Ученическая презентация «Электрический ток в различных средах»


Чтобы посмотреть презентацию с оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов:

Электрический ток в различных средахмай, 2016. Коллективная работа учащихся 10 класса.МБОЮ «ГЮЛ №86», город ИжевскУчитель Кравченко Лора Викторовна Электронная проводимость металловПроводимость металлов обусловлена движением свободных электронов. Доказательство тому было представлено в опытах Л.И.Мандельштама и Н.Д.Папалекси(1913), Б.Стюарта и Р.Толмена(1916). Опыты показали, что ток создается движением отрицательно заряженных частиц. Переносимый при этом заряд пропорционален отношению заряда частиц, создающих ток, к их массе - |q|/m. Оно оказалось равным 1,8•1011 Кл/кг. Эта величина совпадала с отношениемзаряда электрона к его массе - е/m. Тарасова 1 Электронная проводимость металловСредняя скорость упорядоченного движения электронов пропорциональна напряженности электрического поля в проводнике v~E и, следовательно, разности потенциалов на концах проводника, т.к. E=U/l. Сила тока в проводнике пропорциональна скорости упорядоченного движения частиц. Поэтому можно сказать, что сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника: I~U. В этом состоит качественное объяснение закона Ома на основе электронной теории проводимости металлов.Если экспериментально определить среднюю кинетическую энергию теплового движения электронов в металле при комнатной температуре и найти соответствующую этой энергии температуру, то получим температуру порядка 10^5-10^6 К. Такая температура существует внутри звезд. Движение электронов в металле подчиняется законам квантовой механики. Федорова Электронная проводимость металловНосителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Их концентрация примерно 10^28 1/м3. Электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они перемещаются упорядоченно со средней скоростью примерно 10^-4 м/с. Эта скорость не увеличивается, т.к.,сталкиваясь с ионами кристаллической решетки, электроны теряют направленное движение, а затем опять под действием электрического поля начинают двигаться направленно.Федорова Зависимость сопротивления проводника от температуры R0 - сопротивление проводника при температуре 0°C. α - температурный коэффициент сопротивления (относительное изменение сопротивления проводника при нагревании на 1К). Для чистых металлов α≈1/273К-1. 2Салихов Г., Сунцов А. Салихов Г., Сунцов А. Салихов Г., Сунцов А. Салихов Г., Сунцов А. Зависимость сопротивления проводника от температуры 2Для всех металлов температурный коэффициент больше нуля. Для растворов электролитов температурный коэффициент меньше нуля.Когда мы повышаем температуру, то увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки. Следовательно, свободные электроны будут чаще с ними сталкиваться. При столкновении они будет терять направленность своего движения. Следовательно, сила тока будет уменьшаться. Для всех металлов температурный коэффициент больше нуля. Для растворов электролитов температурный коэффициент меньше нуля.Когда мы повышаем температуру, то увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки. Следовательно, свободные электроны будут чаще с ними сталкиваться. При столкновении они будет терять направленность своего движения. Следовательно, сила тока будет уменьшаться. Сверхпроводимость Сверхпроводимость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). Известны несколько сотен соединений, чистых элементов,сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость — квантовое явление. Оно характеризуется также эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объёма сверхпроводника. Сверхпроводники находят широкое применение. Так, Магнит, левитирующий над высокотемпературным сооружают мощные электромагниты со сверхпроводящей сверхпроводником, охлаждаемым жидким азотом.обмоткой, которые создают магнитное поле на протяжении длительных интервалов времени без затрат энергии. Ведь выделения тепла в сверхпроводящей обмотке не происходит. Мамаев П., Шишкин В.3 3 СверхпроводимостьВ 1911 году голландский физик Х. Камерлинг-Oннес открыл это явление - сверхпроводимость. Он обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии ее сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1К очень резко падает до нуля. Это явление и называется сверхпроводимостью. Позже было открыто много других сверхпроводников. Если бы удалось создать сверхпроводящие материалы при температурах, близких к комнатным, то была бы решена важнейшая техническая проблема — передача энергии по проводам без потерь. В настоящее время физики работают над решением этой проблемы.