При прохождении электрического тока через какие среды происходит перенос вещества: В каких средах прохождение электрического тока сопровождается переносом   вещества?

«Электрический ток в различных средах».

Тест по теме: «Электрический ток в различных средах».

1 в-т.

1.Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в металлах?

А. Электронами и положительными ионами.

Б. Положительными и отрицательными ионами.

В. Электронами и дырками.

Г. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.

Д. Только электронами.

2.Какой минимальный по абсолютному значению заряд может быть перенесен электрическим током через электролит?

А. e≈1,6·10 -19Кл.

Б. 2e≈3,2·10 -19 Кл.

В. Любой сколь угодно малый.

Г. Минимальный заряд зависит от времени пропускания тока.

Д. 1 Кл.

3. Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в растворах или расплавах электролитов?

А. Электронами и положительными ионами.

Б. Положительными и отрицательными ионами.

В. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.

Г. Только электронами.

Д. Электронами и дырками.

4.Какие действия эл. тока всегда сопровождают его прохождение через любые среды?

А. Тепловое.

Б. Химическое.

В. Магнитное.

Г. Тепловое и магнитное.

Д. Тепловое, химическое и магнитное.

5.На рис. 1 представлено схематическое изображение транзистора. Какой цифрой на нем обозначен эмиттер?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

6. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?

А. В основном электронной.

Б. В основном дырочной.

В. В равной мере электронной и дырочной.

Г. Ионной.

Д. Не проводят электрический ток.

7. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с донорными примесями?

А. В основном электронной.

Б. В основном дырочной.

В. В равной мере электронной и дырочной.

Г. Ионной.

Д. Такие материалы не проводят электрический ток.

8. Какой из приведенных на рис. 2 графиков отражает зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4.

9. При прохождении через какие среды электрического тока происходит перенос вещества?

А. Через металлы и полупроводники.

Б. Через полупроводники и растворы электролитов.

В. Через растворы электролитов и металлы.

Г. Через газы и полупроводники.

Д. Через растворы электролитов и газы.

10. В одном случае в германий добавили пятивалентный фосфор, в другом – трехвалентный галлий. Каким типом проводимости в основном обладал полупроводник в каждом случае?

А. В первом дырочной, во втором электронной.

Б. В первом электронной, во втором дырочной.

В. В обоих случаях электронной.

Г. В обоих случаях дырочной.

Д. В обоих случаях электронно-дырочной.

11. Как изменится масса вещества, выделившегося на катоде при прохождении электрического тока через раствор электролита, если сила тока увеличится в 2 раза, а время его прохождения уменьшится в 2 раза?

А. Увеличится в 2 раза.

Б. Увеличится в 4 раза.

В. Не изменится.

Г. Уменьшится в 2 раза.

Д. Уменьшится в 4 раза.

12. В процессе электролиза “+” ионы перенесли на катод за 2с “+” заряд 4Кл, “- ” ионы перенесли на анод такой же по модулю “- ” заряд. Какова сила тока в цепи?

А. 0. Б. 2А. В. 4А. Г. 8А. Д. 16А.

13. Какой из графиков, приведенных на рис. 3, соответствует характеристике полупроводникового диода, включенного в прямом направлении?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

14. Какую из схем, показанных на рис. 4, следует предпочесть для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения и какую – для исследования зависимости обратного тока диода от напряжения?

А. Для обоих исследований следует выбрать схему 1.

Б. Для обоих исследований следует выбрать схему 2.

В. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 1, для обратного тока – схему 2.

Г. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 2, для обратного тока – схему 1.

Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

Тест по теме: «Электрический ток в различных средах».

2 в-т.

1.Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в полупроводниках?

А. Электронами и положительными ионами.

Б. Положительными и отрицательными ионами.

В. Электронами и дырками.

Г. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.

Д. Только электронами.

2.Какой минимальный по абсолютному значению заряд может быть перенесен электрическим током через металл?

А. e≈1,6·10 -19Кл.

Б. 2e≈3,2·10 -19 Кл.

В. Любой сколь угодно малый.

Г. Минимальный заряд зависит от времени пропускания тока.

Д. 1 Кл.

3. Какими носителями эл. заряда создается электрический ток при электрическом разряде в газах?

А. Электронами и положительными ионами.

Б. Положительными и отрицательными ионами.

В. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.

Г. Только электронами.

Д. Электронами и дырками.

4.Какие действия эл. тока наблюдаются при пропускании его через раствор электролита?

А. Тепловое, химическое и магнитное действия.

Б. Химическое и магнитное действия.

В. Тепловое и магнитное действия.

Г. Тепловое и химическое действия.

Д. Только магнитное действие..

5.На рис. 1 представлено схематическое изображение транзистора. Какой цифрой на нем обозначен коллектор?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

6. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?

А. Не проводят электрический ток.

Б. Ионной.

В. В равной мере электронной и дырочной.

Г. В основном дырочной.

Д. В основном электронной.

7. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с акцепторными примесями?

А. В основном электронной.

Б. В основном дырочной.

В. В равной мере электронной и дырочной.

Г. Ионной.

Д. Такие материалы не проводят электрический ток.

8. Какой из приведенных на рис. 2 графиков соответствует зависимости удельного сопротивления ртути от температуры (при температурах, близких к абсолютному нулю)?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

9. В каких средах при прохождении через них электрического тока переноса вещества не происходит?

А. В металлах и полупроводниках.

Б. В полупроводниках и растворах электролитов.

В. В растворах электролитов и металлах.

Г. В газах и полупроводниках.

Д. В растворах электролитов и газах.

10. В одном случае в образец германия добавили трехвалентный индий, в другом –пятивалентный бор. Какой тип проводимости преобладает в каждом случае?

А. В первом дырочной, во втором электронной.

Б. В первом электронной, во втором дырочной.

В. В обоих случаях электронной.

Г. В обоих случаях дырочной.

Д. В обоих случаях электронно-дырочной.

11. Как изменится масса вещества, выделившегося на катоде при прохождении электрического тока через раствор электролита, если сила тока уменьшится в 2 раза, а время его прохождения возрастет в 2 раза?

А. Увеличится в 2 раза.

Б. Увеличится в 4 раза.

В. Не изменится.

Г. Уменьшится в 2 раза.

Д. Уменьшится в 4 раза.

12. В процессе электролиза “+” ионы перенесли на катод за 2с “+” заряд 4Кл, “- ” ионы перенесли на анод такой же по модулю “- ” заряд. Какова сила тока в цепи?

А. 16А. Б. 8А. В. 4А. Г. 2А. Д. 0.

13. Какой из графиков, приведенных на рис. 3, соответствует характеристике полупроводникового диода, включенного в обратном направлении?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

14. Какую из схем, показанных на рис. 4, следует предпочесть для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения и какую – для исследования зависимости обратного тока диода от напряжения?

А. Ни один из приведенных ниже ответов не является правильным.

Б. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 2, для обратного тока – схему 1 .

В. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 1, для обратного тока – схему 2.

Г. Для обоих случаев следует выбрать схему 2.

Д. Для обоих случаев следует выбрать схему 1.

Ответы

Номер вопроса и ответ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1

Д

А

Б

В

А

В

А

В

Д

Б

В

Б

В

В

2

В

А

В

А

В

В

Б

Б

А

А

В

Г

Д

В

Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в металлах?

Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в металлах?

А. Электронами и положительными ионами.

Б. Положительными и отрицательными ионами.

В. Электронами и дырками.

Г. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.

Д. Только электронами.

Какой минимальный по абсолютному значению заряд может быть перенесен электрическим током через электролит?

А. e≈1,6·10 ^-19Кл.

Б. 2e≈3,2·10 ^-19 Кл.

В. Любой сколь угодно малый.

Г. Минимальный заряд зависит от времени пропускания тока.

Д. 1 Кл.

Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в растворах или расплавах электролитов?

А. Электронами и положительными ионами.

Б. Положительными и отрицательными ионами.

В. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.

Г. Только электронами.

Д. Электронами и дырками.

Какие действия эл. тока всегда сопровождают его прохождение через любые среды?

А. Тепловое.

Б. Химическое.

В. Магнитное.

Г. Тепловое и магнитное.

Д. Тепловое, химическое и магнитное.

5.На рис. 1 представлено схематическое изображение транзистора. Какой цифрой на нем обозначен эмиттер?

