Разработка урока по теме "Электролиты и неэлектролиты". Вещества не проводящие электрический ток называются

Срочно Как называют вещества, которые проводят электрический ток?...

1. Проводники2. Диэлектрики3. Частицы, способные переносить заряд4. В металлах, в растворах, полупроводниках, плазме5. Электроны(Электронный газ)6. 07.разноименные заряды, входящие в состав атомов (или молекул), которые на могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга8.Возникновение суммарного дипольного момента молекул, отличного от нуля, при внесении диэлектрика в электрическое поле9.Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри однородного диэлектрика10.Находиться по стенкам шарика11.Помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.Металлическая сетка может надежно защитить особо огнеопасное помещение, например пороховой склад, от удара молнии.12.Неполярные диэлектрики. Полярные диэлектрики. Кристаллические диэлектрики. Отличаются видом кристаллической решетки.13.Положительные заряды скапливаются на одной стороне, а отрицательные - на противоположной. Перераспределение зарядов будет происходить до тех пор, пока поле, созданное этими зарядами, не скомпенсирует внешнее поле.14.Связанные заряды создают электрическое поле которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля.15.Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества. 16.17.Дело в том, что электрическое поле вокруг заряженных тел неоднородно: чем ближе к заряженному телу, тем больше напряженность поля.Когда незаряженный предмет вносят в электрическое поле, на поверхности предмета появляются связанные заряды противоположных знаков. В результате на разные части предмета со стороны поля будут действовать противоположно направленные силы. 18.Будет, объяснение в прошлом вопросе.19.

Оцени ответ

astrabasket.ru

Разработка урока по теме "Электролиты и неэлектролиты".

Электролиты и неэлектролиты.

Цели урока.

Обучающие - формирование понятия об электролитах, как проводниках 2 рода, неэлектролитах; изучить природу тока в электролитах, закономерности, возникающие в электролитах при протекании тока, показать, что способность проводить электрический ток зависит от наличия заряженных частиц и от их способности передвигаться, т. е. строения вещества.

Развивающие - развитие

Учебно-интеллектуальных умений: диалектически анализировать, сравнивать, классифицировать, обобщать, устанавливать причинно-следственные связи, исследовать.
Учебно-познавательных умений: участвовать в учебном диалоге, задавать вопросы, формулировать проблемы, излагать гипотезы, аргументировать, доказывать, исследовать практически (наблюдать, ставить опыты, проводить эксперименты).

Воспитательные - содействие воспитанию у учащихся организованности, аккуратности, умения вести познавательную деятельность в коллективе, сотрудничать при решении учебных задач (объяснять, оказывать помощь товарищам, принимать помощь товарищей).

Задачи урока

выяснить от чего зависит электропроводность веществ;
исследовать электропроводность веществ путём выполнения лабораторной работы;
установить взаимосвязь между строением вещества и его способностью проводить электрический ток;
показать, что при растворении веществ в воде происходит разрушении молекул на ионы, подготовить учащихся к формированию понятия «электролитической диссоциации»;
ввести понятия «электролиты» и «неэлектролиты».

Тип урока – изучение нового материала.

Оборудование : оборудование и реактивы для опытов, компьютер, мультимедийная презентация, видеофрагменты опытов.

Демонстрация: испытание веществ и их растворов на электрическую проводимость.

ТБ 2,3.5

Ход урока

Организационный момент: отметить отсутствующих, объяснить цели урока.

Актуализация опорных знаний в межпредметной беседе:

Учитель. Что такое электрический ток?

Ответ. Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц.

Учитель. Как называются вещества, которые проводят электрический ток? Приведите примеры.

Ответ. Вещества, которые проводят электрический ток, называются проводники, например металлы: серебро, медь, алюминий и др.

Учитель. Как называются вещества, которые не проводят электрический ток?

Ответ. Вещества, которые не проводят электрический ток, называются изоляторы, например, пластмассы, резина, фарфор, янтарь, воздух.

Учитель. За счет каких заряженных частиц металлы проводят ток?

Ответ. В металлах подвижными заряженными частицами являются обобществленные электроны.

Учитель. Какие ещё зараженные частицы вам известны?

Ответ. Ионы: положительно заряженные – катионы и отрицательно заряженные – анионы.

Учитель. Как вы думаете, могут ли ионы создавать электрический ток?

Ответ. Думаю, могут, так как электрический ток это движение заряженных частиц, а ионы это заряженные частицы.

