Содержание
Определение электропроводности предметов | Образовательная социальная сеть
Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №35
Научно-исследовательская работа на тему:
«Определение электропроводности предметов»
Выполнил:
Ученик 1 «Г» класса
Иванов Глеб
Руководитель:
Арзуманова Л.В.
Таганрог, 2019.
Оглавление
Введение 3
Историческая справка о проблеме 4
Эксперименты 7
Заключение 9
Используемая литература 10
Приложение 1. Подготовка деталей робота 11
Приложение 2. Сборка головы робота 12
Приложение 3. Соединение элементов электрической цепи 13
Приложение 4. Результат сборки. 14
Приложение 5. Результаты опыта 15
В современном мире существует много электроприборов, электрический ток используется повсюду. Почти с самого рождения детей учат правилам безопасности, чтобы уберечь себя от удара электрическим током.
Поэтому важно знать, что существуют материалы, которые проводят электрический ток, и те, которые его не проводят.
Данная исследовательская работа проведена для того, чтобы определить какие материалы являются проводниками, а какие — диэлектриками. Для этого собрано простое устройство, которое работает от батарейки. Поэтому его использование безопасно.
Целью данной работы является исследование электропроводности различных материалов.
Гипотеза: при небольшой помощи взрослых ребенок может создать безопасное устройство для определения электропроводности предметов.
Были поставлены следующие задачи:
- Выяснить, что такое электропроводность.
- Сделать устройство для определения электропроводности материалов.
- Среди предметов, используемых каждый день, найти проводники и изоляторы.
Для достижения цели работы и выполнения поставленных задач были применены следующие методы: изучение литературы, эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ полученных данных.
Электропроводность – это способность материалов проводить электрический ток.
Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.
Проводники – это материалы, которые проводят электрический ток, а диэлектрики – это материалы, которые его не проводят. Предметы, изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами.
В проводнике содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.
Проводящими электрический ток веществами являются металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.
Металл – это самый лучший проводник электрического тока.
Диэлектрик не содержит внутри свободные электрические заряды. В изоляторах электрический ток невозможен.
Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.
В 17 веке после того как Уильям Гильберт установил, что многие тела обладают способностью электризоваться при их натирании, в науке считалось, что все тела по отношению к электризации делятся на два вида: на способные электризоваться при трении, и на тела, не электризующиеся при трении.
Только в первой половине 18 века было установлено, что некоторые тела обладают, кроме того, способностью распространять электричество. Первые опыты в этом направлении были проведены английским физиком Греем. В 1729 г. Грей открыл явление электрической проводимости. Он установил, что электричество способно передаваться от одних тел к другим по металлической проволоке. По шелковой же нити электричество не распространялось. Именно Грей разделил вещества на проводники и непроводники электричества. Только в 1739г. было окончательно установлено, что все тела следует делить на проводники и диэлектрики.
Впервые провел исследование проводимости диэлектриков Кулон. Он показал, что любой изолятор обладает малой, определенной для каждого вещества электропроводимостью.
Одновременно с Кулоном исследованием электропроводимости веществ занимался Кавендиш. В его записках, относящихся к 1775 г., найдены уже сравнительные численные результаты. Так, например, Кавендиш установил, что железная проволока проводит ток лучше, чем дистиллированная вода. Интересно, что роль измерительного прибора при этом играло физиологическое ощущение тока.
Английский физико-химик Гемфри Дэви в 1821 г. установил, что проводимость металлических проводников уменьшается при их нагревании. Таким образом была впервые установлена зависимость проводимости от температуры.
Так же исследования электропроводимости провел Фарадей в 1833 г. Он показал, что все вещества в большей или меньшей степени проводят ток, поэтому абсолютной изоляции не существует. В результате многочисленных опытов Фарадей установил, что проводимость диэлектриков растет при нагревании, а при переходе через точку плавления все твердые диэлектрики становятся проводниками.
Английский ученый Гаррис в 1834 г.
показал, что проводимость воздуха не изменяется при нагревании.