В 1986 году была открыта высокотемпературная сверхпроводимость. Получены сложные оксидные соединения лантана, бария, и других элементов с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 100 К. Кто автор слайда? СверхпроводимостьСверхпроводимость — вещь странная и, в некоторой мере, даже противоречащая здравому смыслу. Когда электрический ток течет по обычному проводу, то, в результате наличия у провода электрического сопротивления, ток совершает некую работу, направленную на преодоление этого сопротивления со стороны атомов, в результате чего выделяется тепло. При этом каждое соударение электрона — носителя тока — с атомом тормозит электрон, а сам атом-тормоз при этом разогревается — вот почему спираль электрической плитки становится такой красной и горячей. Всё дело в том, что спираль обладает электрическим сопротивлением, и, вследствие этого, при протекании по ней электрического тока, выделяет тепловую энергию . Сегодня науке известны материалы, остающиеся сверхпроводниками даже при 160К (то есть чуть ниже –100°C). При этом общепринятой теории, которая объясняла бы этот класс высокотемпературной сверхпроводимости, до сих пор не создано, но совершенно ясно, что в рамках теории БКШ ее объяснить невозможно. Электрический ток в полупроводникахПолупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место междупроводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения.К полупроводникам следует отнести большинство минералов, неметаллические элементы 3-й, 4-й, 5-й и 6-й групп периодической таблицы Менделеева, неорганические соединения (сульфиды, оксиды и др.), некоторые сплавы металлов, органические красители. Для примера рассмотрим кремний-четырехвалентный элемент. во внешней оболочке атома имеется четыре электрона, сравнительно слабо связанных с ядром.нафиков, чистякова4 Строение полупроводников.Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой ковалентной связью. Электронная проводимость- проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов. Дырочная проводимость. При разрыве связи между атомами полупроводника образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, не разорванными связями. чистякова, нафиков Собственная и примесная проводимость полупроводников При нагревании полупроводников их атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не могут быть захвачены соседними атомами, так как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая электронный ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов в кристаллической решетке приводит к образованию положительного иона. Этот ион может нейтрализоваться, захватив электрон. (Русских Майя)5 Полупроводники — это вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличием примесей, изменением освещенности. Собственная проводимость полупроводниковВ идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры собственная проводимость проводников увеличивается.(Русских Майя)5Далее, в результате переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном — «дырки». Внешне этот процесс хаотического перемещения воспринимается как перемещение положительного заряда. При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение «дырок» — дырочный ток проводимости. Электрический ток через контакт полупро- водников с разным типом проводимостиКонтакт двух полупроводников с разным типом проводимости называют р-n- или n-р-переходом.Электроны на рисунке изображены голубыми кружочками, дырки — серыми.В левой части много свободных электронов, а в правой их концентрация очень мала. В правой части, наоборот, много дырок, т. е. вакантных мест для электронов. Как только полупроводники приводят в контакт, начинается диффузия электронов из области с проводимостью n-типа в область с проводимостью p-типа и соответственно переход дырок в обратном направлении.6Зубарев Электрический ток через контакт полупро- водников с разным типом проводимостиЧерез переход пойдёт ток, при этом он будет создан основными носителями — из области с n-типом проводимости в область с p-типом проводимости идут электроны, а из области с p-типом в область с n-типом — дырки. В этом случае р—n-переход называется прямым.Отметим, что электрический ток идёт во всей цепи: от положительного контакта через область p-типа к р—n-переходу, затем через область n-типа к отрицательному контакту (рис. 16.12). Проводимость всего образца велика, а сопротивление мало. Чем больше подаваемое на контакт напряжение, тем больше сила тока.Зависимость силы тока от разности потенциалов — вольт-амперная характеристика прямого перехода — изображена на рисунке (16.13) сплошной линией.Сопротивление контактного слоя очень велико. Ток через р—n-переход не идёт. Образуется так называемый запирающий слой. Такой переход называется обратным.Устройство, содержащее р—n-переход и способное пропускать ток в одном направлении и не пропускать в противоположном, называется полупроводниковым диодом. Полупроводниковый диод.Полупроводнико́вый дио́д — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переходов. Принцип действия полупроводниковых диодов основывается на различных физических явлениях переноса зарядов в твердотельном полупроводнике и взаимодействии их с электромагнитным полем в полупроводнике. 