Непроводники электричества

Поскольку электрический ток представляет собой организованное движение электрических зарядов, то для его существования необходима среда, в которой существуют заряды, способные двигаться под действием внешнего поля. Рассмотрим это явление более подробно. Кроме того, приведем примеры проводников и непроводников электричества.

provodnik-i-neprovodnik-elektrichestva.jpg

Проводники

Проводимость в кристалле металла

Самыми лучшими проводниками являются металлы. Происходит это потому, что ядра атомов с электронами внутренних электронных оболочек (ионы) образуют плотную регулярную пространственную структуру – кристаллическую решетку, электроны внешних оболочек оказываются «общими» для соседних ионов и могут достаточно свободно перемещаться от одного иона к другому.

fizika-132486-metallicheskaya-kristallicheskaya-reshetka.jpg

Рис. 1. Металлическая кристаллическая решетка.

Электроны движутся хаотически, но если возникает электрическое поле, то электроны начинают двигаться упорядочено, а поскольку тормозящих сил нет – легко возникает электрический ток.

Примерами хороших проводников являются такие металлы, как серебро, медь, алюминий.

Хотя скорость движения электронов по проводнику невысока (миллиметры в секунду), само электрическое поле распространяется с очень большой скоростью, сравнимой со скоростью света.

Проводимость растворов

Поскольку чистая дистиллированная вода практически не содержит свободных зарядов, она не может проводить электрический ток. Однако, если в воде растворено другое вещество, (например, обычная поваренная соль), то под действием молекул воды нейтральная молекула этого вещества распадается на заряженные части (ионы). И теперь при появлении электрического поля ионы придут в упорядоченное движение, возникнет электрический ток.

fizika-132486-ionnaya-provodimost-rastvorov.jpg

Рис. 2. Ионная проводимость растворов.

Поскольку ионы в растворе значительно тяжелее электронов в металле, растворы хуже проводят электричество, по сравнению с металлами.

Проводимость газов

Газы, как правило, состоят из отдельных, хаотично движущихся и достаточно далеко отстоящих друг от друга молекул. Поэтому они не проводят электрический ток. Однако, если внешними воздействиями создавать внутри газа заряженные частицы (ионы), то газ начинает проводить электрический ток. Такими воздействиями может быть нагревание, либо создание такого большого электрического поля, что его сил оказывается достаточно для разрушения внешних электронных оболочек. Газ при этом ионизируется, и возникает разряд – тлеющий или искровой.

fizika-132486-tleyuschiy-ili-iskrovoy-gazovyy-razryad.jpg

Рис. 3. Тлеющий или искровой газовый разряд.

Диэлектрики

Если среда содержит очень мало свободных зарядов (или не содержит их вообще), такая среда не может проводить электрический ток и является непроводником (диэлектриком, изолятором).

В отличие от кристаллов проводников, кристаллы диэлектрика имеют такую пространственную структуру, что внешние электроны не могут далеко удалиться от ионов. В результате даже при приложении достаточно большого внешнего электрического поля ток в диэлектрике не возникает. Типичными примерами непроводников является стекло или пластмассы.

Жидкости-диэлектрики – это жидкости, в которых нет растворенных примесей, а молекулы этих жидкостей сами по себе ионами не являются, например, дистиллированная вода.

Газы в нормальных условиях, как уже было сказано выше, содержат очень мало заряженных частиц, и являются хорошими изоляторами. Примером может являться обычный воздух.

Граница между проводниками и непроводниками достаточно условна. Кроме того, существуют вещества, занимающие промежуточное положение, они называются полупроводниками. В таких веществах количество свободных зарядов не так велико, как в металлах, однако, значительно больше, чем в диэлектриках. К типичным полупроводникам относится кремний.

Что мы узнали?