Изучение проводимости металлов стало важной технической проблемой в связи с развитием мировой системы телеграфной связи. Естественно возник вопрос об увеличении проводимости металлов. Физическая теория не давала ответа на этот вопрос, ибо был неизвестен механизм электропроводимости. В конце XIX в., после открытия электрона, начала развиваться электронная теория проводимости. Начало теории дал в 1900 г. немецкий физик Пауль Друде.
Для определения электропроводности материалов я решил сделать робота из картона, проволоки и светодиода. Внутри робота будет спрятана батарейка, подключенная к светодиоду и антенкам из проволоки.
Для сборки корпуса робота я распечатал на картоне шаблоны из интернета и вырезал их (см. Приложение 1).
Затем приступил к сборке. В голове робота я сделал несколько отверстий и вставил туда светодиод и антенны из проволоки. Закрепил их при помощи клеевого пистолета (см. Приложение 2).
Для соединения батарейки, антенн и светодиода проводами я хотел использовать изоленту, но у меня не получилось надежное соединение, поэтому я попросил папу помочь мне с паяльником.
В результате мы соединили светодиод с батарейкой и с одной из антенн, вторая антенна была присоединена к батарейке (см. Приложение 3). Получилась электрическая цепь.
Затем я закончил сборку робота, спрятав внутри него батарейку и провода (см. Приложение 4).
Далее я приступил к исследованию электропроводности материалов. Что бы определить является предмет проводником или изолятором, я использовал антенны робота.
Если антеннами касаться предмета, проводящего электрический ток, электрическая цепь замыкается и светодиод загорается. Ток течет через светодиод, затем по проводу к проводнику, а от проводника – по другому проводу к батарейке.
Если антенны дотрагиваются до изолятора, то замкнутой цепи не получается, ток не течет, и светодиод не загорается.
Для исследования я использовал разные предметы, применяемые в обычной жизни: металлическую линейку, ножницы, карандаш, ручку, пластмассовую линейку и иглу для шитья.
Когда антенн касались ножницы, металлическая линейка и игла, светодиод загорался, электрическая цепь замыкалась. Значит эти предметы являются проводниками электрического тока. Когда для эксперимента я использовал карандаш, ручку и пластмассовую линейку, светодиод не загорался. Значит эти предметы являются изоляторами (см. Приложение 5).
В ходе исследования была достигнута цель работы, подтверждена гипотеза и выполнены поставленный задачи.
При небольшой помощи взрослого, я собрал робота, позволяющего безопасно определить электропроводность материалов.
На доступных предметах я провел эксперимент и выяснил какие предметы, используемые в обычной жизни, являются проводниками электрического тока, а какие – изоляторами.
- «Класс!ная физика». Проводники и диэлектрики. Электрический ток в металлах и электролитах. Web: http://class-fizika.ru/8_21.html
- Вся физика. Научно-образовательный проект. Проводники и диэлектрики. Web: http://sfiz.
ru/materials/elektrodin/51 - К истории изучения электрической проводимости веществ. Web: http://www.eduspb.com/node/1853
- Электропроводность. Проводники и изоляторы. http://energetika.in.ua/ru/books/book-2/part-3/section-5/5-2
- Робот из бумаги. Web: http://www.prorobot.ru/myrobot/roboti_is_bumagi.php
ru/materials/elektrodin/51Физика 8 класс. Проводники и диэлектрики. Электрический ток в металлах и электролитах :: Класс!ная физика
Физика 8 класс. ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ
Проводник — это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.
В проводниках возможно возникновение электрического тока под действием приложенного электрического поля.
Все металлы, растворы солей и кислот, влажная почва, тела людей и животных — хорошие проводники электрических зарядов.
___
Изолятор ( или диэлектрик ) — тело не содержащее внутри свободные электрические заряды.
В изоляторах электрический ток невозможен.
К диэлектрикам можно отнести — стекло, пластик, резину, картон,
воздух. тела изготовленные из диэлектриков называют изоляторами.
Абсолютно непроводящая жидкость – дистиллированная, т.е. очищенная вода,
(любая другая вода (водопроводная или морская) содержит какое-то количество
примесей и является проводником)
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ
В металле всегда существует большое количество свободных электронов.
Электрический ток в металлических проводниках — это упорядоченное движение свободных электронов под действием электрического поля, создаваемого источником тока.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ
Электрический ток могут проводить растворы солей и кислот, а также обычная вода ( кроме дистиллированной).