7На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction). Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод. Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно. Полупроводниковый диод.Плюс к аноду, минус к катоду. В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания. Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь, положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам. PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью, между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода. Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P. Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона). Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.Прямое включение диодаПетров МихаилСтамлер Кирилл ТранзисторТранзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, порождения и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора — изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде. 8Шадрин, Бушминне очень понятно, что такое транзистор ... 16 декабря 1947 года физик-экспериментатор Уолтер Браттейн, работавший с теоретиком Джоном Бардином, собрал первый работоспособный точечный транзистор Электрический ток в вакуумеВакуум - это такое состояние газа в трубке, когда при откачивании газа из сосуда молекулы газа успевают пролететь от одной стенки сосуда к другой, ни разу не испытав соударений друг с другом. Проводимость в вакууме обеспечивается введением извне заряженных частиц.Термоэлектронная эмиссия - явление испускания электронов веществом, нагретым до высокой температуры.9 Вакуумный диод- это прибор с односторонней проводимостью Односторонняя проводимость широко использовалась раньше в электронных приборах с двумя электродами - вакуумных диодах,которые служили для выпрямления электрического тока. Однако в настоящее время вакуумные диоды практически не применяются. А. Григорьева и В. Рузанова Электронно-лучевая трубкаЭлектро́нно-лучева́я тру́бка[1] (ЭЛТ), кинеско́п — электровакуумный прибор, преобразующийэлектрические сигналы в световые.В строгом смысле, электронно-лучевыми трубками называют[2] ряд электронно-лучевых приборов, однимиз которых является кинескоп.Принципиальное устройство:электронная пушка, предназначена для формирования электронного луча, в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках объединяются в электронно-оптический прожектор;экран, покрытый люминофором — веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение. 10 Электронно-лучевая трубкаБраун К.Немецкий физикВ 1895 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе трубки Крукса создал катодную трубку, получившую названия трубки Брауна. Луч отклонялся с помощью электромагнита только в одном измерении, второе направление развёртывалось при помощи вращающегося зеркала. Браун решил не патентовать своё изобретение, выступал со множеством публичных демонстраций и публикаций в научной печати[3]. Трубка Брауна использовалась и совершенствовалась многими учёными. В 1903 году Артур Венельт поместил в трубке цилиндрический электрод (цилиндр Венельта), позволяющий менять интенсивность электронного луча, а соответственно и яркость свечения люминофора. Электронно-лучевая трубкаВ 1859 году Юлиус Плюккер открыл катодные лучи. В 1879 году Уильям Крукс создал прообраз электронной трубки, установил, что катодные лучи распространяются линейно, но могут отклоняться магнитным полем. Также он обнаружил, что при попадании катодных лучей на некоторые вещества, последние начинают светиться.В 1906 году сотрудники Брауна М. Дикман и Г. Глаге получили патент на использование трубки Брауна для передачи изображений, а в 1909 году М. Дикман предложил в статье фототелеграфное устройство для передачи изображений с помощью трубки Брауна, в устройстве для развёртки применялся диск Нипкова.С 1902 года с трубкой Брауна работает Борис Львович Розинг. 25 июля 1907 года он подал заявку на изобретение «Способ электрической передачи изображений на расстояния». Развертка луча в трубке производилась магнитными полями, а модуляция сигнала (изменение яркости) — с помощью конденсатора, который мог отклонять луч по вертикали, изменяя тем самым число электронов, проходящих на экран через диафрагму. 9 мая 1911 года на заседании Русского технического общества Розинг продемонстрировал передачу телевизионных изображений простых геометрических фигур и приём их с воспроизведением на экране ЭЛТ.Чураков Алексей Юлиус Плюккер Немецкий математик и физикЧураков А. Электрический ток в жидкостяхМерзлякова, Глазкова11Жид­ко­сти, как и твер­дые тела, могут быть про­вод­ни­ка­ми, по­лу­про­вод­ни­ка­ми и ди­элек­три­ка­ми.Жидкости-проводники по-другому называют проводниками второго рода. Тип про­во­ди­мо­сти таких про­вод­ни­ков – ион­ный.Про­вод­ни­ки вто­ро­го рода – такие про­вод­ни­ки, в ко­то­рых при про­те­ка­нии тока про­ис­хо­дят хи­ми­че­ские про­цес­сы. Электрический ток в жидкостяхРастворы солей, кислот и оснований, способные проводить электрический ток, называются электролитами.