Проводники и диэлектрики в электротехнике имеют большое значение.

Проводники

Проводники характеризуются хорошей электропроводностью, т. е. большим количеством свободных электрически заряженных частиц (электронов или ионов), которые могут перемещаться под действием сил поля по проводнику.

Проводники первого рода

Существуют два рода проводников. Проводниками -первого рода, в которых возможно перемещение только электронов, являются металлы. В металлических проводниках электроны, расположенные на внешних орбитах атомов, сравнительно слабо связаны с их ядрами, отчего часть электронов, оторвавшихся от своих ядер, перемещается между атомами, переходя из сферы действия одного ядра в сферу действия другого и заполняя пространство между ними наподобие газа. Эти электроны -принято называть свободными электронами или электронами проводимости. Свободные электроны находятся в состоянии беспорядочного (теплового) движения в отличие от положительно заряженных ионов металла, составляющих остов проводника, обладающих весьма малой подвижностью и совершающих лишь небольшие колебания около своего среднего положения.

Проводники второго рода

В проводниках второго рода, называемых электролитами (водные растворы кислот, солей, щелочей и оснований), под действием растворителя молекулы вещества распадаются на отрицательные и положительные ионы, которые подобно электронам в металлических проводниках могут перемещаться по всему объему проводника.

Проводники и диэлектрики. Виды проводников

Наименьшим отрицательным зарядом обладает электрон.

Для справки: заряд электрона равен e0 = -1,6021766208*10-19 Кулон

Электрон (если он слабо связан с ядром атома) может покинуть атом, перейти в междуатомное пространство, попасть в пределы другого атома и т. д. Это явление наиболее характерно для металлов. В металлах всегда имеется огромное количество беспорядочно движущихся в междуатомном пространстве электронов, называемых свободными (рисунок 1).

Рисунок 1. Хаотическое движение электронов в металле.

Если каким-либо способом упорядочить движение свободных электронов, то есть заставить их двигаться в одном определенном направлении, то мы и получим в металле электрический ток (рисунок 2).

Рисунок 2. Возникновение тока в проводнике.

Определение: Тела, обладающие свободными электронами, называются проводниками первого рода.

В проводниках первого рода прохождение электрического тока не вызывает химических изменений их вещества. К проводникам первого рода относятся металлы и их сплавы. Проводники первого рода нашли самое широкое применение в электротехнике и радиотехнике. Провода, шины, пластины конденсаторов, нити ламп накаливания и другие токопроводящие детали — все это делается из проводников первого рода.

Определение: К проводникам второго рода относятся растворы кислот, щелочей и солей.

Проводники второго рода часто называют электролитами. В электролите происходит непрерывный процесс образования отрицательно и положительно заряженных молекул (ионов). Электрический ток в электролите представляет собой упорядоченное движение этих ионов (а не электронов, как это было в проводниках первого рода).

Рисунок 3. Ток в проводниках второго рода (электролитах).

Наконец, имеется большая группа веществ, которая не имеет ни свободных электронов, ни ионов. В таких веществах при обычных условиях электрический ток проходить не может, и называются они диэлектриками (фарфор, резина, слюда, стекло и т. п.).

Определение: К диэлектрикам относятся вещества, не имеющие свободных электронов.

Диэлектрики широко используются в современной электротехнике в качестве изоляторов (фарфоровые изоляторы на линиях электропередачи, резиновые покрытия проводов, слюдяные прокладки и т. д.).

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Диэлектрики

Вещества, число свободных электронов в которых ничтожно мало, называются непроводниками (диэлектриками или изоляторами).К ним относятся газы, часть жидких тел (минеральные масла, лаки) и почти все твердые тела, за исключением металлов и угля.

Лучшим непроводником электрического тока является вакуум. Газы, в том числе и воздух, также являются хорошими изоляторами.