Деление на проводники и непроводники электричества проводится в зависимости от количества свободных электрических зарядов в веществе. Проводники – это вещества, в которых имеется много свободных электрических зарядов, типичные представители – металлы. Непроводники (диэлектрики, изоляторы) – это вещества, в которых мало или вовсе нет свободных электрических зарядов, типичные представители – стекло, пластмасса. Кроме того, существуют полупроводники, занимающие промежуточное положение, например, кремний.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Проводимость вещества зависит от…</h3>

    • <label>количества вещества, из которого состоит проводник</label>
    • <label>количества свободных зарядов в веществе</label>
    • <label>плотности вещества</label>
    • <label>температуры плавления вещества.</label>

(новая вкладка)ТолкованиеНепроводники электричества</dt>или изоляторы — по терминологии Фарадея — диэлектрики (см.). Н. совершенные не существуют; они представляют только большое сопротивление гальваническому току и то различные тела в разной степени (см. Гальванический ток), так что между плохими и хорошими проводниками есть множество тел средней проводимости. Н. гальванического тока суть также лучшие изоляторы статического электричества. Н. теплоты или плохие ее проводники суть одновременно и электрические изоляторы (см. Теплопроводность).</span></dd>

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907.

</dl>

Смотреть что такое «Непроводники электричества» в других словарях:

  • ГРЕЙ (Gray) Стефен — (1666 1736) английский физик. Открыл в 1729 явление электропроводности, установив, что электричество может передаваться от одного тела к другому по металлической проволоке или прядильной нити, но не передается по шелковой нити. Первым разделил… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Электрические и анэлектрические тела — В XVII стол., после того как Гильберт (William Gilbert, 1600) показал, что не только янтарь, но и многие другие тела обладают способностью электризоваться при их натирании, в науке принималось, что все тела по отношению электризации делятся на… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • ГРЕЙ Стефен — ГРЕЙ (Gray) Стефен (1666 1736), английский физик. Открыл в 1729 явление электропроводности, установив, что электричество может передаваться от одного тела к другому по металлической проволоке или прядильной нити, но не передается по шелковой нити …   Энциклопедический словарь

  • Грей (Gray) Стефан — (1666—1736), английский физик. Открыл электропроводность, разделил вещества на проводники и непроводники электричества …   Большой Энциклопедический словарь

  • Грей С. — ГРЕЙ (Gray) Стефан (1666–1736), англ. физик. Открыл электропроводность, разделил вещества на проводники и непроводники электричества …   Биографический словарь

  • Изоляторы — (электр.). В первое время развития сведений об электричестве (XVII ст.) все тела, по отношению к электричеству, были разделены на две большие группы: на тела идиоэлектрические, способные электризоваться трением, и тела анэлектрические, не… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Изоляторы — (электр.). В первое время развития сведений обэлектричестве (XVII ст.) все тела, по отношению к электричеству, былиразделены на две большие группы: на тела идиоэлектрические, способныеэлектризоваться трением, и тела анэлектрические, не… …   Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

  • Электричество — (Electricity) Понятие электричество, получение и применение электричества Информация о понятии электричество, получение и применение электричества Содержание — это понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических… …   Энциклопедия инвестора

  • Электричество — Э. называется то, содержащееся в теле, что сообщает этому телу особые свойства, вызывает в нем способность действовать механически на некоторые другие тела, притягивать или при известных условиях отталкивать их, а также вызывает в самом этом теле …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Электричество, явление — Э. называется то, содержащееся в теле, что сообщает этому телу особые свойства, вызывает в нем способность действовать механически на некоторые другие тела, притягивать или при известных условиях отталкивать их, а также вызывает в самом этом теле …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Изучение электрических свойств различных веществ и предметов изначально проводилось с помощью наблюдения за эффектами электризации. Какие тела могут накапливать электрический заряд и какого знака, с помощью каких веществ можно передать заряд от одного тела к другому, почему одни вещества передают заряд хорошо, а другие гораздо хуже, либо не передают вовсе? Об этом пойдет речь в данной статье.

neprovodniki-elektrichestva.jpg

Электроскоп помогает изучать свойства электрических зарядов

Первое устройство, с помощью которого появилась возможность наблюдать и количественно оценивать электризацию тел, придумал и изготовил в 1600 г. английский исследователь Уильям Гилберт. Этот прибор был назван электроскопом. Название получилось от комбинации двух греческих слов: янтарь (электрон) и обнаруживать (скопео). Следующие поколения ученых улучшили конструкцию электроскопа, но основные черты, заложенные Гилбертом, остались прежними.