Учитель. Для проверки высказанного предположения проведем серию опытов и результаты внесем в таблицу. Что бы запомнить таблицу, вспомните причинно - следственные связи: строение - свойства.

Ответ. Известно, что свойства зависят от строения. Под строением понимается тип кристаллической решетки, тип химической связи и строение атома.

Учитель. Мы будем исследовать следующие вещества: воздух, дистиллированную воду, кристаллическую поваренную соль, раствор поваренной соли в воде, раствор хлороводорода в воде (соляная кислота), сахар кристаллический, раствор сахара в воде. Внесите в соответствующие колонки таблицы № 1 названия веществ, их молекулярные формулы, тип химической связи и ваши предположения об их электропроводности символами горящая или не горящая лампочка. Видеофрагменты опытов

Кто, если он добросовестен, не сочтет, что следует воздержаться от рассуждений, когда говорит опыт? (Антуан ван Левенгук)

Таблица № 1

Вещества, Названия

Молекулярная формула

Тип химической связи (строение)

Электропроводность (свойства)

Противоречия

Предположение

Опытные данные

Воздух

N2; O2

Связь ковалентная неполярная

Вода дистиллированная

h3O

Связь ковалентная полярная

Соль кристаллическая

NaCl

Связь ионная

Проблема №1

Раствор поваренной соли

NaCl

Связь ионная

Соляная кислота (Раствор хлороводорода)

HCl

Связь ковалентная полярная

Проблема №2

Сахароза кристаллическая

C12h32O11

Связь ковалентная полярная

Раствор сахарозы

C12h32O11

Связь ковалентная полярная

Проблема №3

Учитель. Проведем эксперимент, собрав следующий прибор, и внесем данные опыты в таблицу.

Учитель. Посмотрим, все ли наши предположения подтверждаются опытными данными. Найдем противоречия между предполагаемыми и экспериментальными данными и сформулируем их как проблемы и попытаемся их решить.

Честь науке – ей дано уменьевыводить нас из недоуменья. М. Светлов.

Учитель. Сформулируем проблему №1.

Ученик. Почему раствор хлорида натрия, в отличие от твердой соли и дистиллированной воды, проводит электрический ток?

Решение проблемы № 1

Учитель. Есть ли ионы в кристаллах соли?

Ответ. Да, потому что соль ионное соединение.

Учитель. Почему кристаллическая соль не проводит электрический ток?

Ответ. Кристаллическая соль не проводит электрический ток потому, что нет движения ионов. Они связаны силами электростатического притяжения.

Учитель. Тогда, почему раствор NaCl проводит электрический ток?

Ответ. Если раствор NaCl проводит электрический ток, значит, в нем есть движение ионов. Следовательно, ионы стали свободными.

Учитель. Как вы думаете, почему это произошло? Сформулируйте гипотезу.

Ответ. В узлах кристаллической решетки хлорида натрия содержатся ионы, которые высвобождаются при контакте соли с молекулами воды, что определяет электрическую проводимость раствора хлорида натрия. Это подтверждается опытными данными.

Учитель. Сформулируйте проблему №2.

Ученик. Почему водный раствор хлороводорода (вещества с ковалентной полярной связью) проводит электрический ток?

Решение проблемы № 2

Учитель. Есть ли в молекуле хлороводорода ионы?

Ответ. Нет, так как это вещество с ковалентной полярной связью.

Учитель. Раствор хлороводорода проводит электрический ток?

Ответ.Да. Значит, в нем ионы есть!

Учитель. Подумайте, в результате чего они появились? Сформулируйте гипотезу.

Ответ.Если раствор хлороводорода проводит электрический ток, значит, в нем имеются ионы, образующиеся в результате взаимодействия хлороводорода с водой при растворении. Это доказывают данные опыта.

Учитель. Ваши гипотезы правильны. Сегодня на уроке вы увидели вещества, растворы которых проводят электрический ток. Они называются электролиты. Это вещества с ионной и ковалентной сильно полярной связью. К ним относятся растворимые соли, кислоты и основания. Такие вещества распадаются на ионы при растворении в воде или расплавлении. Распад электролитов на ионы называется электролитической диссоциацией. Это обратимый процесс, который можно представить в общем виде следующим уравнением: К А <—>K+ +

Учитель. Сформулируйте проблему № 3.

Ученик. Почему раствор сахарозы (вещества с ковалентной полярной связью) не проводит электрический ток?

Решение проблемы № 3.

Учитель. Есть ли в кристаллической сахарозе ионы?

Ответ. Нет, так как это вещество с ковалентной полярной связью.

