Как называются вещества пропускающие электрический ток?

Из школьного курса физики известно, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. При этом должно соблюдаться как минимум два условия — это наличие свободных носителей заряда и присутствие электрического поля. Рассмотрим более подробно какие вещества проводят электрический ток, и какие условия для этого должны быть созданы.

Общим для всех вариантов будет обязательное наличие поля, только в этом случае возможно создание силы, которая будет приложена к заряду для его перемещения от одного электрода к другому.

Проект «Последовательное и параллельное соединение батареек»

Вольт – стандартная единица измерения напряжения электричества. Ампер – стандартная единица измерения силы тока. Последовательное – один за другим, как звенья в цепочке. Параллельное – рядом друг с другом, как рельсы.

Электричеством называется движение электронов в проводнике, а напряжение можно сравнить с давлением, например, текущей воды на трубу. Сила тока показывает количество электронов, что-то вроде объема воды, вытекающей из трубы. Батарейки производят электричество путем химической реакции. Они могут быть соединены в линию, чтобы повысить напряжение, или параллельно, чтобы увеличить силу тока. Чтобы увеличить оба показателя, можно комбинировать эти виды соединения.

Схема последовательного соединения предполагает соединение плюса каждой батарейки с минусом следующей. Две батарейки на 6 вольт и 2 ампера, соединенные таким образом, дадут 12 вольт и 2 ампера в цепи.

Схема параллельного соединения предполагает соединения плюсов с плюсами, а минусы с минусами. Две батарейки на 6 вольт и 2 ампера, соединенные таким образом, дадут 6 вольт и 4 ампера в цепи.

Смешанное соединение позволяет объединить оба типа соединения, чтобы получить любое желаемое значение напряжения и силы тока. Так, напряжение 120 вольт можно получить, последовательно соединив 20 батарей на 6 вольт. Если же при этом необходима сила тока 50 ампер, а каждая батарейка дает 1 ампер, то общая схема подключения будет выглядеть как 25 подобных цепей, соединенных параллельно.

Одна батарейка дает небольшое напряжение и силу тока. Соединяя их последовательно, можно увеличить эти показатели. Даже простая батарейка на 9 вольт представляет собой набор батареек. Данный проект показывает, как объединение батареек по разным схемам может быть использовано для достижения самых разных величин напряжения и силы тока.

Для детей такой проект может быть очень познавательным, так как он на практике показывает, как работает электричество. Например, четыре батарейки могут быть использованы для выдачи напряжения 6 вольт. Ученики могут показать собственные схемы проведения электричества.

Цель – продемонстрировать, как несколько батареек могут использоваться для увеличения напряжения и/или силы тока в цепи.

Что нам понадобится:

• несколько батареек, которые будут соединяться последовательно и/или параллельно;
• держатели для них или проволока и припой;
• вольтметр, способный также измерять силу тока;
• опционально – разобранная батарейка.

Ход эксперимента:

1. Обратите внимание на то, что каждая исследовательская работа на тему электричества требует соблюдения техники безопасности. Существует небольшой риск превышения уровня допустимого напряжения/силы тока, что может привести к перегреву всей конструкции. Припаивание контактов делает опыт нагляднее, однако несет риск ожогов. При разборе сухой батарейки существует риск контакта с электролитом.
2. Определитесь с тем, что вы будете использовать: держатель для батареек или припой.
3. Соберите последовательную цепь, измерьте напряжение и силу тока.
4. Соберите параллельную цепь, измерьте напряжение и силу тока.
5. Соберите цепь, комбинирующую оба типа соединения. Измерьте те же показатели.
6. Опционально – разберите батарейку, покажите ее содержимое. Необходимо наблюдение взрослого, поскольку содержащийся в ней электролит едок.

Вывод:

Что такое электричество? Что такое элемент питания? Что такое последовательная цепь? Что такое параллельная схема подключения? Батарейка 9 вольт содержит один элемент питания или несколько? Почему? В чем разница между переменным и постоянным током?

Проект «Сопротивление: медь – лучший проводник?»

Сопротивление – это совокупность препятствий для потока электронов. Обозначается буквой R. Оно зависит от длины и толщины проводника, а также от материала, из которого он сделан, поэтому значение может различаться для разных его участков. Измеряется оно в омах (Ом). Постоянное свойство конкретного материала оказывать сопротивление называется сопротивляемостью, обозначаемой греческой буквой ρ (ро) и измеряемой в ом-метрах (Ом-м).

Формула для вычисления сопротивления данного отрезка провода выглядит так:

R = ρL/S,

где R обозначает сопротивление в омах, L – длину провода в метрах, S – площадь его сечения в квадратных метрах, а ρ – удельное сопротивление проводника в ом-метрах.

Электрическая проводимость – величина, обратная сопротивляемости. Она показывает, как свободно материал позволяет протекать электричеству. Обозначается она G и измеряется в сименсах (Cм). См=Ом-1.