А. 1.    Б. 2.  В. 3.  Г. 4.  Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?

А. В основном электронной.

Б. В основном дырочной.

В. В равной мере электронной и дырочной.

Г. Ионной.

Д. Не проводят электрический ток.

Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с донорными примесями?

А. В основном электронной.

Б. В основном дырочной.

В. В равной мере электронной и дырочной.

Г. Ионной.

Д. Такие материалы не проводят электрический ток.

8. Какой из приведенных на рис. 2 графиков отражает зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4.

При прохождении через какие среды электрического тока происходит перенос вещества?

А.Через металлы и полупроводники.

Б. Через полупроводники и растворы электролитов.

В. Через растворы электролитов и металлы.

Г.Через газы и полупроводники.

Д. Через растворы электролитов и газы.

В одном случае в германий добавили пятивалентный фосфор, в другом – трехвалентный галлий. Каким типом проводимости в основном обладал полупроводник в каждом случае?

А. В первом дырочной, во втором электронной.

Б. В первом электронной, во втором дырочной.

В. В обоих случаях электронной.

Г. В обоих случаях дырочной.

Д. В обоих случаях электронно-дырочной.

11. Как изменится масса вещества, выделившегося на катоде при прохождении электрического тока через раствор электролита, если сила тока увеличится в 2 раза, а время его прохождения уменьшится в 2 раза?

А. Увеличится в 2 раза.

Б. Увеличится в 4 раза.

В. Не изменится.

Г. Уменьшится в 2 раза.

Д. Уменьшится в 4 раза.

12. В процессе электролиза «+» ионы перенесли на катод за 2с «+» заряд 4Кл, «- » ионы перенесли на анод такой же по модулю «- » заряд. Какова сила тока в цепи?

А. 0. Б. 2А. В. 4А. Г. 8А. Д. 16А.

13. Какой из графиков, приведенных на рис. 3, соответствует характеристике полупроводникового диода, включенного в прямом направлении?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

14. Какую из схем, показанных на рис. 4, следует предпочесть для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения и какую – для исследования зависимости обратного тока диода от напряжения?

А. Для обоих исследований следует выбрать схему 1.

Б. Для обоих исследований следует выбрать схему 2.

В. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 1, для обратного тока – схему 2.

Г. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 2, для обратного тока – схему 1.

Д. Среди ответов А – Г нет правильного.

                                                             3

                                                                          4

                                    2

                                                               1               Рис. 1

ρ                                        ρ                                            ρ                                        ρ

0                         t         0                        T             0                       T         0                           t

            1                                            2                                            3                                         4

Рис. 2

  I                                          I                                             I                                         I

0                         U       0                        U             0                       U        0                           U

            1                                            2                                            3                                         4

Рис. 3                                                                                     

+                                                                                              +

—

                                                                                          —

                                   1                                                                                            2                                                                                                  

Рис. 4

           В1. Чтобы сопротивление проводника увеличилось в 4 раза, при начальном значении 20 Ом, на какое количество градусов его необходимо нагреть?

Температурный коэффициент сопротивления 2,5 10^-4 1/ K

Контрольная работа №4 “Электрический ток в различных средах”

Вариант 2

Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в металлах?

А. Электронами и положительными ионами.

Б. Положительными и отрицательными ионами.

В. Электронами и дырками.

Г. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.

Д. Только электронами.

Электрический ток в жидкостях, металлах, газах, вакууме. Электролиз, законы Фарадея, ионизация, термоэлектронная эмиссия. Курсы по физике

Тестирование онлайн

• Электрический ток в различных средах. Основные понятия

Электрический ток в жидкостях

Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, солей и др.) раствор становится проводником, из-за распада молекул вещества на ионы. Это явление называется электролитической диссоциацией, а сам раствор электролитом, способным проводить ток.

В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита.

Первый закон Фарадея: масса вещества, выделяющегося на каком-либо из электродов, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит

Электрохимический эквивалент вещества — табличная величина.

Второй закон Фарадея:

Протекание тока в жидкостях сопровождается выделением теплоты. При этом выполняется закон Джоуля-Ленца.

Электрический ток в металлах

При прохождении тока металлы нагреваются. В результате чего ионы кристаллической решетки начинают колебаться с большей амплитудой вблизи положений равновесия. В результате этого поток электронов чаще соударяется с кристаллической решеткой, а следовательно возрастает сопротивление их движению. При увеличении температуры растет сопротивление проводника.

Каждое вещество характеризуется собственным температурным коэффициентом сопротивления — табличная величина. Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например манганин и константан.

Явление сверхпроводимости. При температурах близких к абсолютному нулю (-273⁰C) удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Сверхпроводимость — микроскопический квантовый эффект.

Применение электрического тока в металлах

Лампа накаливания производит свет за счет электрического тока, протекающего
по нити накала. Материал нити накала имеет высокую температуру плавления (например, вольфрам), так как она разогревается до температуры 2500 – 3250К.
Нить помещена в стеклянную колбу с инертным газом.

Электрический ток в газах

Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводником может стать ионизированный газ, содержащий электроны, положительные и отрицательные ионы.

Ионизация может возникать под действием высоких температур, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного), космических лучей, столкновения частиц между собой.

Ионизированное состояние газа получило название плазмы. В масштабах Вселенной плазма — наиболее распространенное агрегатное состояние вещества. Из нее состоят Солнце, звезды, верхние слои атмосферы.

Прохождение электрического тока через газ называется газовым разрядом.

В «рекламной» неоновой трубке протекает тлеющий разряд. Светящийся газ представляет собой «живую плазму».

Между электродами сварочного аппарата возникает дуговой разряд.

Дуговой разряд горит в ртутных лампах — очень ярких источниках света.

Искровой разряд наблюдаем в молниях. Здесь напряженность электрического поля достигает пробивного значения. Сила тока около 10 МА!

Для коронного разряда характерно свечение газа, образуя «корону», окружающую электрод. Коронный разряд — основной источник потерь энергии высоковольтных линий электропередачи.

Электрический ток в вакууме

А возможно ли распространение электрического тока в вакууме (от лат. vacuum — пустота)? Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком. Появление ионов привело бы к исчезновению вакуума и получению ионизированного газа. Но вот появление свободных электронов обеспечит протекание тока через вакуум. Как получить в вакууме свободные электроны? С помощью явления термоэлектронной эмиссии — испускания веществом электронов при нагревании.

Вакуумный диод, триод, электронно-лучевая трубка (в старых телевизорах) — приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии. Основной принцип действия: наличие тугоплавкого материала, через который протекает ток — катод, холодный электрод, собирающий термоэлектроны — анод.

Электрический ток в различных средах

1. Тест по теме: «Электрический ток в различных средах»

Для 10 физикоматематического класса

2. Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в металлах?

A.
B.
C.
D.
Электронами и положительными
ионами.
Положительными и отрицательными
ионами.
Электронами.
Положительными ионами,
отрицательными ионами и электронами

3. Какими носителями электрического заряда создается электрический  ток в электролитах?

A.
B.
C.
D.
Электронами и положительными
ионами.
Положительными и отрицательными
ионами.
Положительными, отрицательными
ионами и электронами.
Только электронами.

4. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?

A.
B.
C.
D.
В основном электронной.
В основном дырочной.
В равной мере электронной и
дырочной.
Ионной.

5. При прохождении через какие среды электрического тока происходит перенос вещества?

A.
B.
C.
D.
Через металлы и полупроводники.
Через полупроводники и растворы
электролитов.
Через растворы электролитов и
металлы.
Через растворы электролитов и газы.

6. Для какого устройства построена ВАХ?

A.
Вакуумный диод
B.
Полупроводниковый
диод
C.
Лампа накаливания
D.
Термистор

7. Для какого устройства построена ВАХ?

A.
Вакуумный диод
B.
Полупроводниковый
диод
C.
Лампа накаливания
D.
Термистор

8. От чего зависит сила тока насыщения газового разряда?

A.
От напряжения
B.
От сопротивления
C.
От давления
D.
От температуры

9. Какой из газовых разрядов применяется в уличной рекламе?

A.
Дуговой
B.
Коронный
C.
Тлеющий
D.
Искровой

10. Какой элемент транзистора выделен на рисунке?

A.
База
B.
Коллиматор
C.
Эмиттер
D.
Коллектор

Электрический ток — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

Основные теоретические сведения

Электрический ток. Сила тока. Сопротивление

К оглавлению…

В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.

