилася на електроді, пропорційна силі струму I та часу його проходження t через електроліт: m=kIt , де k- електрохімічний еквівалент.
Застосування електролізу
- Одержання металів із солей і оксидів.
- Очищення металів від домішок ( рафінування ).
- Електричний спосіб покривання виробу тонким шаром металів ( гальваностегія ) .
- Одержання точних копій рельєфних виробів ( гальванопластика ).
- Полірування поверхні анода.
- Зарядження та розрядження кислотних і лужних акумуляторів.
Запитання і завдання
- Що таке електроліт?
- Що собою являє електричний струм у розчинах і розплавах електролітів?
- У чому полягає явище електролітичної дисоціації?
- У чому відмінність під час проходження електричного струму у металах і електролітах?
- Опишіть процес електролізу.
- Сформулюйте закон Фарадея.
- Яким є фізичний зміст електрохімічного еквівалента речовини?
- Чи має значення для хімічної дії напрям електричного струму?
- Де застосовують електроліз?
- Яке практичне значення першого закону електролізу Фарадея?
- Дистильована вода не є провідником. Чому ж водопровідна вода, а так само річкова й морська добре проводять електричний струм?
- Чому розчин солі у воді добре проводить електричний струм, а розчин цукру не проводить струму зовсім?
- Розріжте сиру картоплину навпіл і в одну з цих половинок на відстані 1-2 см застроміть голки. Голки приєднайте до полюсів гальванічного елемента. Спостерігайте за зміною кольору картоплі біля голок і зробіть висновок стосовно кожного електрода. Який тип провідності має тут місце. Чи можна за допомогою цього методу виявити наявність нітратів у картоплі?
Електричний струм у газах
- Носії електричного струму в газах ( вільні електрони і іони ) виникають тільки в результаті іонізації.
- Іонізація газу – процес відриву електрона від атома або молекули.
- Газовий розряд - проходження електричного струму через гази.
- Несамостійний газовий розряд – явище проходження електричного струму через газ за умови зовнішнього іонізуючого впливу ( ультрафіолетове, рентгенівське й радіоактивне випромінювання, сильне нагрівання).
- Самостійний газовий розряд - явище проходження через газ електричного струму , що не залежить від дії зовнішніх іонізаторів.
- Іонізація електронним ударом-вибивання електронів з атома вільними електронами , розігнаними електричним полем.
Типи самостійного розряду
- Тліючий розряд – виникає за низького тиску ( Р= 0,01-1 мм.рт.ст. і напрузі в кілька сотен вольт). Використовується в газорозрядних трубках і газових лазерах, лампах денного світла.
- Іскровий розряд – виникає при високій напрузі між електродами у повітрі, що перебувають під тиском порядку атмосферного. Використовується для запалювання бензинових двигунів, оброблення та різання металів.
- Коронний розряд – виникає при атмосферному тиску в сильному електричному полі біля кінців загострених частин провідника. Використовується в електрофільтрах і громовідводах.
- Дуговий розряд – виникає при низькій напрузі:
а) якщо після запалювання іскрового розряду від потужного джерела поступово зменшувати відстань між електродами;
б) якщо електроди зблизити до зіткнення (минаючи стадію іскри), а потім їх розвести .
Застосовується як джерело світла в прожекторах, проекційних апаратах, в електропечах; зварювання металів, одержання деяких речовин у хімічній промисловості.
Самостійні газові розряди
Запитання і завдання.
- Чому за звичайних умов гази є діелектриками?
- За яких умов гази проводять електричний струм?
- Чому електричний струм у газах дістав назву “електричний розряд “ ?
- Який вид газового розряду називають несамостійним?
- Чому розряд у газах з іонізацією ударом називають самостійним?
- Коли виникає коронний розряд?
- За яких умов виникає тліючий розряд?Де його використовують?
- Чому між вугільними електродами при невисокій напрузі виникає електрична дуга?
- Як за допомогою іскрового розряду можна обробляти деталі з дуже тугоплавких металів?
- Яка основна причина появи електричних розрядів в атмосфері під час грози?
- Людям ,які знаходяться в горах у грозову погоду, іноді доводиться спостерігати таке явище: волосся стає дибки, а навколо голови з'являється світіння. Як пояснити це явище ?
- В Антарктиді під час снігових бурь часто можна спостерігати появу у повітрі електричних іскр довжиною до 50 см. Чому вони виникають?
- Дощ застав вас у полі. Недалеко від вас знаходиться високе дерево з великою кроною. Чи можна використати дерево для захисту вас від дощу?
- Чому практично невідомі випадки, щоб блискавка не “вдаряла” у громовідвід?
Електричний струм у вакуумі
- Вакуум – дуже розріджений газ, молекули якого зіштовхуються одна з одною рідше, ніж зі стінками посудини.
- Носії заряду – електрони, які виникають в результаті термоелектронної емісії.
- Термоелектронна емісія – явище випромінювання електронів катодом при його нагріванні.
- Вакуумні діоди мають односторонню провідність і служать для випрямлення струму.
Електричний струм у напівпровідниках
- Напівпровідники – речовини, які за своєю провідністю посідають проміжне місце між провідниками і діелектриками.
- Провідність зумовлена наявністю в них вільних електронів ( електронна провідність) і зв'язаних електронів на вакантні місця ( діркова провідність).
- Чисті напівпровідники мають власну провідність. Електричний струм створює однакова кількість вільних електронів і дірок.
- Домішкові напівпровідники n- типу мають електронну провідність. Домішкові атоми ( донорні ) мають більшу валентність, ніж основні атоми.
- Домішкові напівпровідники р-типу мають діркову провідність. Валентність домішкових атомів ( акцепторних ) менша від основних атомів.
- Електропровідність залежить від температури, освітленості, наявності домішок.
- Електронно-дірковий перехід ( р- n - перехід) являє собою контакт між напівпровідниками р- і n- типу.
Електричний струм у напівпровідниках
Застосування напівпровідників
- Термістори або терморезистори – напівпровідникові прилади , у яких використовується залежність опору від температури. Застосовують для вимірювання температури, для підтримування сталої температури в автоматичних пристроях, протипожежної сигналізації.
- Фоторезистори – напівпровідникові прилади, у яких використовується властивість напівпровідників змінювати свій опір, залежно від освітленості. Застосовують для вимірювання освітленості, контролю якості поверхні та розмірів виробів.
- Напівпровідниковий діод – елемент з однобічною провідністю , що містить один р- n -перехід. Використовують для випрямлення електричного струму .
- Транзистор - напівпровідниковий прилад , що містить два р- n -переходи. Надає можливість підсилювати слабкі електричні сигнали.
Запитанная і завдання
- Чим напівпровідники відрізняються від металів?
- Який зв’язок називають ковалентним?
- Як у напівпровідниках з'являються вільні електрони?
- Чому з підвищенням температури електропровідність напівпровідників зростає?
- Поясніть механізм діркової провідності.
- У чому полягає власна провідність напівпровідників?
- Що є основними носіями зарядів у напівпровідниках n- типу?
- Що є основними носіями зарядів у напівпровідниках р - типу?
- Чому термістори і фоторезистори мають різні властивості?
- Чому провідність напівпровідників зростає в результаті освітленості?.
Це треба знати!
Назва середовища
Носії заряду
Метали
Вільні електрони
Електроліти
Позитивні й негативні іони
Гази
Електрони і іони
Вакуум
Електрони, що вилетіли з поверхні електрона внаслідок емісії
Напівпровідники
Електрони й дірки
Це цікаво знати!
- 1911р. відкрито явище надпровідності нідерландським ученим Гейке Камерлінг-Оннес
- Дослідженням електронної провідності металів займався український учений О.Е.Малиновський(1884-1937).
- В атмосфері всієї земної кулі щосекунди проскакує близько 100 блискавок, кожна двадцята з них ударяє в землю.
- Спосіб зварювання металів за допомогою електричної дуги у 1881 р. запропонував український винахідник М.М.Бенардос (1842-1905) . Дослідження проблем зварювання продовжив Є.О.Патон (1870-1953), а потім справу батька продовжив його син –Б.Є.Патон. Під його керівництвом учені-медики створили новий спосіб зварювання м'яких тканей людини.
- 1986р.- відкрито високотемпературну (-173 ˚С ) провідність кераміки.
- Плазма-четвертий стан речовини-газ, у якому значна частина молекул або атомів іонізована. Газорозрядна плазма виникає під час газових розрядів.
Перевірте себе ( тесто ві завдання - 0,5 балів)
вакуумі?Що є причиною їх появи?
А. Електрони. Нагрівання катода.
Б. Дірки. Нагрівання анода.
В. Протони. Вибивання з металу катода.
Г. Іони. Проходження електричного струму.
- 3. В електрозварюванні застосовується:
А. тліючий розряд;
Б. іскровий розряд;
В. коронний розряд;
Г. дуговий розряд.
- 2 . Що є вільними носіями заряду в напівпровідниках?
А. іони обох знаків
Б. позитивно заряджені дірки
В. електрони і дірки
Г. вільні електрони та електрони, які утворюють ковалентні зв'язки в кристалах.
- 4. Який тип газового розряду виникає навколо провідників з високою напругою:
А. тліючий розряд;
Б. іскровий розряд;
В. коронний розряд;
Г. дуговий розряд.
Перевірте себе ( тесто ві завдання – 0,5 балів)
- 5. Укажіть , яке з перелічених явищ називається термоелектронною емісією:
- 6. При малих напругах струм у газах може існувати за рахунок:
А. іонізація нейтральних атомів при зіткненні з електронами;
Б. вибивання електронів з катоду при бомбардуванні його додатними іонами;
В. випромінювання електронів катодом при його нагріванні;
Г. світіння розрідженого газу при проходженні через нього електричного струму.
А. іонізації електронним ударом;
Б. хаотичного руху молекул газу;
В. дії зовнішнього іонізатора;
Г. рекомбінації молекул газу.
- 7. Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів являє собою напрямлений рух…
- 8. Закон Фарадея встановлює зв'язок між:
А. вільних електронів
Б. позитивних і негативних іонів;
В. позитивних іонів;
Г. негативних іонів.
А. кількістю молекул ,які дисоціювали,
й силою струму ,що протікає через розчин електроліту;
Б. силою струму,що протікає через розчин електроліту, й напругою на електродах.
В. масою речовини, що виділилася на електродах, і зарядом ,який пройшов через розчин електроліту.
Перевірте себе ( тесто ві завдання-0,5 балів)
- 9. Опір електролітів зменшується із підвищенням температури тому що:
А. змінюється густина речовини;
Б. збільшується кількість іонів внаслідок дисоціації молекул електроліту;
В. зменшується середня квадратична швидкість руху молекул;
Г. зменшується кількість іонів внаслідок рекомбінації
- 11. Послідовно з'єднані три електролітичні ванни з ( НС l , NaCl, CuCl ). Під час електролізу:
А. більше хлору виділиться в першій ванні
Б. більше хлору виділиться в другій ванні
В. більше хлору виділиться в третій ванні
Г. у всіх трьох ваннах виділиться однакова кількість хлору.
- 10. Чому з підвищенням температури напівпровідників їх опір зменшується?
А. Змінюється швидкість носіїв заряду.
Б. Збільшується кількість носіїв заряду.
В. Збільшується амплітуда коливань молекул у вузлах ґраток.
Г. Зменшується кількість носіїв заряду.
- 12. Чому говорять,що блискавка може “знаходити” зариті під землею скарби?
А. тому що блискавка частіше “вдаряє“у те місце Землі, де є у ґрунті неметали.
Б. тому що блискавка частіше “вдаряє“у те місце Землі, де є у ґрунті тільки благородні метали
В. тому що блискавка частіше “вдаряє“у те місце Землі, де є у ґрунті метали.
Перевірте себе ( тесто ві завдання – 0,5 балів)
- 13. Яку провідність створюють у напівпровідниках донорні домішки?
А. діркову
Б. електронну
В. іншу
- 15. Що буде виділятися на аноді під час електролізу водяного розчину сірчаної кислоти ?
А. водень
Б. кисень
В. сірка
Г. іони кислотного залишку.
- 14. Що є основними носіями заряду у германія, до якого ввели атоми індію як домішки?
А.дірки
Б. іони
В. вільні електрони
- 16. Який вид газового розряду відбувається у лампах денного світла ?