G= σ S/L,

где σ — удельная проводимость.

Удельная проводимость обратно пропорциональна удельному сопротивлению ρ.

σ = 1/ρ.

В данном эксперименте вы сможете вычислить сопротивляемость и проводимость тестируемых материалов, используя закон Ома, согласно которому напряжение определяется как произведение силы тока на сопротивление. Измерить силу тока вам поможет амперметр, а напряжение – вольтметр.

V=IR,

где V – напряжение в вольтах, I – сила тока в амперах, а R – сопротивление в омах.

Цель – выяснить сопротивляемость различных материалов, а также вычислить их проводимость.

Что нам понадобится:

• батарейка 9 вольт;
• по 30 см тонкого и толстого медного провода без изоляции;
• по 30 см тонкого и толстого железного провода без изоляции (с такими же диаметрами);
• провода из других материалов;
• кусачки;
• амперметр;
• вольтметр;
• линейка.

Ход эксперимента:

Соблюдайте меры безопасности при работе с электричеством.

1. Присоедините плюс амперметра к минусу батарейки 9 вольт.
2. Присоедините минус амперметра к концу одного из проводов.
3. Присоедините его другой конец к плюсу батареи 9 вольт.
4. Используйте вольтметр, чтобы выяснить напряжение на участках провода разной длины (начните с 2 см, затем измерьте для 3 см, 4 см и так далее). Следите, чтобы плюс вольтметра касался начала провода.
5. Запишите величину силы тока (с амперметра) и напряжения (с вольтметра) для каждой длины.
6. Воспользуйтесь законом Ома, чтобы определить сопротивление, а также понять, как длина, толщина и материал влияют на него.
7. Отобразите результаты с помощью графика. Длину провода в метрах отложите по оси x, а сопротивление в омах – по оси y.
8. Вычислите сопротивляемость с помощью формулы: R = ρL/S,
   Здесь R – сопротивление в омах,
9. ρ – удельное сопротивление в ом-метрах,
10. L – длина провода в метрах,
11. S – площадь его сечения в метрах квадратных.
12. Используйте значение удельного сопротивления проводника ρ чтобы вычислить удельную проводимость σ и проводимость G.

Вывод:

Какой материал обладает большей сопротивляемостью? Проводимостью? Сформулируйте гипотезу, какая существует зависимость сопротивления от температуры.

Чем тоньше провод, тем меньше его сопротивление. У меди – сопротивляемость ниже, поэтому она считается более подходящим проводником электричества по сравнению с железом. Почему? Сопротивление провода тем выше, чем он длиннее. Поскольку оно является характеристикой материала, через который протекают электроны, вполне логично, что чем больше задействованного материала (в длину), тем больше получится сопротивление. Сопротивляемость – постоянная величина для конкретного материала, поэтому сопротивление прямо зависит от сечения. На графике этой зависимости наклон кривой демонстрирует именно сопротивляемость.

Итак, медь лучше проводит электричество, чем железо? Да, поскольку электричество может протекать через нее с меньшим сопротивлением. Это является постоянным свойством меди.

Вычислите сопротивление определенного участка провода с помощью закона Ома, так как элементы цепи соединены последовательно, а сила тока одинакова на любом ее участке.

Проект «Плазменный шар ! Что это такое и как работает»

Опыты с электричеством для детей всегда очень увлекательные. Благодаря этому проекту ученики получат основную информацию о феномене плазмы и применении катушки. Плазма образуется, когда атомы газа нагреваются до очень высоких температур. В результате атомы обладают столь высокой энергией, что при столкновении из них выбиваются электроны. Сама по себе плазма и представляет собой множество электронов и ионов.

Плазменный шар – прибор, изобретенный Николой Теслой в 1894 году, а популярность он получил в 1980-х. По сути, это стеклянный шар с электродом в центре, наполненный смесью инертных газов. Принцип его действия схож с принципом работы катушки Теслы. Он содержит катушку, через которую проходит ток очень высокой частоты – электроны в катушке очень быстро колеблются, и окружающие атомы начинают терять свои электроны, в результате чего образуется плазма. Поскольку из шара выкачана часть воздуха, получить электрические искры очень легко. Плазма по сути представляет собой частично ионизированный газ, способность которого переносить негативный заряд делает его очень чувствительным к электромагнитным полям. Из-за этих уникальных свойств плазму считают четвертым агрегатным состоянием материи.

Этот эксперимент также позволяет детям познакомиться с основами научного подхода – контролем, различением зависимых и независимых переменных, сбором данных и их наглядным представлением, а также вынесением суждений о верности и надежности своих находок. Они выступают в роли ученых и учатся действовать, как ученые.

Цель – определить, что такое плазменный шар и как он работает.

Что нам понадобится:

• плазменный шар (продается в магазинах игрушек);
• флуоресцентная лампа (продается в хозяйственных магазинах);
• деревянный (или неметаллический) табурет или стул;
• несколько монет и мультиметр.