Рис. 1. Как устроен электроскоп

Электроскоп представляет собой простой, наглядный прибор. Основная идея работы его конструкции основана на свойстве отталкивания тел, заряженных одноименными зарядами. На одном из концов металлического прутка (стержня) закреплены две полоски тонкой бумаги или металла (фольги). Если к противоположному концу поднести заряженный предмет (расческу, палочку из эбонита), то полоски, оттолкнувшись друг от друга, образуют перевернутую римскую цифру V.

Заряды с предмета перетекают по металлическому прутку на полоски, которые получив одноименный заряд, отталкиваются друг от друга, что позволяет экспериментатору видеть наличие зарядов в электроскопе. Полоски помещают внутрь стеклянного, прозрачного сосуда (колпака), чтобы случайные потоки воздуха не влияли на наблюдения. Стержень вставляется в колпак через резиновую пробку.

Электрометр — усовершенствованный электроскоп

Усовершенствованием электроскопа в XVIII веке занимался великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Улучшенная версия была названа электрометром.

Рис. 2. Электрометр

Принципиально конструкция осталась такой же. Верхняя часть передающего заряд прутка была снабжена объемным шаром, чтобы можно было размещать больше зарядов. В нижней части прутка пластинки были заменены на легкую металлическую стрелочку, по углу отклонения которой можно оценить величину электрического заряда.

В целом можно сказать, что электрометр — это электроскоп с измерительной шкалой.

Проводники и непроводники

Электроскоп и электрометр помогают не только обнаруживать электрический заряд и выяснять наэлектризован предмет или нет, но и судить о величине этого заряда. С помощью этих приборов исследователям удалось установить, что часть тел по электрическим свойствам относятся к проводникам электричества, а другая часть к непроводникам электричества. Для этого берут два электрометра и проводят следующие эксперименты:

  • Первый эксперимент. Один электрометр заряжают, а второй полностью разряжают. Затем берется металлический провод, но не голой (незащищенной рукой), а через изолятор ( пластик или резину), которым соединяют (замыкают) электрометры. Стрелка до этого незаряженного электрометра быстро отклонится от вертикального (нулевого) положения. Следовательно металлы являются очень хорошими проводниками, то есть веществами, которые обладают способностью передавать электрические заряды от заряженного тела к незаряженному. Примеры хороших проводников: алюминий, медь и серебро. Кроме металлов хорошими проводниками является вода, соли, кислоты и щелочи;
  • Второй эксперимент. Снова заряжают первый электрометр и полностью разряжают второй. Далее берется пластмассовая линейка и, тоже с помощью промежуточного изолятора, замыкают два электрометра. В результате никаких изменений в состоянии электрометров не происходит. Второй электрометр остался по прежнему незаряженным. Отсюда следует, что пластмассовая линейка не пропустила электрические заряды. Предметы из таких веществ как пластмасса называют непроводниками электричества.

Следует отметить, что непроводники электричества могут наэлектризовываться. Здесь нет никакого противоречия, так как электризация происходит при переходе электронов от одного тела к другому (например, трение эбонитовой палочки шерстью). А электрический ток — это направленное движение заряженных частиц внутри тела.

Кожа человека и в целом тело, тоже обладают хорошими проводящими свойствами, потому что, как известно, человек на 80% состоит из “воды”. Это необходимо всегда помнить, и в целях собственной безопасности крайне осторожно себя вести с предметами, находящимися под напряжением (электроприборы, розетки, оголенные провода и т.п.), так как электрический ток может привести к серьезным перебоям в работе сердца (травмам).

Примеры непроводников электричества

Таким образом к непроводникам электричества относятся вещества, через которые электрические заряды не могут перетекать от заряженного тела к незаряженному. Такие вещества еще называют диэлектриками. Детали и приспособления, изготовленные из диэлектриков, именуются изоляторами, которые применяют в целях защиты от воздействия электричества. Приведем некоторые примеры непроводников электричества:

  • Эбонит;
  • Стекло;
  • Пластмассы;
  • Янтарь;
  • Резина;
  • Капрон, шелк;
  • Смолы;
  • Воздух и другие газы;
  • Сухое дерево.