Раствор, способный проводить электрический ток, называется электролитом.
В растворе молекулы растворяемого вещества под действием растворителя
превращаются в положительные и отрицательные ионы. Ионы
под действием приложенного к раствору электрического поля могут перемещаться:
отрицательные ионы — к положительному электроду, положительные
ионы – к отрицательному электроду.
В электролите возникает электрический ток.
При прохождении тока через электролит на электродах выделяются чистые вещества, содержавшиеся в растворе. Это явление называется электролизом.
В результате действие электрического тока в электролите происходят необратимые химические изменения, и для дальнейшего поддержания электрического тока его необходимо
заменить на новый.
ИНТЕРЕСНО …
В 17 веке после того как Уильям Гильберт установил, что многие тела обладают
способностью электризоваться при их натирании, в науке считалось, что все тела по отношению
к электризации делятся на два вида: на способные электризоваться при трении,
и на тела, не электризующиеся при трении.
Только в первой половине 18 века было установлено, что некоторые тела обладают, кроме того, способностью распространять электричество. Первые опыты в этом направлении были проведены английским физиком Греем.
В 1729
г. Грей открыл явление электрической проводимости.
Он установил, что электричество способно передаваться от одних
тел к другим
по металлической проволоке. По шелковой же нити электричество
не распространялось.
Именно Грей разделил вещества на проводники
и непроводники электричества.
Только в 1739г. было окончательно установлено,
что все тела следует делить на проводники и диэлектрики.
___
К началу 19 века стало известно, что разряд электрических рыб
проходит через металлы,
но не проходит через стекло и воздух.
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?
Гальваностегия.
Покрытие предметов слоем металла при помощи электролиза называется гальваностегией. Металлизировать можно не только металлические предметы, но и
предметы из дерева, листья растений, кружева, мертвых насекомых.
Сначала надо сделать эти предметы жесткими, а для этого подержать
их некоторое время в расплавленном воске.
Затем равномерно покрыть слоем графита ( например, потерев карандашным
грифелем), чтобы сделать их проводящими и опустить в качестве
электрода в гальваническую ванну с электролитом, пропуская через
него некоторое время эл. ток. Через какое-то время на этом электроде выделится металл, содержащийся в растворе, и равномерно покроет предмет.
Археологические раскопки, относящиеся к временам Парфянского
царства, позволяют допустить,
что уже две тысячи лет тому назад производилось гальваническое золочение и серебрение изделий!
Об
этом говорят и находки, сделанные в гробницах египетских фараонов.
Устали? — Отдыхаем!
▷ Распространенные непроводящие материалы, используемые в конструкции кабелей
На днях мы опубликовали статью о распространенных электропроводящих материалах, используемых в электрических кабелях.
Теперь откройте для себя вторую его часть…
Помимо электропроводящего материала жилы, конструкция кабеля состоит из непроводящих материалов для функциональности и эстетики.
Изоляторы разделяют жилы для предотвращения короткого замыкания, а также обеспечивают защиту людей. По этой причине материал должен иметь возможность удерживать ток в требуемой области. Обычно используемые материалы включают бумагу, резину и эластомеры. Их индивидуальные свойства выделены ниже.
Бумажная изоляция
Это самая старая форма изоляции кабелей, которая до сих пор используется в системах среднего напряжения. Установка включает плотную обертку бумаги, пропитанной изолирующей жидкостью, с последующей тонкой свинцовой оболочкой для обеспечения влагостойкости. К преимуществам относятся низкие диэлектрические потери, устойчивость к повреждениям, связанным с испытаниями на постоянном токе, и поддающаяся проверке история надежности.
Однако диэлектрик подвержен влагоразрушению, сложности в ремонте, высокой стоимости и большому весу из-за большого объема бумаги.
Резина
Резина традиционно была одним из наиболее часто используемых непроводящих материалов в электричестве. Он встречается в двух формах: натуральный и синтетический каучук. Натуральный каучук, полученный из дерева Hevea brasiliensis, имеет минимальное применение в своей натуральной форме.