Электролиты Прохождение электрического тока через электролит обязательно сопровождается выделением вещества в твёрдом или газообразном состоянии на поверхности электродов. Выделение вещества на электродах показывает, что в электролитах электрические заряды переносят заряженные атомы вещества – ионы. Этот процесс называется электролизом.Электрический ток в жидкостяхЭлектролизГальванопластикаГальваностегия Закон электролизаКоличественные характеристики электролиза выражаются двумя законами Фарадея:1) Масса вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через.2) При электролизе различных химических соединений одинаковые количества электричества выделяют на электродах массы веществ, пропорциональные их электрохимическим эквивалентам.Эти два закона можно объединить в одном уравнении: Зяблицева Валеева12 Величина называется электрохимическим эквивалентом вещества. Если продолжительность электролиза измерять в часах, то число Фарадея должно быть выражено в ампер-часах. В этом случае F=26,8А·ч/моль.Вследствие параллельных побочных процессов масса вещества, получаемого при электролизе, оказывается часто меньше той, которая соответствует количеству прошедшего электричества. Отношение массы вещества, реально выделенного на электроде, к теоретической и умноженное на 100%, называют выходом по току: . Убедиться в справедливости закона Фарадея можно на опыте Масса вещества, выделившегося на электроде за время t при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени: , где - электрохимический эквивалент (отношение массы иона к его заряду, [кг/Кл]). Электролитические ванны заполнены одинаковым раствором электролита, но токи, проходящие через них различны. Тогда . Измеряя массы веществ, выделившихся на электроде в разных ваннах, можно убедиться, что они пропорциональны соответствующим силам токов.Формула модуля заряда электрона: ББББББ,, , Электрический ток в газах. ПлазмаВ обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. он состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей эл.тока.Газ-проводник - это ионизированный газ. Ионизированный газ обладает электронно-ионной проводимостью.Воздух является диэлектриком в линиях электропередач, в воздушных конденсаторах, в контактных выключателях.Воздух является проводником при возникновении молнии, электрической искры, при возникновении сварочной дуги.13 Ионизация газов - это распад нейтральных атомов или молекул на положительные ионы и электроны путем отрыва электронов от атомов.Ионизацию вызывают:Высокая температура.Ультрафиолетовые лучи.Рентгеновские лучи, γ - лучи и т. п.После иони­за­ции газа, если при­ло­жить неко­то­рую раз­ность по­тен­ци­а­лов, раз­но­имен­но за­ря­жен­ные ча­сти­цы нач­нут дви­же­ние в про­ти­во­по­лож­ных на­прав­ле­ни­ях, что будет озна­чать про­те­ка­ние тока.Газ перестает быть проводником, если ионизация прекращается, это происходит в следствие рекомбинации ( воссоединения противоположно заряженных частиц).Ионизация газов Газовый разрядПро­те­ка­ние тока в газах – ско­ро­теч­ное дви­же­ние боль­шо­го ко­ли­че­ства ионов между элек­тро­да­ми. Такое про­те­ка­ние тока на­зы­ва­ет­ся га­зо­вым раз­ря­дом. Элек­три­че­ские раз­ря­ды в газе можно раз­де­лить на два вида: са­мо­сто­я­тель­ные и неса­мо­сто­я­тель­ные. Неса­мо­сто­я­тель­ные раз­ря­ды – раз­ря­ды, ко­то­рые про­ис­хо­дят толь­ко при на­ли­чии внеш­не­го иони­за­то­ра и пре­кра­ща­ют­ся при его устра­не­нии. Са­мо­сто­я­тель­ные раз­ря­ды – раз­ря­ды, про­ис­хо­дя­щие и при от­сут­ствии иони­за­то­ров. Виды самостоятельных разрядов1. тлеющий - при низких давлениях(до нескольких мм рт.ст.) -наблюдается в газосветных трубках и газовых лазерах.2. искровой - при нормальном давлении и высокой напряженности электрического поля (молния - сила тока до сотен тысяч ампер).3. коронный - при нормальном давлении в неоднородном электрическом поле ( на острие ).4. дуговой - большая плотность тока, малое напряжение между электродами ( температура газа в канале дуги -5000-6000 градусов Цельсия); наблюдается в прожекторах, проекционной киноаппаратуре.Эти разряды наблюдаются:тлеющий - в лампах дневного света;искровой - в молниях;коронный - в электрофильтрах, при утечке энергии;дуговой - при сварке, в ртутных лампах. ПлазмаПлазма - это четвертое агрегатное состояние вещества с высокой степенью ионизации за счет столкновения молекул на большой скорости при высокой температуре; встречается в природе: ионосфера - слабо ионизированная плазма, Солнце - полностью ионизированная плазма; искусственная плазма - в газоразрядных лампах.Плазма бывает:Низкотемпературная - при температурах меньше 100 000К;высокотемпературная - при температурах больше 100 000К.Основные свойства плазмы:- высокая электропроводность- сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями.

Приложенные файлы

  • pptx file108
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий