Електричний струм. Електрична провідність матеріалів

Прочитайте параграф 31 стор. 188-189 та запишіть в зошит

За дослідом з двома електрометрами ми можемо спостерігати короткочасний струм , яки й виникає під час з'єднання зарядженого і незарядженого електрометрів металевим стрижнем. Пояснення струму: електрони переходять від одного електрометра до іншого, поки значення зарядів на електрометрів не стане рівними.

• Наявність вільних заряджених частинок. У середовищі повинні бути вільні заряджені частинки, які можуть вільно переміщатися. Такі частинки ще називають носіями струму. За відсутності електричного поля вільні заряджені частинки рухаються хаотично.

  

• Наявність електричного поля. За наявності електричного поля вільні заряджені частинки рухаються в певному напрямку.

  

  Залежно від середовища, носіями струму можуть бути:

  1. У металах – вільні електрони.

  2. У рідинах – позитивні та негативні йони.

  3. У газах – електрони та йони.

Прочитайте параграф 31 стор.189-191 і запишіть в зошит

Електрична првідність у різних речовин є різною, тому речовини поділили на провідники, непровідники (ізолятори, діелектрики) та напівпровідники

Провідники — речовини та матеріали, які добре проводять електричний струм. (метали (як у твердому, так і в рідкому станах), графіт, водні розчини солей (наприклад, кухонної солі), кислот і лугів, плазма. )

Діелектрики — речовини та матеріали, які погано проводять електричний струм (ебоніт, порцеляна, гума, скло та ін.), рідин (дистильована вода, гас, спирт, бензин та ін.), газів (кисень, водень, азот, вуглекислий газ )

Напівпровідники речовини проводять електричний струм за певними зовнішними умовами, за іншими зовнішними умовами можуть зовсім не проводити струм (кремній; германій; арсен; селен.)

Застосування провідників та діелектриків. Провідники та діелектрики широко використовуються в промисловості, побуті та техніці. Основні приклади застосування:

1. Лінії електропередач:

   

   • Провідники: Дроти з міді або алюмінію передають електричний струм від електростанцій до споживачів.

   • Діелектрики: Порцелянові або скляні ізолятори запобігають витоку струму до опор і землі.

2. Внутрішні електричні мережі:

   

   • Провідники: Мідні та алюмінієві проводи доставляють струм до розеток, вимикачів, вилок та електроприладів.

   • Діелектрики: Ізоляційні матеріали (гумові або пластикові) захищають користувачів від ураження струмом. Це стосується проводів, розеток, вилок та вимикачів.

3. Електроприлади та їхні компоненти:

   • Провідники: Металеві елементи у пральних машинах, холодильниках, прасках забезпечують передачу електроенергії до основних вузлів.

   • Діелектрики: Пластмасові або гумові корпуси електроприладів захищають користувачів від ураження струмом.

     

     Застосування напівпровідників. Напівпровідники мають велике значення в електроніці та електротехніці. Основні приклади застосування:

     • Транзистори: Використовуються для підсилення сигналів, перемикання та генерації електричних імпульсів.

     • Діоди: Пропускають струм тільки в одному напрямку, застосовуються для випрямлення змінного струму.

     • Сонячні батареї: Перетворюють світлову енергію в електричну завдяки явищу фотоефекту.

     • Сенсори та датчики: Реагують на зміни температури, освітлення та інших фізичних величин, перетворюючи їх у електричні сигнали.

       

Передивитися відео файл, прочитати параграф 32 стор.193-196

Дії електричного струму

Основні дії електричного струму: теплова дія, світлова дія, хімічна дія, магнітна дія, фізіологічна дія.

1. Теплова дія електричного струму

Теплова дія електричного струму проявляється у нагріванні провідника, крізь який проходить струм. Коли в провіднику проходить струм, вільні заряджені частинки під дією електричного поля зіштовхуються з атомами та молекулами речовини, передаючи їм частину своєї енергії. Внаслідок цього збільшується середня швидкість хаотичного (теплового) руху частинок, і провідник нагрівається.

Приклади застосування:

• У побуті: Електроприлади, принцип роботи яких базується на тепловій дії струму: електропраски, електричні паяльники, електроплити, електрочайники, електрообігрівачі, електробойлери.

• У промисловості: Теплова дія струму використовується для зварювання, різання та плавлення металів, наприклад, у процесах електродугового зварювання.

• У сільському господарстві: Електричний струм застосовують для обігріву теплиць, інкубаторів, а також для сушіння зерна та сінажу.

• У природі: Теплова дія струму проявляється під час блискавки, коли величезна кількість енергії нагріває повітря до високих температур, що може спричинити займання лісу чи інших об’єктів.

2. Світлова дія електричного струму

Світлова дія електричного струму проявляється у випромінюванні світла різними матеріалами при проходженні через них струму. Це може відбуватися двома основними способами:

• Теплове світіння: Коли електричний струм проходить через провідник (наприклад, вольфрамову нитку у лампі розжарення), заряджені частинки зіштовхуються з атомами, що призводить до збудження атомів і виділення теплової енергії. Якщо температура провідника достатньо висока, частина цієї енергії випромінюється у вигляді видимого світла. Коли електричний струм проходить через провідник (наприклад, вольфрамову нитку у лампі розжарення), він нагріває провідник до високої температури.

• Люмінесцентне світіння: У напівпровідниках та газах світлове випромінювання може відбуватися без значного нагрівання. У напівпровідниках це відбувається внаслідок рекомбінації електронів та дірок, а у газах – через іонізацію атомів та рекомбінацію йонів, що супроводжується випромінюванням світла.

Приклади застосування:

• Лампи розжарення: Вольфрамова нитка нагрівається до високої температури та випромінює світло. Значна частина енергії при цьому перетворюється на тепло.

• Світлодіоди: Вони споживають менше енергії, оскільки основний процес – електролюмінесценція, яка відбувається без значного нагрівання. Застосовуються в освітлювальних приладах, кишенькових ліхтариках, інформаційних дисплеях.

• Газові лампи: Газ у скляних трубках іонізується при проходженні струму, випромінюючи світло різного кольору залежно від типу газу.

• Екрани смартфонів, планшетів, телевізорів: Сучасні екрани використовують LED або OLED технології, що забезпечує яскраве зображення з низьким енергоспоживанням та мінімальним нагріванням.

3. Хімічна дія електричного струму

Хімічна дія електричного струму проявляється в тому, що під дією струму в рідких провідниках (електролітах) відбуваються хімічні реакції. Коли струм проходить через розчин або розплав речовини, заряджені частинки (йони) починають рухатися до електродів. На електродах йони вступають у хімічні реакції:

• Позитивно заряджені йони (катіони) притягуються до негативного електрода (катода), де вони приймають електрони та відновлюються.

• Негативно заряджені йони (аніони) притягуються до позитивного електрода (анода), де вони віддають електрони та окиснюються.

Якщо пропустити струм через водний розчин сульфату міді (CuSO₄), на катоді виділяється мідь (Cu), а на аноді виділяється кисень (O₂).

Приклади застосування:

• Отримання металів: Електролізом отримують чисті метали, наприклад, алюміній з оксиду алюмінію.

• Очищення металів: За допомогою електролізу можна очистити метали від домішок. При очищенні міді на катоді осідає чиста мідь, а на аноді – залишки домішок.

• Нанесення металу на інші предмети: Нанесення тонкого шару металу (наприклад, срібла, хрому, золота) на інші предмети.

Акумулятори: Під час заряджання та розряджання відбуваються хімічні реакції з виділенням або поглинанням речовин.

4. Магнітна дія електричного струм

Магнітна дія електричного струму проявляється в тому, що навколо провідника зі струмом виникає магнітне поле. Це магнітне поле може взаємодіяти з іншими магнітами або з провідниками зі струмом. Сила магнітного поля залежить від сили струму, форми провідника (прямий дріт, котушка) та кількості витків у котушці.

Приклади застосування:

Електромагніти: Коли струм проходить через обмотку дроту навколо залізного осердя, створюється сильне магнітне поле, здатне притягувати металеві предмети. Використовуються у дверних замках. Коли натискаємо кнопку, струм проходить через котушку, і залізний стрижень притягує засувку.

Електродвигуни: Магнітне поле, створене струмом, взаємодіє з магнітами, змушуючи ротор обертатися. Вентилятори, іграшкові машинки та міксери працюють за принципом обертання ротора під дією магнітного поля.

Динаміки та навушники: Коли струм проходить через обмотку дроту, що розташована поблизу магніту, магнітне поле взаємодіє зі струмом. Це змушує мембрану динаміка коливатися, створюючи звукові хвилі. Так ми чуємо звук.

5. Фізіологічна дія електричного струму

Фізіологічна дія електричного струму проявляється в тому, що під його впливом у живих організмах виникають теплова, хімічна та магнітна дії. Основними об’єктами впливу струму є нервова, м’язова та серцево-судинна системи. Залежно від сили та тривалості дії струму, його вплив може бути як корисним (у медицині), так і небезпечним для здоров’я та життя.

У кабінетах фізіотерапії, ці властивості струму використовують для лікування:

• Теплова дія: опір тканин перетворює електричну енергію на тепло, що використовується для прогрівання глибоких шарів м’язів і суглобів (наприклад, діатермія – це високочастотна електромагнітна терапія для глибокого прогрівання тканин і розслаблення м’язів).

• Хімічна дія: постійний струм викликає переміщення іонів і електрохімічні реакції, які дозволяють вводити лікарські речовини безпосередньо в тканини (наприклад, електрофорез – це введення ліків у тканини за допомогою постійного струму).

• Магнітна дія: змінні або постійні магнітні поля впливають на кровообіг, клітинний обмін і зменшують запалення (наприклад, магнітотерапія – це пульсуючі або постійні магнітні поля для покращення мікроциркуляції та обміну речовин).

Але електричний струм може бути і небезпечним! Струм може викликати опік, судоми й навіть спричинити смерть. Тому будь-який електроприлад потрібно використовувати обережно, завжди дотримуючись інструкції.