Средняя сила тока находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):

Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I₁ до значения I₂, то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:

Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:

При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом. Сопротивление проводника R определяется по формуле:

где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.

Сопротивление проводника зависит и от его температуры:

где: R₀ – сопротивление проводника при 0°С, t – температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.

Диод в цепи постоянного тока

Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:

Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.

Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников

К оглавлению…

Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы) сопротивлением R, пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно. У каждого способа есть свои закономерности.

1. Закономерности последовательного соединения:

Формула для общего сопротивления последовательно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь последовательно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R₀ находится по формуле:

2. Закономерности параллельного соединения:

Формула для общего сопротивления параллельно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь параллельно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R₀ находится по формуле:

Электроизмерительные приборы

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R_B. Для того чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением R_A. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

К оглавлению…

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:

Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):

Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.

Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Несколько источников ЭДС в цепи

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:

1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

К оглавлению…

Работа A электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в теплоту Q, выделяющееся на проводнике. Эту работу можно рассчитать по одной из формул (с учетом закона Ома все они следуют друг из друга):

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Мощность электрического тока равна отношению работы тока A к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена, поэтому она может быть рассчитана по следующим формулам:

Работа электрического тока в СИ, как обычно, выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Энергобаланс замкнутой цепи

К оглавлению…

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R₁ и R₂ на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

Электролиз

К оглавлению…

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением вещества 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). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М.Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе. Итак, масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

где: n – валентность вещества, N_A – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

Электрический ток в газах и в вакууме

К оглавлению…

Электрический ток в газах

В обычных условиях газы не проводят электрический ток. Это объясняется электрической нейтральностью молекул газов и, следовательно, отсутствием носителей электрических зарядов. Для того чтобы газ стал проводником, от молекул необходимо оторвать один или несколько электронов. Тогда появятся свободные носителя зарядов — электроны и положительные ионы. Этот процесс называется ионизацией газов.

Ионизировать молекулы газа можно внешним воздействием — ионизатором. Ионизаторами может быть: поток света, рентгеновские лучи, поток электронов или α-частиц. Молекулы газа также ионизируются при высокой температуре. Ионизация приводит к возникновению в газах свободных носителей зарядов — электронов, положительных ионов, отрицательных ионов (электрон, объединившийся с нейтральной молекулой).

Если создать в пространстве, занятом ионизированным газом, электрическое поле, то носители электрических зарядов придут в упорядоченное движение – так возникает электрический ток в газах. Если ионизатор перестает действовать, то газ снова становится нейтральным, так как в нем происходит рекомбинация – образование нейтральных атомов ионами и электронами.

Электрический ток в вакууме

Вакуумом называется такая степень разрежения газа, при котором можно пренебречь соударением между его молекулами и считать, что средняя длина свободного пробега превышает линейные размеры сосуда, в котором газ находится.

Электрическим током в вакууме называют проводимость межэлектродного промежутка в состоянии вакуума. Молекул газа при этом столь мало, что процессы их ионизации не могут обеспечить такого числа электронов и ионов, которые необходимы для ионизации. Проводимость межэлектродного промежутка в вакууме может быть обеспечена лишь с помощью заряженных частиц, возникших за счет эмиссионных явлений на электродах.

Задачи

Задачи к уроку 50/14

1.      Космическая ракета при старте с Земли движется вертикально вверх с ускорением a = 25 м/с². Определите вес космонавта массой m = 100 кг. Ускорение свободного падения считать равным 10 м/с².

2.      Парашютист, достигнув в затяжном прыжке скорости υ₁ = 60 м/с, раскрыл парашют, после чего его скорость за t = 2 с уменьшилась до υ₂ = 10 м/с. Чему равен вес парашютиста массой m = 70 кг во время торможения? Ускорение свободного падения считать равным 10 м/с².

3.      Самолет, двигаясь с постоянной скоростью 720 км/ч, совершает фигуру высшего пилотажа – «мертвую петлю» – радиусом 1000 м. Чему равна перегрузка летчика в верхней точке петли? (g = 10 м/с²).

Задачи д/з к уроку 48/12

1.         Во сколько раз изменится сила Всемирного тяготения, если массу одного тела увеличить в 3 раза, а другого уменьшить в 9 раз?

2.         Во сколько раз изменится сила Всемирного тяготения, если расстояние между телами уменьшить в 5 раз?

3.         С каким ускорением всплывает тело массой 25 кг, если на него действует сила Архимеда 300 Н?

Задачи д/з к уроку 60  

1. Почему невозможно, из положения сидя прямо на стуле, встать на ноги, не наклонившись предварительно вперед?

2. Почему однородный прямоугольный кирпич можно положить на край стола, только если с края стола свисает не более половины длины кирпича?

3. Почему вы вынуждены отклоняться назад, когда несете в руках тяжелый груз?

Задачи д/з к уроку 58/7 

1. Какова средняя сила давления F на плечо при стрельбе из автомата, если масса пули m = 10 г, а скорость пули при вылете из канала ствола v = 300 м/с? Автомат делает 300 выстрелов в минуту.

2. Для проведения огневых испытаний жидкостный ракетный двигатель закрепили на стенде. С какой силой он действует на стенд, если скорость истечения продуктов сгорания из сопла 150 м/с, а расход топлива за 5 секунд составил 30 кг?

3. Ракета массой 1000 кг неподвижно зависла над поверхностью земли. Сколько топлива в единицу времени сжигает ракета, если скорость истечения продуктов сгорания из ракеты равна 2 км/с?

Теплопроводность – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

• Участник: Шароглазова Ксения Сергеевна
• Руководитель: Печерская Светлана Юрьевна

Цель данной работы: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Актуальность: В наше время разрабатываются новые материалы. Знания о теплопроводности различных веществ позволяет не только широко использовать их, но и предотвращать их вредное воздействие в быту, технике и природе.

Цель: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Задачи:

• изучить теоретический материал по данному вопросу;
• исследовать теплопроводность твердых тел;
• исследовать теплопроводность жидкостей;
• исследовать теплопроводность газов;
• сделать выводы о полученных результатах.

Гипотеза: все вещества (твердые, жидкие и газообразные) имеют разную теплопроводность.

Оборудование: спиртовка, штатив, деревянная палочка, стеклянная палочка, медная проволока, пробирка с водой.

Элементы УМК к учебнику А.В.Перышкина: учебник «Физика. 8 класс» А.В.Перышкина

Содержание работы

Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Видео: https://cloud.mail.ru/public/JCFY/CFTcCeqhE

Опыт 1

. Исследование теплопроводности твердых тел на примере деревянной палочки, стеклянной палочки и медного стержня

Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится.

Вывод: дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.

Вывод: стекло имеет плохую теплопроводность.

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Вывод: металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь. 

Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Опыт 2. Исследование теплопроводности жидкостей на примере воды

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Вывод: теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности металлов.

Опыт 3. Исследование теплопроводности газов

Исследуем теплопроводность газов. 

Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел.

Вывод: теплопроводность у газов еще меньше, чем у жидкостей. Итак, теплопроводность у различных веществ различна.

Выводы и их обсуждение

Вывод: Проведенные опыты показывают, что теплопроводность у различных веществ различна. Наибольшей теплопроводность обладают металлы, у жидкостей теплопроводность невелика и самая малая теплопроводность у газов.

Используя §4 учебника физики для 8 класса, представим результаты в виде таблицы:

Объяснение явления теплопроводности с молекулярно-кинетической точки зрения: теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В металлах частицы расположены близко, они постоянно взаимодействуют друг с другом. Скорость колебательного движения в нагретой части металла увеличивается и быстро передается соседним частицам. Повышается температура следующей части проволоки. В жидкостях и газах молекулы расположены на больших расстояниях, чем в металлах. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Применение теплопроводности

Теплопроводность на кухне

Теплопроводность и ее регулировка важны в процессе приготовления пищи. Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы (медь, алюминий…), так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Когда они соприкасаются с источником тепла, это тепло легко передается пище. Иногда бывает необходимо уменьшить теплопроводность — в этом случае используют кастрюли из материалов с более низкой теплопроводностью, или готовят способами, при которых пище передается меньшее количество тепла. Приготовление блюд на водяной бане — один из примеров уменьшения теплопроводности. Для посуды, предназначенной для приготовления пищи, не всегда используют материалы с высокой теплопроводностью. В духовом шкафу, например, часто используют керамическую посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Их самое главное преимущество — способность держать температуру. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне — плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью.