Проводники первого и второго рода

Школьный учебник:

«В проводниках первого рода электроны перемещаются между атомами и катионами металла, которые лишь колеблются около положения равновесия. В проводниках второго рода – электролитах – заряд при протекании электрического тока переносят ионы – частички самого вещества. Не ток (а привычном понимании поток электронов) протекает в веществе, а само вещество движется, течёт, подталкиваемое электрическим полем. Притом частички этого вещества – катионы и анионы – устремляются в разные стороны. Ионы, имеющие положительный заряд, направляются к отрицательному заряженному катоду (поэтому их и называют «катодные ионы» — катионы), а отрицательные ионы движутся к положительно заряженному аноду (анодные ионы – анионы).»

— — — — — — — —

Русская теория:

Сначала – общие замечания:

У металлов нет катионов. Атомы металлов не «колеблются около положения равновесия». Заряды не существуют. «Само вещество» не подталкивается электрическим полем. Нет и самого электрического поля. Несуществующие катионы и анионы не «устремляются в разные стороны» под действием электрических сил. Нет ни электрического притяжения, ни электрического отталкивания, тоесть нет никаких электрических сил.

Проводимость металлов. Атомы металлов имеют контурные жёлобы. При слипании атомов теми же жёлобами они образуют непрерывные цепочки. По ним скользят электроны. Они смещаются под уклон электронного давления.

По жёлобу электроны скользят без энергетических потерь, так как они не приближаются к жёлобу и не удаляются от него. Трудности возникают при преодолении стыков жёлобов. Подталкивать электроны на стыках можно внешним подпором (электрическим напряжением) или накатывающимися волнами излучений.

Проводимость электролитов. В электролите действует также чистая механика. Особенности электролита состоят в том, что:

* молекулы электролита не имеют контурных жёлобов и поэтому не образуют токопроводящие цепочки;

* молекула электролита состоит из кислотного компонента, к которому присоединён атом металла или молекула водорода (молекулярный водород – тоже металл);

* атом металла присоединён к кислотному компоненту практически всегда асимметрично; поэтому при отрыве его реактивная сила поворачивает кислотный компонент в одну сторону, а под действием случайных толчков соседних молекул он может поворачиваться в обратную сторону; таким образом молекула электролита совершает поворотные движения;

* электролит – жидкий (не твёрдый и не газообразный); только в таком состоянии молекулы электролита сохраняют контакт между собой и могут совершать поворотные движения.

Перемещение электронов начинается с катода.

Под напором электронного давления они группами переходят на те молекулы электролита, которые примыкают к катоду своими атомами металлов (точнее говоря, теми частицами в составе молекул электролита, которые имеют выпуклый жёлоб). Действуя как клин, электроны отрывают эти атомы. Реактивная сила поворачивает оставшуюся часть молекулы так, что её вскрывшийся жёлоб оказывается обращённым в обратную сторону от катода. Электроны со вскрывшегося жёлоба перепрыгивают на следующую молекулу и снова, как клин, отрывают от неё атом металла. Тот под действием импульса отрыва сближается с кислотным остатком предыдущей молекулы и соединяется с ним. Чисто случайно в суматохе поворачивающихся частиц некоторые из восстановленных молекул оказываются повёрнутыми обратно в сторону катода. Процесс повторяется.

Таким образом электроны переходят (перепрыгивают) с молекулы на молекулу электролита и направляются от катода в сторону анода. При этом атомы металлов совершают переходы от одного кислотного компонента к другому в обратном направлении.

В этом процессе нет переноса электронов частицами электролита; кислотные компоненты стоят на месте; они только поворачиваются туда-сюда.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Однако при некоторых условиях, например в сильном электрическом поле, происходит расщепление молекул диэлектрика на ионы, и вещество, которое при отсутствии электрического поля или в слабом поле было изолятором, становится проводником. Напряженность электрического поля, при которой начинается ионизация молекул диэлектрика, называется пробивной напряженностью (электрической прочностью) диэлектрика. Величина напряженности электрического поля, которая допускается в диэлектрике при его использовании в электрической установке, называется допускаемой напряженностью. Допускаемая напряженность обычно в несколько раз меньше пробивной.

На электрические свойства газов оказывают сильное влияние давление и температура.