Ход эксперимента:

1. Скопируйте таблицу на следующей странице, чтобы вы могли быстро записать свои наблюдения.
2. Сначала поместите на плазменный шар руку. Запишите, что произошло.
3. Теперь поднесите к нему флуоресцентную лампу. Запишите, что произошло.
4. Попросите вашего партнера помочь. Встаньте на стул и положите руку на шар. Не прикасайтесь к концам флуоресцентной лампы, а попросите вашего партнера подать вам лампу. Что произошло? Запишите свои наблюдения.
5. Спуститесь со стула. Встаньте на пол и повторите шаг 5. Что произошло? Запишите!
6. Положите монету на верх плазменного шара. Теперь аккуратно дотроньтесь до монеты другой монеткой. Не трогайте ее пальцем! Вас ударит электричеством!
7. Теперь измерьте потенциал вокруг шара, поместив один контакт на его стеклянную поверхность, а другой рядом. Подготовьте диаграмму электрического поля, измерив все пространство вокруг него. Завершите диаграмму.
8. Напишите отчет. Включите в него все ваши наблюдения и диаграмму. Не забудьте указать список использованной литературы и основную информацию, которую вы добыли во время исследования. Вам понравился проект? Что вам понравилось? Есть ли какие-то дальнейшие шаги, которые вы хотели бы предпринять, чтобы узнать больше о плазма-шаре и самой плазме?

Таблица наблюдений

Рисунок: назовите соединения

Вывод:

Что такое электричество? Что такое плазма? Что такое ионы? Что такое благородные газы? Что такое катушка Теслы? Как она работает? Каковы меры предосторожности при работе с плазма-шаром? Как возникает и передается электричество в нем? Выглядит ли электрическое поле как поле рядом с точечным зарядом? Можете ли вы найти эквипотенциальные линии? Можете ли вы вычислить, сколько потенциальной энергии необходимо, чтобы зажечь флуоресцентную лампу?

Диэлектрики

В диэлектриках свободные носители заряда отсутствуют. Протекание электрического тока в таких веществах невозможно при стандартных внешних условиях. Наиболее популярными материалами, которые не проводят электрический ток является слюда, керамика, резина и каучуки.

Также к ним можно отнести воздух и определенные виды газов, но для них, определяющим будет являться степень загрязнения. При наличии достаточного количества свободных ионов, диэлектрические свойства они утрачивают. Таким образом нельзя слепо полагаться что какое-либо вещество является абсолютным диэлектриком и не проводит электричество. При определенных обстоятельства большая часть веществ, заведомо считающихся диэлектриками могут приобретать свойства полупроводников.

Так, например, оксид железа, который в обычных условиях препятствует протеканию электрического тока, при повышении давления и температуры переходит в состояние проводимости, при этом внутренняя его структура не нарушается.

Подводя итоги, отметим что качественное различие веществ, пропускающих или препятствующих протеканию электрического тока является их проводящее состояние. Для металлов оно является постоянным, а для диэлектриков и полупроводников возбужденной фазой. Количественное определение проводимости выражается через удельное электрическое сопротивление.

Проект «Энергетические напитки содержат электрическую энергию?»

Для того чтобы избавиться от усталости, многие люди ежедневно пьют энергетические напитки. Это позволяет почувствовать заряд бодрости. Однако, когда вы решите выпить очередную баночку такого напитка, помните, что он содержит количество электрической энергии, достаточное для того, чтобы зарядить батарейку. Если передавать электроны между двумя электродами, они создают электрический ток.

Цель – изучить различные энергетические напитки, а также узнать, сколько электроэнергии они содержат.

Что нам понадобится:

• энергетические напитки разных фирм;
• вода;
• банка;
• медная проволока без изоляции;
• цинковый гвоздь;
• вольтметр;
• наждачная бумага;
• блокнот.

Ход эксперимента:

1. Постройте таблицу и укажите ингредиенты, содержащиеся в каждом напитке. Указывайте значительные отличия.
2. Заполните банку водой, а затем прикрепите один конец проволоки к вольтметру, а второй – к гвоздю.
3. Поместите проволоку и гвоздь в банку. Убедитесь, что они не соприкасаются.
4. Запишите показатели вольтметра. Так вы измерите количество электричества в напитке.
5. Вылейте воду, очистите банку и немного очистите гвоздь и проволоку при помощи наждачной бумаги.
6. Повторите шаги 2-4, проведите подобные эксперименты с каждый энергетическим напитком. Записывайте свои наблюдения.
7. Проанализируйте данные. Какой энергетический напиток показал самый высокий электрический заряд? Удалось ли вам выявить ингредиент, который обеспечивает самый высокий заряд? Может ли этот ингредиент оказать негативное влияние на человека?

Вывод:

Могут ли энергетические напитки послужить источником питания для батареек и обеспечить различные уровни электрического заряда? Какие ингредиенты, содержащиеся в энергетических напитках, являются причиной различия уровня электричества?