Материалы с невысокой теплопроводностью также используют для поддержания температуры пищи неизменной. Так, например, чтобы утренний кофе или суп, который берут в путешествие или на обед на работу, оставался горячим, его наливают в термос, чашку или банку с хорошей теплоизоляцией. Чаще всего в них пища остается горячей (или холодной) благодаря тому, что между их стенками находится материал, плохо проводящий тепло. Это может быть пенопласт или воздух, который находится в закрытом пространстве между стенками сосуда. Он не дает теплу перейти в окружающую среду, пище — остыть, а рукам — получить ожог. Пенопласт используют также для стаканчиков и контейнеров для пищи навынос. В вакуумном сосуде Дьюара (известном как «термос», по названию торговой марки) между наружной и внутренней стенкой почти нет воздуха — это еще больше уменьшает теплопроводность.

Отопительная система

Задача любой системы отопления является эффективная передача энергии от теплоносителя (горячей воды) в помещение. Для этого используют специальные элементы системы отопления – радиаторы. Радиаторы предназначены для повышения теплопередачи накопившейся в системе тепловой энергии в помещение. Они представляют собой секционную или монолитную конструкцию, внутри которой циркулирует теплоноситель. Основные характеристики радиатора отопления: материал изготовления, тип конструкции, габаритные размеры (кол-во секций), теплоотдача. Чем выше этот показатель, тем меньше тепловых потерь будет при передаче энергии от теплоносителя в помещение. Лучший материал для изготовления радиаторов – это медь. Наиболее часто используют чугунные радиаторы; алюминиевые радиаторы; стальные радиаторы; биметаллические радиаторы.

Теплопроводность для тепла

Мы используем материалы с низкой теплопроводностью для поддержания постоянной температуры тела. Примеры таких материалов — шерсть, пух, и синтетическая шерсть. Кожа животных покрыта мехом, а птиц — пухом с низкой теплопроводностью, и мы заимствуем эти материалы у животных или создаем похожие на них синтетические ткани, и делаем из них одежду и обувь, которые защищают нас от холода. Кроме этого мы делаем одеяла, так как спать под ними удобнее, чем в одежде. Воздух имеет низкую теплопроводность, но проблема с холодным воздухом в том, что обычно он может свободно двигаться в любом направлении. Он вытесняет теплый воздух вокруг нас, и нам становится холодно. Если движение воздуха ограничить, например, заключив его между внешней и внутренней стенками сосуда, то он обеспечивает хорошую термоизоляцию. У снега и льда тоже низкая теплопроводность, поэтому люди, животные и растения используют их для теплоизоляции. В свежем не утрамбованном снеге внутри находится воздух, что еще больше уменьшает его теплопроводность, особенно потому, что теплопроводность воздуха ниже теплопроводности снега. Благодаря этим свойствам, ледяной и снежный покров защищает растения от замерзания. Животные роют ямки и целые пещеры для зимовья в снегу. Путешественники, переходящие через заснеженные районы, иногда роют подобные пещеры, чтобы в них переночевать. С древнейших времен люди строили убежища изо льда, а сейчас создают целые развлекательные центры и гостиницы. В них часто горит огонь, и люди спят в мехах и синтетических спальных мешках.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности в организме людей и животных необходимо поддерживать определенную температуру в очень узких пределах. У крови и других жидкостей, а также у тканей разная теплопроводность и ее можно регулировать в зависимости от потребностей и окружающей температуры. Так, например, организм может изменить количество крови на участке тела или во всем организме с помощью расширения или сужения сосудов. Наше тело также может сгущать и разжижать кровь. При этом теплопроводность крови, а, следовательно, и части тела, где эта кровь течет, изменяется.

Теплолечение

Современные методы лечения теплом могут быть разделены на три большие группы: 1) контактное приложение нагретых сред; 2) светотепловое облучение и 3) использование теплоты, образующейся в тканях при прохождении высокочастотного электрического тока. Остановимся на использовании нагретых сред. Для теплолечения выбираются среды, позволяющие создать в них значительный запас теплоты. Эта теплота затем должна медленно и постепенно передаваться организму во все время процедуры. Для этого среда должна иметь, возможно, высокую теплоемкость и сравнительно низкие теплопроводность и конвекционную способности. Для теплолечения в основном применяют следующие среды: воздух, воду, торф, лечебные грязи и парафин.

Теплопроводность в бане

Многие любят отдыхать в саунах или банях, но сидеть там на скамейках из материала с высокой теплопроводностью — было бы невозможно. Требуется много времени, чтобы сравнять температуру таких материалов с температурой тела, поэтому вместо них используют материалы с низкой теплопроводностью, например дерево, верхние слои которого намного быстрее принимают температуру тела. Так как в сауне температура поднимается достаточно высоко, люди часто надевают на голову шапочки из шерсти или войлока, чтобы защитить голову от жары. В турецких банях хамамах температура намного ниже, поэтому там для скамеек используют материал с более высокой теплопроводностью — камень.

Интересные факты о теплопроводности

Тепло ли колючим зверям в иголках?

Шерсть не только спасает зверей от холода, но и служит средством защиты. А чтобы защита была внушительнее и надежнее, волосяной покров порой видоизменяется, превращаясь в своеобразные доспехи. Иглы, например. Но вот сохраняет ли такое облачение присущие шерсти свойства, не зябнут ли ежи и дикобразы в своих колючих шубках?

Ученые Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северова РАН обстоятельно изучили теплопроводные и теплоизоляционные свойства иголок, взятых со спины взрослого самца североамериканского дикобраза из коллекции Зоологического музея МГУ, и убедились, что греют эти самые иголки очень даже неплохо. Чтобы понять внутреннюю структуру игл, на них делали тонкие срезы, на которые напыляли золото для исследования в электронном микроскопе. Кератин — главная составляющая иголок — проводит тепло в 10 раз лучше, чем воздух. И благодаря этому иглы увеличивают теплопроводность «доспехов». Следовательно, возрастают и потери тепла с тела животного. Однако внутренняя пористая структура игл создает дополнительное экранирование теплового излучения, что, скорее всего, и компенсирует увеличение теплопроводности. Так что дикобраз, как и другие колючие звери, вовсе не страдает от холода. Иглистый покров сохраняет ровно столько тепла, сколько нужно теплокровному животному такого размера.

Полипропилен

Пока является лучшей основой для материалов (волокон, нитей, пряжи, полотен, тканей), используемых в производстве нательной спортивной одежды, термобелья и термоносков. Среди всех синтетических материалов, применяемых в этой области, он обладает самой низкой теплопроводностью. Поэтому одежда из полипропилена позволяет наилучшим образом сохранить тепло зимой и прохладу летом.

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

Материалом с наивысшей теплопроводностью является вовсе не какой-нибудь металл (серебро или медь), как думают многие. Самую высокую теплопроводность имеет материал, который похож на стекло – алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше, чем у серебра или меди. Если изготовить чайную ложечку из алмаза, то воспользоваться ею не удастся, так как она будет обжигать пальцы в ту же секунду.

Из чего изготавливают сваи при строительстве зданий в регионах с вечной мерзлотой?

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними. Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту. Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала, внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.

«Огнеупорный шарик»

Обычный воздушный шарик, надутый воздухом, легко воспламеняется в пламени свечи. Он тут же лопается. Если же к пламени свечи поднести такой же шарик, заполненный водой, он становится «огнеупорным». Теплопроводность воды в 24 раза больше, чем у воздуха. Значит, вода проводит тепло в 24 раза быстрее, чем воздух. Пока вода не испарится внутри шарика – он не лопнет.

Учебное пособие по физике: что такое волна?

Итак, волны везде. Но что делает волну волной ? Какие характеристики, свойства или поведение присущи явлениям, которые мы обычно характеризуем как волну? Как можно описать волны таким образом, чтобы мы могли понять их основную природу и качества?

