Презентация к уроку "Электрический ток в различных средах"

• Металлы имеют кристаллическое строение . В узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы,совершающие тепловые колебания вблизи положения равновесия,а в пространстве между ними хаотично движутся свободные электроны.

• При действии электрического поля в металлическом проводнике кроме теплового движения возникает упорядоченное движение электронов (или дрейф),т.е. электрический ток. Скорость дрейфа электронов очень мала (0 ,6-6 мм/с).Мгновенное появление электрического тока в проводнике связано со скоростью распространения электрического поля равной 300000 км/с.

Опыт Рикке

. В течение года через цилиндры пропускался значительный электрический ток. За это время через них прошел заряд, равный примерно трем с половиной миллионам кулонов. Когда цилиндры разъединили и вновь определили их массы, выяснилось, что массы цилиндров не изменились. Это позволяет сделать вывод,что ток в металлах осуществляется частицами совершенно одинаковыми для меди и алюминия,т.е электронами.

• Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов. Идея таких опытов и первые качественные результаты принадлежат русским физикам Л. И. Мандельштаму и Н. Д. Папалекси (1913 г.). В 1916 году американский физик Р. Толмен и шотландский физик Б. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов.

• Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Электролитами являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований .При растворении вещества в воде происходит расщепление его молекул на ионы под действием полярных молекул воды.Этот процесс называется электролитическая диссоциация.

• Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Электролитами являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований .При растворении вещества в воде происходит расщепление его молекул на ионы под действием полярных молекул воды.Этот процесс называется электролитическая диссоциация.

+

–

+

–

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза .

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду ( катоду ), отрицательные ионы – к положительному электроду ( аноду ).

• 1.Получение чистых металлов (рафинирование меди,добывание алюминия).
• 2.Гальваностегия-покрытие поверхности одного металла тонким слоем другого(никелирование,хромирование…)
• 3.Гальванопластика-получение копий предмета с рельефного изображения(чеканка монет,медалей,полиграфическая промышленность).

  При обычных условиях - низких температурах и отсутствии внешнего облучения - газы состоят из нейтральных атомов или молекул. В них нет свободных электрических зарядов, упорядоченное перемещение которых и порождает электрический ток. Поэтому газы являются хорошими изоляторами. Это подтверждает и следующий опыт.

Нагретый газ является проводником и в нём устанавливается электрический ток. Процесс протекания электрического тока через газ называют газовым разрядом. Увеличение проводимости воздуха можно вызвать и иными способами, например действиями излучений: ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного и др. Вследствие нагревания или воздействия излучения часть атомов ионизуется - распадается на положительно заряженные ионы и электроны.

Ионизация газов при нагревании объясняется тем, что по мере нагревания молекулы движутся быстрее. При этом некоторые молекулы начинают двигаться так быстро, что часть из них при столкновениях распадается, превращаясь в ионы. Чем выше температура тем больше образуется ионов.     Пусть ионизованный газ находится в электрическом поле, у которого высокое напряжение. В таком поле электроны газа разгоняются до больших скоростей и приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы при соударении с нейтральным атомом или молекулой выбить из них вторичный электрон. Тот, в свою очередь, ионизует соседний атом и т. д. Этот процесс приобретает лавинообразный характер и называется ударной ионизацией.     За счет ударной ионизации число свободных электронов и ионов резко возрастает. Такой ионизованный газ называется плазмой. В плазме возникает электрический ток.     Такова природа тока в неоновых трубках, в лампах дневного света и т. п.

Газовым разрядом является электрическая искра. Если поместить разрядные шарики электрофорной машины на расстояний 3-4 см друг от друга и быстро вращать диски, то между шариками проскакивает искра, похожая на маленькую молнию. Такую же искру можно получить между разрядными шариками высоковольтного выпрямителя.

• Полупроводники занимают промежуточное место между хорошими проводниками и диэлектриками. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений.. Плохая проводимость полупроводников обусловлена малой концентрацией свободных заряженных частиц. Например,атомы германия образуют прочную парноэлектронную связь,которая при внешних воздействиях может нарушаться. Вакантное место в связи с недостающим электроном называется дырка .

• Под действием электрического поля в полупроводнике возникает упорядоченное перемещение свободных электронов и дырок,т.е. электрический ток.Направление движения дырок противоположно движению электронов.
• Такая проводимость полупроводников называется собственной.

• Электронная проводимость возникает,когда в кристалл полупроводника вводят примесь с большей валентностью. В этом случаи основными носителями заряда являются электроны , концентрация которых больше концентрации дырок.Полупроводник, обладающий электронной проводимостью называется полупроводником n -типа .

• Дырочная проводимость возникает,когда в кристалл полупроводника вводят примесь с меньшей валентностью.В этом случае основными носителями заряда являются дырки, концентрация которых больше концентрации электронов.Полупровод ник,обладающий дырочной проводимостью называется полупроводником p -типа

1.Полупроводниковый диод

2. Транзисторы

3. Фоторезисторы

4. Терморезисторы

Для существования электрического тока в вакууме нужно искусственно ввести в это пространство свободные электроны (с помощью эмиссионных явлений) .

Термоэлектронная эмиссия. Процесс испускания электронов нагретыми металлами называется термоэлектронной эмиссией . Интенсивность термоэлектронной эмиссии зависит от площади катода, температуры нагрева металла и свойств вещества. Если кинетическая энергия электронов больше энергии связи, то происходит термоэлектронная эмиссия.

Диод (двухэлектродная лампа)

Изобретен Т.А.Эдисоном. Состоит из:

1) Баллон – стекло или керамика.

2) Вакуум: 10-6 -10-7 мм рт. ст.

1*Катод – нить накала.

2*Анод – круглый или овальный цилиндр.

• Катод: в виде вертикального металлического цилиндра, покрытого слоем оксидов щелочноземельных металлов.(Позволяет увеличить долговечность катода. У таких катодов ток насыщения практически недостижим.)

Вольтамперные характеристики диода

С увеличением напряжения все большее количество электронов получает энергию, достаточную для того, чтобы достичь анода; ток возрастает. При некотором значении напряжения все электроны достигают анода. Ток перестает возрастать - ток насыщения. Для увеличения тока насыщения необходимо увеличить количество электронов (увеличить температуру катода). В приборах с косвенным накалом ток насыщения практически не достигается.

Подобно диоду, электронно-лучевая трубка также является прибором, в котором создан глубокий вакуум. Катод 4 за счет явления термоэлектронной эмиссии испускает электроны, притягиваемые трубчатым анодом 3.

Электрическое поле, существующее между катодом и анодом, придает электронам столь большую скорость, что они, пролетая сквозь отклоняющую систему 5, в виде электронного пучка 7 “бомбардируют” экран 1.

Чтобы не было искажения изображения на экране, электронно-лучевая трубка изнутри покрыта особым электропроводящим веществом – аквадагом 2, по которому электроны “стекают” на провод 6. Аквадаг, присоединенный к “+” источника тока, служит еще одним анодом трубки.