Вулканизация и отверждение включают такие добавки, как сера, сажа и другие, под воздействием тепла и давления. Сера повышает прочность на растяжение, а углеродный наполнитель снижает диэлектрическую прочность, в результате чего получается эффективный изолятор.
Синтетический каучук, с другой стороны, включает комбинацию углерода, водорода и других молекул для получения материала, подобного натуральному каучуку. Характер и комбинация добавок определяют основные характеристики, области применения и температурный диапазон.
Эластомеры
Термин «эластомер» является наиболее подходящим термином для каучука, учитывая его состав и эластичность. Однако ряд эластомеров не на основе каучука проявляют аналогичные свойства и включают термопласты и реактопласты.
Эти два материала, обычно называемые пластиками, широко используются в электрических кабелях и компонентах благодаря простоте производства и впечатляющим изоляционным свойствам. Основная особенность пластмасс заключается в том, что они производятся синтетическим путем из производных природных соединений, таких как сырая нефть, углеводороды и природный газ.
Термопласты сохраняют свою гибкость, а также химический состав при мгновенном приложении и отводе тепла. Однако материал плавится при длительном и постоянном воздействии тепла. С этой целью добавляются другие материалы для улучшения изоляционных свойств, включая, среди прочего, высокую диэлектрическую прочность, удельное сопротивление изоляции, высокую температуру плавления и низкие диэлектрические потери.
Наиболее распространенным термопластом для изоляции кабелей является ПВХ из-за относительно низкой стоимости, долговечности и доступности. Однако при длительном воздействии тепла побочные продукты, такие как хлор, приводят к образованию токсичных паров, которые могут быть опасны в замкнутых пространствах, таких как шахты и туннели.
Другие используемые термопласты включают полиэтилен (ПЭ), который характеризуется более низкими диэлектрическими потерями, чем ПВХ, и устойчивостью к перепадам напряжения в присутствии влаги. Однако полиэтилен имеет тенденцию быть твердым и жестким, поэтому он не подходит для намоточных установок.
Термореактивные материалы отличаются от термопластов тем, что применение и удаление тепла приводит к необратимым изменениям. Общие типы, используемые в кабелях, включают сшитый полиэтилен (XLPE) и этилен-пропилен (EPR).
Благодаря выделенному свойству (необратимое изменение после подвода и отвода тепла) термореактивные материалы применяются для листовой изоляции, компаундов для соединения кабелей и опорных изоляторов.
Важность изоляции электрических кабелей невозможно переоценить. Целостность, безопасность и эффективность проводника зависят от природы выбранного материала. Обратите внимание, что существуют и другие варианты вышеуказанных материалов для различных и специализированных целей.
Однако для достижения требуемых характеристик убедитесь, что вы выбрали правильный материал для применения.
Что вы думаете об этой статье? Не стесняйтесь делиться с нами своими впечатлениями!
Почему важны непроводящие строительные материалы
Пултрузионные изделия не проводят электрический ток для таких материалов, как металл. FRP также имеют низкую теплопроводность, что означает, что теплопередача происходит с меньшей скоростью. Это приводит к более удобной поверхности продукта при физическом контакте.
Предложение непроводящих материалов во всех отраслях промышленности является одной из ключевых особенностей, которая выделяет изделия из пултрузионного стекловолокна на рынке. Стеклопластики, также называемые армированными волокнами полимерами, могут выдерживать тепло от электрических или природных источников.
Для создания пултрузионных изделий пучки углеродных, арамидных или стекловолоконных ровингов протягивают через ванну со смолой.
Этот процесс укрепляет полимерные волокна и создает термостойкие, высокоэффективные материалы, которые могут прослужить до 15 лет практически без обслуживания.
Во время производственного процесса в волокнистые ровинги также вводят смолу для их дополнительного усиления. Отлитый, а затем отвержденный до нужного размера и формы, полученный материал чрезвычайно легкий и простой в установке.
Являясь превосходной альтернативой дереву, бетону, алюминию и даже стали, изделия из армированного волокном полимера (FRP) более безопасны благодаря высокой термостойкости.
В течение последних 22 лет компания Tencom усердно работала над созданием безопасных и долговечных пултрузионных изделий для коммерческого и жилого строительства. Чтобы узнать больше о пултрузии, нажмите здесь.