Волна может быть описана как возмущение, которое распространяется через среду из одного места в другое. Рассмотрим обтягивающую волну в качестве примера волны.Когда обтягивающее изделие растягивается от края до края и удерживается в неподвижном состоянии, оно принимает естественное положение, известное как положение равновесия или положение покоя . Катушки обтягивающих, естественно, принимают это положение, находясь на одинаковом расстоянии друг от друга. Чтобы ввести волну в обтяжку, первая частица смещается или перемещается из положения равновесия или покоя. Частица может двигаться вверх или вниз, вперед или назад; но после перемещения он возвращается в исходное положение равновесия или покоя.Действие перемещения первой катушки обтяжки в заданном направлении с последующим ее возвращением в положение равновесия создает в обтяжке возмущение . Затем мы можем наблюдать, как это возмущение движется через обтяжку от одного конца к другому. Если первой катушке обтягивающего материала дается одиночная возвратно-поступательная вибрация, то мы называем наблюдаемое движение возмущения через обтяжку обтягивающим импульсом . Импульс — это одиночное возмущение, перемещающееся через среду из одного места в другое.Однако, если первая катушка обтяжки постоянно и периодически колеблется взад и вперед, мы наблюдаем повторяющееся возмущение, перемещающееся внутри обтяжки, которое сохраняется в течение некоторого длительного периода времени. Повторяющееся и периодическое возмущение, которое перемещается в среде из одного места в другое, называется волной .

Что такое среда?

Но что подразумевается под словом средний ? Среда — это вещество или материал, несущий волну.Вы, наверное, слышали фразу news media . Под новостными СМИ понимаются различные учреждения (редакции газет, телевизионные станции, радиостанции и т. Д.) В нашем обществе, которые передают новости из одного места в другое. Новость проходит через СМИ. СМИ не делают новости, и СМИ — это не то же самое, что новости. Средства массовой информации — это просто вещь , которая переносит новости из источника в различные места. Точно так же волновая среда — это вещество, которое переносит волну (или возмущение) из одного места в другое.Волновая среда — это не волна, и она не создает волны; он просто переносит или переносит волну от ее источника в другие места. В случае с нашей обтягивающей волной средой, через которую проходит волна, являются обтягивающие катушки. В случае водной волны в океане средой, через которую распространяется волна, является океанская вода. В случае звуковой волны, движущейся от церковного хора к скамьям, средой, через которую проходит звуковая волна, является воздух в комнате. А в случае волны стадиона, среда, через которую проходит волна стадиона, — это болельщики, которые находятся на стадионе.

Взаимодействие частиц с частицами

Чтобы полностью понять природу волны, важно рассматривать среду как совокупность взаимодействующих частиц . Другими словами, среда состоит из частей, которые могут взаимодействовать друг с другом. Взаимодействие одной частицы среды со следующей соседней частицей позволяет возмущению распространяться через среду.В случае обтягивающей волны частиц или взаимодействующих частей среды являются отдельными витками обтягивающей волны. В случае звуковой волны в воздухе частиц или взаимодействующих частей среды являются отдельными молекулами воздуха. А в случае волны на стадионе, частиц или взаимодействующие части среды являются болельщиками на стадионе.

Учитывайте наличие волны в обтяжке. Первая катушка возмущается и начинает толкать или тянуть вторую катушку; это толкание или притяжение второй катушки сместит вторую катушку из ее положения равновесия.Когда вторая катушка смещается, она начинает толкать или тянуть третью катушку; толкание или притяжение третьей катушки смещает ее из положения равновесия. Когда третья катушка смещается, она начинает толкать или тянуть четвертую катушку. Этот процесс продолжается последовательно, при этом каждая отдельная частица действует, вытесняя соседнюю частицу. Затем возмущение распространяется через среду. Среду можно представить как серию частиц, связанных пружинами.Когда одна частица движется, пружина, соединяющая ее со следующей частицей, начинает растягиваться и прикладывать силу к соседнему соседу. Когда этот сосед начинает двигаться, пружина, прикрепляющая этого соседа к своему соседу, начинает растягиваться и прикладывать силу к его соседнему соседу.

Волна переносит энергию, а не материю

Когда волна присутствует в среде (то есть когда есть возмущение, движущееся через среду), отдельные частицы среды только временно смещаются из своего положения покоя.На частицы всегда действует сила, возвращающая их в исходное положение. В обтягивающей волне каждый виток обтягивающего материала в конечном итоге возвращается в исходное положение. В водной волне каждая молекула воды в конечном итоге возвращается в исходное положение. А на волне стадиона каждый болельщик на трибуне в конечном итоге возвращается на исходное положение. По этой причине говорят, что волна включает движение возмущения без движения материи. Частицы среды (молекулы воды, обтягивающие катушки, вентиляторы стадиона) просто вибрируют в фиксированном положении, когда картина возмущения перемещается из одного места в другое.

Волны считаются феноменом переноса энергии . Когда возмущение движется через среду от одной частицы к соседней частице, энергия переносится от одного конца среды к другому. В обтекаемой волне человек передает энергию первой катушке, работая с ней. Первая катушка получает большое количество энергии, которое затем передает второй катушке. Когда первая катушка возвращается в исходное положение, она обладает тем же количеством энергии, что и до смещения.Первая катушка передавала свою энергию второй катушке. Вторая катушка затем имеет большое количество энергии, которое впоследствии передает третьей катушке. Когда вторая катушка возвращается в исходное положение, она обладает тем же количеством энергии, что и до смещения. Третья катушка получила энергию второй катушки. Этот процесс передачи энергии продолжается, когда каждая катушка взаимодействует со своим соседом. Таким образом, энергия переносится от одного конца обтяжки к другому, от ее источника к другому месту.

Эта характеристика волны как явления переноса энергии отличает волны от других типов явлений. Рассмотрим обычное явление, наблюдаемое во время игры в софтбол — столкновение биты с мячом. Тесто может передавать энергию от нее к софтболу с помощью летучей мыши. Тесто прикладывает силу к летучей мыши, тем самым передавая ей энергию в виде кинетической энергии. Затем летучая мышь передает эту энергию к софтболу и передает энергию к софтболу при столкновении.В этом примере летучая мышь используется для передачи энергии от игрока к софтболу. Однако, в отличие от волновых явлений, это явление связано с переносом вещества. Летучая мышь должна переместиться из исходного положения в место контакта, чтобы переносить энергию. В волновом явлении энергия может перемещаться из одного места в другое, но частицы вещества в среде возвращаются в свое фиксированное положение. Волна переносит свою энергию, не транспортируя материю.

Волны движутся через океан или озеро; тем не менее, вода всегда возвращается в исходное положение.Энергия переносится через среду, но молекулы воды не переносятся. Доказательством этого является тот факт, что посреди океана еще есть вода. Вода не переместилась из середины океана на берег. Если бы мы наблюдали за чайкой или уткой, отдыхающей на воде, они бы просто подпрыгивали вверх и вниз по кругу, когда волнение движется по воде. Чайка или утка всегда возвращаются в исходное положение. Чайку или утку не доставляют на берег, потому что вода, на которой они отдыхают, не переносится на берег.В водной волне энергия переносится без переноса воды.

То же самое можно сказать и о стадионной волне. На волне стадиона болельщики не встают со своих мест и ходят по стадиону. Мы все понимаем, что для любого фаната было бы глупо (и неловко) даже задуматься над такой мыслью. На волне стадиона каждый болельщик поднимается и возвращается на исходное место. Беспорядки проходят по стадиону, но болельщиков не перевозят. Волны связаны с переносом энергии без переноса материи.

В заключение, волну можно описать как возмущение, которое распространяется через среду, транспортируя энергию из одного места (ее источника) в другое, не транспортируя материю. Каждая отдельная частица среды временно перемещается, а затем возвращается в исходное положение равновесия.

Мы хотели бы предложить …

Зачем просто читать об этом и когда можно с этим взаимодействовать? Взаимодействовать — это именно то, что вы делаете, когда используете одно из интерактивных материалов The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашей интерактивной лаборатории Slinky Lab. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Slinky Lab предоставляет учащимся простую среду для изучения движения волны в среде и факторов, влияющих на ее скорость.

Проверьте свое понимание

1. ИСТИНА или ЛОЖЬ :

Чтобы Джон услышал Джилл, молекулы воздуха должны переместиться от губ Джилл к ушам Джона.

2. Кёрли и Мо проводят волновой эксперимент, используя обтягивающую трубу. Кудрявый привносит беспокойство в обтяжку, быстро дергая ее взад и вперед. Мо кладет свою щеку (лицо) на противоположный конец обтягивающего. Используя терминологию этого блока, опишите, что испытывает Мо, когда пульс достигает другого конца обтекателя.