В качестве примера приведем значения пробивной напряженности в кв!см для некоторых диэлектриков: воздух — 30, масло минеральное (трансформаторное) — 50—150, электрокартон — 100, фарфор — 80-150, слюда — 800-2000.

Проводники и диэлектрики 8 класс видео:

Chemicals-el.ru

Проводники

– вещества, проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества зарядов, способных свободно перемещаться (в отличие от изоляторов). Они бывают I (первого) и II (второго) рода. Электропроводность проводников I рода не сопровождается химическими процессами, она обусловлена электронами. К проводникам I рода относятся: чистые металлы, т. е. металлы без примесей, сплавы, некоторые соли, оксиды и ряд органических веществ. На электродах, выполненных из проводников I рода, происходит процесс переноса катиона металла в раствор или из раствора на поверхность металла. К проводникам II рода относятся электролиты. В них прохождение тока связано с химическими процессами и обусловлено движением положительных и отрицательных ионов.

Электроды первого рода.

В случае металлических электродов первого рода такими ионами будут катионы металла, а в случае металлоидных электродов первого рода – анионы металлоида. Серебряный электрод первого рода Ag+/Ag. Ему отвечает реакция Ag+ + e- = Ag и электродный потенциал

E Ag+ /Ag = Ag+ / Ag+b 0lg a Ag+.

После подстановки численных значений Е 0 и b 0 при 25 oС:

Примером металлоидных электродов первого рода может служить селеновый электрод Se2–/Se, Se + 2e- = Se2; при 25 oС E Se2–/Se0 = –0,92 – 0,03lg a Se2–.

Электроды второго рода

– полуэлементы, состоящие из металла, покрытого слоем труднорастворимого соединения (соли, оксида или гидроксида) и погруженного в раствор, содержащий тот же анион, что и труднорастворимое соединение электродного металла. Схематически электрод второго рода можно представить так: АZ– /MA , M , а протекающую в нем реакцию – МА + ze = М + АZ –. Отсюда уравнением для электродного потенциала будет:

Каломельные электроды

– это ртуть, покрытая пастой из каломели, и ртуть, находящаяся в контакте с раствором KCl.

Cl– / Hg2Cl2, Hg.

Электродная реакция сводится к восстановлению каломели до металлической ртути и аниона хлора:

Потенциал каломельного электрода обратим по отношению к ионам хлора и определяется их активностью:

При 25 оС потенциал каломельного электрода находят по уравнению:

Ртутно-сульфатные электроды

SO42–/Hg2SO4, Hg аналогичны каломельным с той лишь разницей, что ртуть здесь покрыта слоем пасты из Hg и закисного сульфата ртути, а в качестве раствора используется H2SO4. Потенциал ртутно-сульфатного электрода при 25 oС выражается уравнением:

Хлорсеребряный электрод

представляет собой систему Cl–/AgCl, Ag, а его потенциалу отвечает уравнение:

E Cl– /AgCl, Ag = E 0Cl–/AgCl, Ag –b lg a Cl–

или при 25 оС:

E Cl–/AgCl, Ag = 0,2224 – 0,0592 lg a Cl–.

Смотрите также

Количественный анализ …
Синтез нитрата 1-окси-3-адамантанкарбоновой кислоты Целью данной курсовой работы является синтезирование нитрата 1-окси-3-адамантановой кислоты и изучение её свойств. Как и для большинства карбоцепных и гетероцепных полимеров, исходными в …

Радий (Radium), Ra Французские ученые Пьер и Мария Кюри обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды (урановая смолка, добывавшаяся в городе Иоахимсталь, Чехия), более радиоактивны, чем чист …

Какие вещества относят к проводникам второго рода?

К проводникам

II
рода относятся
электролиты. В них прохождение тока связано с химическими процессами и обусловлено движением положительных и отрицательных ионов.

Интересные материалы:

Как почистить память на нокиа 5? Как почистить память ОЗУ? Как почистить планшет huawei? Как почистить планшет хуавей? Как почистить планшет самсунг? Как почистить пластик в автомобиле? Как почистить пластик в салоне автомобиля? Как почистить Play Market? Как почистить подписки в инстаграм? Как почистить подписки в Инсте?