А. коронний
Б. дуговий
В. іскровий
Г. тліючий
Перевірте себе ( тесто ві завдання - 1 бал)
- 17. Чому виникає коронний розряд?
- 18. Чому при дуговому розряді для проходження струму через газовий проміжок не потрібно високої напруги?
А. Тому що поблизу провідників, що мають великий електричний заряд, навколо нього створюється сильне електричне поле, яке й створює газовий розряд, який нагадує корону.
Б. Тому що поблизу загострених провідників, що мають великий електричний заряд, навколо нього створюється сильне електричне поле, яке й створює газовий розряд, який нагадує корону.
В. Тому що поблизу негострих провідників, що мають великий електричний заряд, навколо нього створюється сильне електричне поле, яке й створює газовий розряд, який нагадує корону.
А. Є вільні заряджені частинки.
Б. Наявність вільних електричних зарядів забезпечується високою температурою.
В. Електроди іонізують навколо себе газ.
Г. Наявність носіїв заряду забезпечується електронною емісією.
Перевірте себе ( тесто ві завдання - 2 бали)
- 20. При силі струму 1,6 А на катоді за 10 хв відклалась мідь масою 0,316 г. Визначте електрохімічний еквівалент міді.
А. 3,04 · 10 кг/Кл В.3,63 · 10 кг/Кл
Б. 3,3 · 10ˉ кг/Кл Г. 3,94 · 10ˉ кг/Кл
- 22. Термі стор, опір якого при кімнатній температурі 20кОм, включили послідовно з резистором опору 5кОм і на цю ділянку подали напругу. Внаслідок нагрівання термістора сила струму збільшилась у 3 рази. У скільки разів зменшився опір термістора, якщо напруга на цій ділянці кола весь час підтримувалася постійною.
А.В 3 рази В.В 6 раз
Б.В 2 рази Г. Інша відповідь
- 19. За який час у ході електролізу азотнокислого срібла на катоді виділиться 25 г срібла? Сила струму є сталою й дорівнює 0,5 А.
А. 13 год
Б. 12,4 год
В. 13 хв
Г. 12,4 год
- 21. Іонізуюче випромінювання кожну секунду створює в 1 см газу в трубці 50 · 10 пар однозарядних іонів. Якою буде сила струму насищення під час несамостійного розряду, якщо об'єм трубки 600 см?
А. 480 нА
Б. 480 мА
В. 480 А
Г. інша відповідь
Перевірте себе ( тесто ві завдання - 4 бали)
- 23. Електроліз хлориду міді триває 1 годину за напруги 5В. На катоді відклалося 3г міді. Який опір цього розчину? Електрохімічний еквівалент міді дорівнює 3,3 · 10 ˉ кг⁄Кл.
А. 1 Ом В. 2.5 Ом
Б. 2 Ом Г. 0.5 Ом
- 25. Нікелювання металевої пластинки здійснювалося при силі струму 0,15 А й тривало 4 год. Визначте товщину шару нікелю, що вкрив пластину, якщо площа поверхні пластинки становить 48 см.
А. 15 мкм В. 15 см
Б. 15мм. Г. інша відповідь
- 24. Визначте масу міді,що виділилася на катоді за 0,5 год електролізу мідного купоросу, якщо електроліз здійснювався при напрузі 2В,а опір розчину 5Ом.
А. 238 г В. 238 кг
Б. 238 мг Г. 23,8 г
- 26. Деталь необхідно покрити шаром хрому товщиною 50 мкм. Скільки часу потрібно для покриття , якщо норма густини струму під час хромування 2 кА/м.
Густина хрому 7200 кг/м.
А. 20,5 год В. 16,7 хв
Б. 20,5 хв Г. 16,7 год
Таблиця правильних відповідей
1
2
А
3
14
В
4
15
Г
А
В
Г
16
5
6
17
Г
В
7
Б
В
18
8
19
Г
Б
Б
В
20
9
21
10
Б
Б
Б
22
А
11
12
23
Г
А
24
В
Б
13
25
Б
Б
26
А
В
Получите свидетельство
Вход
Электрический ток в различных средах (4.35 MB)
1
1457
63
Нравится
0