3.Мак и Тош экспериментируют с импульсами на веревке. Они вибрируют концом вверх и вниз, чтобы создать импульс и наблюдать, как он движется из конца в конец. Как положение точки на веревке перед импульсом соотносится с положением после того, как импульс прошел?

4. Минута за минутой, час за часом, день за днем ​​океанские волны продолжают плескаться на берег. Объясните, почему пляж не полностью затоплен и почему середина океана еще не исчерпана своими запасами воды.

5. Среда способна переносить волну из одного места в другое, потому что частицы среды ____.

а. без трения

г. изолированные друг от друга

г. может взаимодействовать

г. очень легкий

проводников, изоляторов и потока электронов | Основные понятия электричества

Электроны атомов разных типов имеют разную степень свободы передвижения.В некоторых типах материалов, таких как металлы, внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более чем под влиянием тепловой энергии комнатной температуры. Поскольку эти практически несвязанные электроны могут свободно покидать свои соответствующие атомы и плавать в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами .

Проводники и изоляторы

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень небольшую свободу передвижения.Хотя внешние силы, такие как физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть свои соответствующие атомы и перейти к атомам другого материала, они не очень легко перемещаются между атомами внутри этого материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электрическая проводимость . Электропроводность определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома определяет его химическую идентичность) и тем, как атомы связаны друг с другом.Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками , а материалы с низкой подвижностью электронов (мало или без свободных электронов) называются изоляторами . Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Следует понимать, что не все проводящие материалы имеют одинаковый уровень проводимости, и не все изоляторы одинаково устойчивы к движению электронов.Электропроводность аналогична прозрачности некоторых материалов для света: материалы, которые легко «проводят» свет, называются «прозрачными», а те, которые этого не делают, — «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково светопроводят. Оконное стекло лучше, чем большинство пластиков, и, конечно, лучше, чем «прозрачное» стекловолокно. Так и с электрическими проводниками, одни лучше других.

Например, серебро является лучшим проводником в списке «проводников», предлагая более легкий проход для электронов, чем любой другой упомянутый материал.Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но эти материалы обладают значительно меньшей проводимостью, чем любой металл.

Также следует понимать, что некоторые материалы изменяют свои электрические свойства в различных условиях. Стекло, например, является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высокой температуры. Такие газы, как воздух, обычно изолирующие материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур.Большинство металлов при нагревании становятся хуже проводниками, а при охлаждении — лучше. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимостью ) при чрезвычайно низких температурах.

Электронный поток / Электрический ток

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, электроны могут скоординированно перемещаться через проводящий материал. Это равномерное движение электронов мы называем электричеством или электрическим током .Чтобы быть более точным, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества , которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Так же, как вода, текущая через пустоту трубы, электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может показаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, по большей части представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов через проводник часто называют «потоком».”

Здесь можно сделать примечательное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он толкает проводник впереди, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и остановка потока электронов по всей длине проводящего пути происходит практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Примерная аналогия — трубка, заполненная встык мрамором:

Трубка полна шариков, так же как проводник полон свободных электронов, готовых к перемещению под внешним воздействием.Если один шарик внезапно вставляется в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел лишь небольшое расстояние, передача движения через трубку происходит практически мгновенно от левого конца к правому концу, независимо от длины трубки. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: быстрые 186 000 миль в секунду !!! Однако каждый отдельный электрон проходит через проводник со скоростью , намного медленнее.

Электронный поток через провод

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны обеспечить им правильный путь для движения, точно так же, как водопроводчик должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, куда он или она хочет. Чтобы облегчить это, провода изготовлены из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, самых разных размеров.

Помните, что электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала.Это означает, что электрический ток может быть только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающий канал для прохождения электронов. В аналогии с мрамором шарики могут течь в левую сторону трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны, чтобы шарики могли вытекать. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики будут просто «скапливаться» внутри трубки, и мраморный «поток» не произойдет.То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, позволяющего этот поток. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является условным обозначением непрерывного отрезка проволоки. Поскольку проволока сделана из проводящего материала, такого как медь, составляющие ее атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проволоке. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда взяться и куда пойти.Добавим гипотетические «Источник» и «Назначение» электрона:

.

Теперь, когда Источник электронов проталкивает новые электроны в провод с левой стороны, поток электронов через провод может возникать (на что указывают стрелки, указывающие слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проволокой, будет нарушен:

Целостность цепи

Поскольку воздух является изолирующим материалом, а два куска провода разделяет воздушный зазор, некогда непрерывный путь был прерван, и электроны не могут течь от источника к месту назначения.Это похоже на разрезание водопроводной трубы на две части и закрытие ее сломанных концов: вода не может течь, если нет выхода из трубы. С точки зрения электричества, у нас было состояние электрической цепи , когда провод был одним куском, а теперь эта непрерывность прервана из-за того, что провод был разрезан и разделен.

Если бы мы возьмем другой кусок провода, ведущего к Пункту назначения, и просто вступим в физический контакт с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова будет непрерывный путь для движения электронов.Две точки на схеме обозначают физический контакт (металл-металл) между кусочками провода:

Теперь у нас есть непрерывность от Источника до вновь созданного соединения, вниз, вправо и вверх до Назначения. Это аналогично установке тройника в одну из закрытых труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание на то, что через сломанный сегмент провода с правой стороны не проходят электроны, потому что он больше не является частью полного пути от Источника к Пункту назначения.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиваются из-за продолжительных потоков. Однако при движении электроны сталкиваются с некоторым трением, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы рассмотрим более подробно позже.

ОБЗОР:

• В проводящих материалах внешние электроны в каждом атоме могут легко приходить или уходить и называются свободными электронами .
• В изоляционных материалах внешние электроны не так свободно перемещаются.
• Все металлы электропроводны.
• Динамическое электричество , или электрический ток , представляет собой равномерное движение электронов по проводнику.
• Статическое электричество — это неподвижный (если на изоляторе) накопленный заряд, образованный избытком или недостатком электронов в объекте. Обычно он образуется путем разделения зарядов путем контакта и разделения разнородных материалов.
• Чтобы электроны могли непрерывно (бесконечно) течь через проводник, должен быть полный, непрерывный путь, по которому они могут двигаться как внутрь, так и из этого проводника.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Волны как передача энергии — Science Learning Hub

«Волна» — это общий термин для ряда различных способов передачи энергии:

• В электромагнитных волнах энергия передается посредством колебаний электрических и магнитных полей.
• В звуковых волнах энергия передается посредством вибрации частиц воздуха или частиц твердого тела, через которые распространяется звук.
• В водных волнах энергия передается посредством вибрации частиц воды.

Волны передают энергию, но не массу

Когда мы наблюдаем прибойные волны, прибывающие к берегу, легко думать, что отдельные частицы воды движутся к нам, но на самом деле это не так. Частицы, участвующие в волнах, движутся вперед и назад перпендикулярно направлению волны, но не движутся значительно в направлении волны.Частицы «участвуют» в волне, сталкиваясь друг с другом и передавая энергию. Вот почему энергия может передаваться, даже если среднее положение частиц не меняется.

Как это работает? Это может помочь представить себе буй, покачивающийся в океане. Буй перемещается вверх и вниз проходящими мимо волнами, но не движется по воде в определенном направлении.

Вы также можете подумать о мексиканской волне на спортивном матче. Волна движется по арене, но зрители не двигаются вместе с ней — они только встают и садятся (движение перпендикулярно направлению волны).

Частицы в водной волне обменивают кинетическую энергию на потенциальную энергию

Когда частицы в воде становятся частью волны, они начинают двигаться вверх или вниз. Это означает, что им передана кинетическая энергия (энергия движения). По мере того, как частицы перемещаются дальше от своего нормального положения (вверх к гребню волны или вниз к впадине), они замедляются. Это означает, что часть их кинетической энергии была преобразована в потенциальную энергию — энергия частиц в волне колеблется между кинетической и потенциальной энергией.

Размышление о потенциальной энергии может помочь нам понять, почему цунами могут быть настолько разрушительными. Когда цунами приближается к берегу, оно опускается на мель (становится намного выше), поэтому частицы воды смещаются дальше от равновесия. Они приобретают много потенциальной энергии, которая высвобождается при взаимодействии волны с землей.