Рис. 3. Примеры непроводников электричества, диэлектриков

Надо иметь ввиду, что диэлектрические свойства некоторых веществ зависят от состояния окружающей среды. Например, при повышении влажности воздуха некоторые диэлектрики переходят в разряд проводников электричества. Яркий тому пример — молния, которая наблюдается когда начинает идти дождь, повышающий влажность воздуха.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что к непроводникам электричества относятся вещества, через которые электрические заряды не могут перетекать от заряженного тела к незаряженному. Данный класс веществ также называют диэлектриками. Предметы и детали для защиты от воздействия электричества, изготовленные из диэлектриков, называются изоляторами.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Непроводники электричества — это вещества, через которые электрические заряды…</h3>

    • <label>Перетекают от заряженного тела к незаряженному</label>
    • <label>Перетекают от заряженного тела к заряженному</label>
    • <label>Перетекают от незаряженного тела к незаряженному</label>
    • <label>Не могут перетекать от заряженного тела к незаряженному</label>

(новая вкладка)

На прошлом уроке мы уже затрагивали тему проводников и непроводников электричества. Сегодня мы остановимся на этом более подробно. Подобно хорошей и плохой теплопроводности, существует хорошая и плохая электропроводность.

Итак, проводники — это такие тела, которые обладают способностью передавать электрические заряды от заряженного тела к незаряженному.

image001.jpg

Как мы уже и говорили, металлы являются хорошими проводниками. Также, вода, соли, кислоты и щёлочи хорошо проводят электричество. Свободные электроны, перемещаясь по проводникам, передают тот или иной заряд.

Непроводники — это тела, которые не способны передавать заряды от заряженного тела к незаряженному.

image002.jpg

На прошлом уроке мы уже выяснили, что резина и пластмассы не проводят электричество, поэтому часто используются для изоляции. Также, к непроводникам относятся газы, стекло, сухое дерево и т.д.

Наконец, существуют полупроводники. Это тела, которые не проводят электричество при низких температурах, но начинают проводить электричество при более высоких температурах. Как мы помним, с повышением температуры колебания молекул внутри тела возрастают. Поэтому, при достаточной амплитуде колебаний, в полупроводниках возникают свободные электроны и, соответственно, электрический ток. Примерами полупроводников являются германий и кремний, которые довольно широко используются людьми.

Полупроводники могут быть использованы в качестве термометров, поскольку их проводимость зависит от температуры. Также, их можно использовать как температурно зависимые резисторы (т.е. электрическое сопротивление будет увеличиваться с понижением температуры). Это нужно, например, для того, чтобы при достижении определённой температуры тот или иной участок цепи прекращал проводить ток, или же, напротив — начинал проводить ток. Более подробно о проводимости и электрическом сопротивлении мы поговорим немного позже.

Существует ещё и такое понятие, как фотопроводимость — это явление повышения электропроводности вещества под воздействием света. Это свойство широко используется для осуществления дистанционного управления и сигнализации. Существует довольно много приборов, основанных на изменчивости электропроводности в полупроводниках. Самые известные из них — это телевизор, радио и компьютер. Принцип работы аппаратуры подобной сложности объяснить довольно не просто на данном этапе, поэтому более подробно это будет изучено в старших классах.

Заметим ещё одну важную деталь: тела, не являющиеся проводниками, вполне могут обладать способностью наэлектризовываться. Ни в коем случае нельзя путать эти явления: электризация происходит при соприкосновении тел, а проводимость возникает внутри тела. Электризация происходит в результате перехода электронов от одного тела к другому, а электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Используемые источники:

  • https://obrazovaka.ru/fizika/provodnik-i-neprovodnik-elektrichestva-primery.html
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/71906/непроводники
  • https://obrazovaka.ru/fizika/neprovodniki-elektrichestva.html
  • https://videouroki.net/video/31-provodniki-poluprovodniki-i-nieprovodniki-eliektrichiestva.html