Термостойкие материалы
Теплостойкость и огнестойкость являются двумя ключевыми факторами, обеспечивающими безопасность коммерческих и жилых зданий.
Для придания дереву, бетону и асфальту теплостойкости необходимо нанести слой защитного покрытия.
Это тип химического покрытия, которое очень токсично для окружающей среды и работает не так, как композиты FRP.
Пултрузионные изделия устойчивы к высоким температурам с самого начала. Нет необходимости добавлять слои токсичных химикатов. Что касается таких металлов, как алюминий и сталь, то они обладают большей теплоемкостью, чем древесина, но не являются полностью жаростойкими. Они все еще могут плавиться при более высоких температурах, которые могут возникнуть во время безудержного пожара.
Как композиты FRP термостойки?
Все зависит от способа создания полимерных композитов, армированных волокном. Волокнистые ровинги подаются в пултрузионную машину, поддерживая постоянный уровень прочности на протяжении всего продукта.
Натяжной ролик также пропускает катушки с материалом и армирование через машину. Это формирует армированный волокнами полимер в композит. Затем ровницы проходят стадию «пропитки», на которой они погружаются в жидкую смолу.
По мере намокания ровницы пропитываются смолой, что дополнительно улучшает состав продукта. На этом этапе можно добавить различные цвета, вводя пигменты в незавершенное изделие.
Наконец, продукт будет отлит и отвержден, что сделает композит устойчивым к ударам, ультрафиолетовым лучам, коррозии и нагреванию.
Композиты FRP и древесина
Проще всего провести сравнение между пултрузионным стеклопластиковым изделием и обычным строительным материалом — сравнить композиты FRP с древесиной. Древесина легко воспламеняется и быстро сгорает без надлежащего химического покрытия для ее защиты.
Древесина использовалась в строительных проектах, когда человечество впервые научилось срубать дерево. На протяжении всей истории человечества он служил основным материалом для строительства, но у использования дерева есть много недостатков.
Одна из самых больших проблем заключается в том, насколько он токопроводящий. Это чемпион по удержанию тепла в конкурсе, который отдает предпочтение непроводящим материалам.
По соображениям безопасности композиты FRP все чаще предпочтительнее дерева в строительных проектах.
Композиты, армированные стекловолокном, имеют сверхвысокую температуру стеклования (Tg) около 575°F (302°C). Как пултрузионный материал с самым высоким рейтингом Tg, когда-либо испытанный, эти композиты FRP остаются непроводящими, химически стойкими и коррозионно-стойкими при чрезвычайно высоких температурах.
Это означает, что в случае пожара внутри здания несущие конструкции из композитных материалов FRP не шатаются. Они выдержат сильный жар и давление.
Нет необходимости добавлять токсичные химические покрытия на композитные детали FRP, и они практически не требуют обслуживания.
Пултрузионное стекловолокно, часто используемое в качестве перекладин, столбов, балок, стоек и других элементов структурной поддержки, поможет сохранить целостность здания в случае пожара. Он также может помочь замедлить распространение этого огня благодаря своим термостойким свойствам.
Композиты FRP и металлы
По сравнению с алюминием или сталью, продукты FRP по-прежнему являются лучшим выбором. Непроводящие, устойчивые к коррозии и на 75 % легче изделий из стали, пултрузионные материалы из стекловолокна обеспечивают дополнительную безопасность без ущерба для прочности или жесткости.
В зданиях требуется много (мили) электропроводки, чтобы обеспечить электричеством каждую комнату и каждое устройство. Это может генерировать много тепла, особенно в больших корпоративных зданиях. Тепло, поступающее от тепловых или электрических источников, не повредит и не расплавит композиты FRP, как это происходит с алюминием и сталью.
Хотя известно, что металлы обладают более высокой термостойкостью, чем древесина, они все же не могут сравниться с пултрузионными изделиями.
Наличие непроводящих свойств полезно не только для зданий. Это также большое преимущество в автомобильном мире. На протяжении десятилетий автомобили, грузовики и внедорожники производились в основном из стали.
Добавить комментарий