Измерение энергии в волне

Почему одни волны имеют больше энергии, чем другие? Частота и длина волны являются индикаторами ее энергии, но для разных типов волн это различно.

Для волн на воде наибольшую энергию имеют волны с высокой скоростью и большой длиной (например, цунами). Для электромагнитных волн скорость постоянна, поэтому волны с высокой частотой и короткой длиной волны (например, рентгеновские лучи) являются наиболее энергичными.

Для всех волн большая амплитуда означает больше энергии.

В интерактивном режиме электромагнитного спектра вы можете щелкнуть мышью на различных длинах волн, чтобы узнать больше о волнах, составляющих спектр.

Использование энергии волн

Ученые Новой Зеландии и других стран ищут способы превратить энергию водных волн в электричество.Океаны вокруг Новой Зеландии — многообещающие места для генерации энергии волн, потому что у нас большие волны и сильные течения. Для генерации волновой мощности потребуется подводное устройство (например, лопасть), которое будет двигаться в ответ на волны и приводить в действие турбину, производящую электричество.

Идея энергии волн привлекательна, потому что волны являются устойчивым ресурсом — их нельзя использовать (в отличие от других ресурсов, таких как уголь, который используется для производства электроэнергии в Новой Зеландии).Однако они довольно неэффективны — им нужно много прибрежного пространства для выработки полезного количества энергии. Используя математическое моделирование и построение физических моделей, ученые Kiwi исследуют, как использовать энергию волн, но пройдет некоторое время, прежде чем мы будем использовать электричество из энергии волн в наших домах.

В период с 2007 по 2011 год Управление по энергоэффективности и энергосбережению (EECA) управляло Фондом развертывания морской энергии, который финансировал проекты морской энергетики. После обзора ни один из проектов не был выбран для дальнейшего развития, и по состоянию на 2016 год ВЕЦА полагает, что изобилие более дешевых возобновляемых источников энергии в Новой Зеландии делает маловероятным, что морская энергия будет вносить вклад в национальную энергосистему в обозримом будущем.Исследования по использованию энергии океанских волн продолжаются в других странах.

С 2017 по 2019 год в рамках проекта Фонда инноваций в области устойчивого развития морей NIWA исследовало, будет ли производство электроэнергии из сильных приливных течений в проливе Кука целесообразным для Аотеароа. Чтобы узнать больше, см. Раздел «Энергия приливных течений — начало новой морской индустрии с огромным потенциалом» на веб-сайте NIWA.

Открытые учебники | Сиявула

Математика

Наука

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 7A

      • Марка 7Б

      • 7 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 7А

      • Граад 7Б

      • Граад 7 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 8A

      • Сорт 8Б

      • Оценка 8 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 8А

      • Граад 8Б

      • Граад 8 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 9А

      • Марка 9Б

      • 9 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 9А

      • Граад 9Б

      • Граад 9 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 4A

      • Класс 4Б

      • Класс 4 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 4А

      • Граад 4Б

      • Граад 4 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 5A

      • Марка 5Б

      • Оценка 5 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 5А

      • Граад 5Б

      • Граад 5 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 6A

      • Марка 6Б

      • 6 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 6А

      • Граад 6Б

      • Граад 6 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий.Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколь угодно часто. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственное ограничение заключается в том, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки каким-либо образом, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (безымянные версии)

Эти небрендовые версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, преобразовывать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Что такое проводимость в науке? — Определение и примеры — Видео и стенограмма урока

Хорошие проводники тепла и электричества

В общем, если объект является хорошим проводником тепла, обычно следует, что этот объект также является хорошим проводником электричества.Материалы классифицируются как хорошие проводники, если они позволяют потоку заряженных частиц и электрической энергии свободно проходить через них.

Некоторыми примерами хороших проводников обычно являются металлы, такие как серебро, медь, железо и алюминий. Их степень проводимости зависит от типа металла. Металлы обычно являются хорошими проводниками, потому что по крайней мере один электрон на атом может свободно перемещаться между атомами и передавать тепло и электричество. В списке проводников серебро вообще лучший проводник.

Неметаллические материалы, такие как грязная вода, бетон и графит, также являются проводниками. Грязная вода, в отличие от чистой, содержит ионы, которые делают ее хорошим проводником электричества. Бетон по-прежнему является проводником, но он гораздо менее проводящий, чем металлы. Графит, хотя и неметалл, все же способен проводить электричество, потому что у него есть свободные электроны, которые могут перемещаться внутри объекта для передачи электричества между атомами.

Другие материалы, такие как резина, дерево, стекло и сухой хлопок, не являются хорошими проводниками, потому что электроны внутри этих материалов не могут свободно перемещаться. Следовательно, тепло и энергия не передаются в материале так эффективно. Иногда мы надеваем резиновые перчатки, чтобы защитить себя от поражения электрическим током. Когда мы покрываем провода, мы также используем изоленту, которая сделана из пластика, который также является плохим проводником.Это также помогает предотвратить поражение электрическим током.

Резюме урока

Проводимость возникает, когда энергия передается через объект из-за движения частицы из-за контакта. Передаваемая энергия находится в форме тепла или электричества, поэтому мы обсудили два типа проводимости: теплопроводность и электрическая проводимость .

Существуют материалы, которые эффективно проводят тепло и электричество, в основном металлы, такие как медь, алюминий, серебро и железо.Некоторые неметаллы, такие как графит, бетон и грязная вода, также служат проводниками, но они не так эффективны, как металлы. Степень проводимости различается для разных материалов. Некоторые материалы, такие как дерево и резина, являются очень плохими проводниками.

Ключевые термины

• Проводимость : передача энергии в форме тепла или электричества от одного атома к другому в объекте за счет прямого контакта
• Проводимость тепла : происходит, когда молекулы вибрируют из-за повышения температуры, которая передает тепловую энергию окружающим молекулам
• Электропроводимость : возникает из-за движения электрически заряженных частиц через среду
• Хорошие проводники : материалы, которые позволяют потоку заряженных частиц и электрической энергии свободно проходить через них

Результаты обучения

Когда вы закончите, вы сможете:

• Описать, что такое проводимость, и определить два типа
• Объясните, что делает хорошего проводника
• Перечислите примеры хороших проводников

Когда я щелкаю выключателем, свет включается очень быстро.Насколько быстро в проводе течет электричество? | Ребята из науки

Когда я щелкаю выключателем, свет включается очень быстро. Насколько быстро в проводе течет электричество?

ноябрь 2001

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно взглянуть на саму материю на самом базовом уровне. Материя состоит из небольших единиц, называемых атомами. На этом атомном уровне материя обладает двумя основными характеристиками. Материя имеет массу и может иметь электрический заряд, положительный или отрицательный, или может быть нейтральным без заряда.Каждый атом содержит три типа частиц с разными характеристиками; положительные протоны, нейтральные нейтроны и отрицательные электроны.

Электрический ток (электричество) — это поток или движение электрического заряда. Электричество, проводимое в вашем доме по медным проводам, состоит из движущихся электронов. Протоны и нейтроны атомов меди не движутся. Фактическое продвижение отдельных электронов в заданном направлении через проволоку довольно медленное. Электроны должны пройти через миллиарды атомов в проводе, а это занимает значительное время.В случае медного провода калибра 12, по которому проходит ток 10 ампер (типично для домашней электропроводки), отдельные электроны перемещаются только примерно на 0,02 см в секунду или 1,2 дюйма в минуту (в науке это называется дрейфовой скоростью электронов). . Если такова природа, почему свет загорается так быстро? При такой скорости электронам потребовались бы часы, чтобы добраться до огней.

Атомы очень крошечные, менее миллиардной метра в диаметре. Проволока «заполнена» атомами и свободными электронами, и электроны движутся между атомами.В типичном медном проводе каждую секунду будут проходить триллионы электронов через любую заданную точку провода, но они будут проходить через эту точку очень медленно. Подумайте о проволоке в сравнении с трубкой, полной шариков. Если мы протолкнем еще один шарик в заполненную трубу, то один шарик должен будет выйти из другого конца. Электроны похожи на проволоку. Если кто-то двинется, они все должны двигаться. Таким образом, когда вы включаете переключатель, разность электрических потенциалов (создаваемая генератором) немедленно вызывает силу, которая пытается переместить электроны.Если вы заставляете двигаться один электрон при включении переключателя, электроны по всей проволоке перемещаются, даже если длина проволоки составляет много миль. Поэтому, когда вы включаете выключатель, электроны в свете начинают двигаться «мгновенно», насколько нам известно, то есть что-то начинает происходить во всей электрической системе. Хотя на самом деле электроны движутся по проводу медленно, мы говорим, что скорость электричества близка к скорости света (очень быстро). На самом деле мы имеем в виду, что воздействие электричества происходит «мгновенно».»Свет загорается в тот момент, когда вы щелкаете выключателем. Вам не нужно ждать, пока электроны потекут от выключателя к свету.

1. Электроны в движении — Практическая электроника: компоненты и методы [Книга]

Электроэнергия течет, когда замкнутая цепь позволяет электронам перемещаться из
высокий потенциал к более низкому потенциалу в замкнутом контуре. Другими словами, для протекания тока требуется источник электронов, обладающий силой, чтобы перемещать их, а также точка возврата электронов.

Поток электрического тока (физическое явление) характеризуется четырьмя
основные величины: напряжение, ток, сопротивление и мощность. Мы будем использовать
простая схема, показанная на рис. 1-4 в качестве основы для
после обсуждения. Обратите внимание, что схема показана как на картинке, так и на
схематическая форма. Подробнее о схематических обозначениях см. Приложение B.

Рисунок 1-4. Простая цепь постоянного тока

Здесь уместно сказать несколько слов о термине текущий . В слове больше, чем
одно значение в электронике, которое поначалу может сбивать с толку.В одном смысле,
ток относится к потоку электронов через какой-либо проводник. Это
это ссылка на движение заряда, переносимого электронами. В другом
В смысле, ток относится к количеству электронов, движущихся по проводнику.
В этом смысле он определяет объем электронов, проходящих мимо некоторой точки.
в цепи в какой-то момент времени. Другими словами, измерение тока
это определение количества движущихся электронов.

Один из способов подумать о токе — это помнить, что его нельзя измерить без движения, поэтому, когда вы видите или слышите слово ток , это обычно
имея в виду движение.Чтобы прояснить различие, термин текущий поток имеет вид
часто используется для обозначения движения электрических зарядов. Статические заряды, даже если
на клеммах общей батареи, не протекает ток и, следовательно, не поддается измерению
Текущий.

Ток, который течет только в одном направлении, как на рисунке 1-4, называется
постоянного тока (DC). Обычная батарея производит постоянный ток, как и источник постоянного тока.
в типичной компьютерной системе. Ток, который постоянно меняет направление, называется
переменного тока (АС).AC — это то, что выходит из бытовой розетки (в
США, например). Это также тип тока, который управляет громкоговорителями.
в стереосистеме. Скорость, с которой ток меняет направление, называется
частота и измеряется в циклах в секунду в Герцах (сокращенно Гц).
Таким образом, сигнал 60 Гц состоит из тока, меняющего направление 60 раз за
второй. Когда переменный ток используется для управления громкоговорителем, сигнал с
частота 440 Гц будет A выше среднего C для наших ушей.

По соглашению, постоянный ток протекает от плюса к земле.
(отрицательный), тогда как на самом деле электроны текут от отрицательного вывода к
положительный вывод источника питания. На рисунке 1-4 стрелки показывают
электронный поток. По сути, расхождение возникает из-за ошибочного предположения, сделанного
Бенджамин Франклин, который думал, что электроны имеют положительный заряд и текут
от положительных к отрицательным клеммам. Он угадал неправильно, но в итоге мы получили
условность, которая уже была прочно укоренилась к тому времени, когда физики выяснили
что на самом деле происходило.Следовательно, у нас есть обычный ток и электрон
текущий поток. Хотя вы должны знать об этом несоответствии, с этого момента
и далее мы будем использовать обычный ток, поскольку именно он
электронная промышленность использует.

А вольт (В) — единица измерения, используемая для разности электрических потенциалов, электрического
потенциал и электродвижущая сила. Когда используется термин напряжение , он обычно относится к
к разности электрических потенциалов между двумя точками.Другими словами, мы говорим, что
статический заряд имеет значение некоторого количества вольт (потенциала), но есть
определенное количество напряжения между двумя точками в цепи (разность потенциалов).

Напряжение можно представить как тип давления или движущей силы (хотя это не так.
фактически сила в механическом смысле). Это электродвижущая сила (ЭДС), создаваемая
от батареи или генератора какого-либо типа, а ЭДС может управлять током через цепь.
И хотя он может не выглядеть как генератор, блок питания (вроде того, который подключает
в розетку для зарядки сотового телефона) на самом деле не более чем преобразователь для
выход генератора где-нибудь на электростанции.

Еще один способ думать о напряжении — это разность электрических потенциалов между двумя точками.
в электрическом поле. Это похоже на разницу в потенциальной энергии пушечного ядра наверху лестницы, в отличие от ядра на вершине высокой башни. Оба ядра
существуют в гравитационном поле Земли, они оба обладают потенциальной энергией, и потребовалось некоторое
поработайте, чтобы поставить их обоих в нужное положение. Когда они выпускаются, пушечное ядро ​​наверху
при ударе о землю у башни будет больше энергии, чем у пушечного ядра, сброшенного с
верхняя часть лестницы, потому что она имела большую потенциальную энергию из-за своего положения.

Эти два описания напряжения на самом деле являются противоположными сторонами одной медали. В
Чтобы создать разность потенциалов между двумя точками, необходимо провести работу. Когда эта энергия
утеряна или использована, возможно падение. Когда пушечное ядро ​​падает на землю, все
энергия, вложенная в его установку против силы тяжести, используется для создания
красивая вмятина в земле.

Здесь важно помнить, что высокое напряжение дает больше доступной электрической энергии.
(давление), чем низкое напряжение.Вот почему вы не получаете ничего, кроме едва заметного
искра при коротком замыкании обычной 9-вольтовой батареи куском провода, но молния, при
около 10 000 000 вольт (или больше!), способна полностью пройти дугу между облаком и
земля в яркой вспышке. Молния имеет большее напряжение и, следовательно, больший потенциал.
разница, поэтому он способен преодолевать изолирующие эффекты промежуточного воздуха.

В то время как напряжение можно рассматривать как электрическое давление, ток является мерой величины,
или объем электронов, движущихся по цепи в некоторой заданной точке.Помните, что термин ток может иметь два разных значения: движение электронов (поток) и
объем электронного потока. В электронике слово ток обычно означает
количество электронов, проходящих через проводник в определенной точке в один момент времени
во время. В данном случае это относится к физической величине и измеряется в единицах
амперы (сокращенно A).

Теперь, когда мы рассмотрели напряжение и ток, мы можем изучить некоторые вещи.
это происходит во время движения заряда (протекания тока) при определенном напряжении.Каким бы хорошим ни был обычный проводник, он никогда не пройдет
электроны без сопротивления току (сверхпроводники получают
вокруг этого, но мы не будем здесь касаться этой темы). Сопротивление есть
мера того, насколько ток препятствует прохождению тока в цепи, и это
измеряется в омах, назван в честь немецкого физика Георга Симона Ома. «Сопротивление»
содержит более подробную информацию о физических свойствах сопротивления, а пока давайте рассмотрим, как
сопротивление взаимодействует с текущим потоком.

Сопротивление можно рассматривать как аналог механического трения (но аналогия
не идеально). Когда ток проходит через сопротивление, часть напряжения
разность потенциалов преобразуется в тепло, и будет падение напряжения на
резистор. Количество выделяемого тепла зависит от протекающего тока.
через сопротивление и величину падения напряжения. Мы посмотрим на это более внимательно
в силе».

Вы также можете думать о сопротивлении как о степени «липкости», которую валентность атома
Оболочечные электроны проявятся.Атомы, которые могут легко отдавать или принимать электроны, будут иметь
низкое сопротивление, тогда как те, кто хочет удерживать свои электроны, будут демонстрировать более высокое сопротивление.
сопротивление (и, конечно, те, которые не отдают электроны при нормальном
условия хорошие изоляторы).

Углерод, например, проводит электричество, но не так легко, как медь. Углерод
это популярный материал для изготовления компонентов, называемых резисторами, используемых в
электронные схемы. В главе 8 рассматриваются пассивные компоненты, такие как резисторы.

.