Учитель. Есть ли ионы в растворе сахарозы?

Ответ. Нет, так как ее раствор не проводит электрический ток.

Учитель. Сформулируйте гипотезу.

Ответ. Если раствор сахарозы не проводит электрический ток, значит, при ее растворении в воде не образуются ионы.

Учитель. Как видите, существуют не только вещества, растворы которых проводят электрический ток, но и вещества, растворы которых не проводят электрический ток. Они называются неэлектролиты. Это вещества с ковалентной неполярной и малополярной связью: воздух, органические вещества (спирт, бензин, сахароза), дистиллированная вода.

Итак, обобщим полученные данные и сформулируем выводы:

Учитель. Чем определяется возможность распада вещества на ионы?

Ответ. Возможность распада вещества на ионы определяется природой растворенного вещества;

Учитель. Что такое электролиты?

Ответ. Электролиты это вещества, растворы которых обладают ионной проводимостью;

Учитель. Что такое неэлектролиты?

Ответ. Неэлектролиты это вещества, растворы которых не обладают ионной проводимостью;

Учитель. Является ли электрический ток причиной распада веществ на ионы?

Ответ. Электрический ток не является причиной распада веществ на ионы, так как сухая соль ток не проводит;

Учитель. Как вы думаете, что является причиной электролитической диссоциации?

Ответ. Думаю, что распад электролитов на ионы вызывает растворение в воде.

Учитель. Это правильно. С механизмом диссоциации электролитов, т. е. электролитической диссоциации и ролью воды в этих процессах мы познакомимся на следующем уроке. А сейчас, для закрепления рассмотренного на уроке материала, заполним таблицу №2. Разделите на электролиты и неэлектролиты следующие вещества: хлорид натрия, соляная кислота, сахароза, азот, сульфат натрия, этиловый спирт (C2H5OH), гидроксид калия, кислород, азотная кислота, карбонат калия, дистиллированная вода.

Таблица № 2

Электролиты

Неэлектролиты

Ионная связь

Ковалентная сильнополярная связь

Ковалентная слабополярная

Ковалентная неполярная связь связь

NaCl

Na2SO4

HCl

h3SO4

C12h32O11

C2H5OH

Показ презентации для закрепления нового материала.

Вывод: электролиты – это щёлочи, кислоты, соли, которые могут быть растворены или расплавлены образованные, ионной, ковалентной сильнополярной связями. неэлектролиты – жидкие кислород, водород, органические вещества, образованные ковалентной неполярной или малополярной связями.

Учитель. Дома я попрошу вас, еще раз, осмыслить увиденное и услышанное на уроке, заполнив 1 - 4 направления в логико-смысловой модели по теме: “Вещества и электрический ток”. Вам нужно провести классификацию веществ по отношению к электрическому току, классификацию проводников, указать типы химических связей в электролитах и неэлектролитах и подобрать примеры.

Логико-смысловая модель по теме: “Вещества и электрический ток”

Домашнее задание: §1 стр.5 упр.9,10 стр.

Самоанализ урока по химии на тему “Электролиты и неэлектролиты”

Цель – создать условия для формирования представлений об электролитах и неэлектролитах.

К обучающим задачам урока я отнесла формирование основных понятий об электролитах и не электролитах.

К воспитательным – формирование навыков коллективной работы в сочетании с индивидуально. Урок был также призван способствовать развитию у учащихся познавательные способности, формирование самостоятельности мышления, умение логически рассуждать, развить умение анализировать химический эксперимент, обобщать и делать выводы из полученных знаний.

Это по типу, урок изучения и первичного закрепления нового материала, он включал в себя - вызов, осмысление, рефлексия .

При проведении урока я ориентировалась на принципы обучения: «Обучение сообща»

На каждом этапе урока формулировала следующие УУД:

коммуникативные УУД, познавательные УУД, регулятивные УУД.

Чтобы решить цель урока, я подобрала примеры, вопросы, задание связанные с жизнью для того чтобы усилить мотивацию познавательной деятельности учащихся к изучению предмета и к теме конкретно. Задания были ориентированы на развитие учащихся работать в коллективе, проводить эксперимент, вести дискуссию и аргументировать свои мысли, применять знания в повседневной жизни.

Я использовала экспериментальный, частично-поисковый, проблемный методы. В ходе урока была организована индивидуальная, фронтальная, групповая, коллективная работа учащихся. В процессе урока использовал записи на доске, для наглядности, увеличения интенсивности урока ИКТ (презентацию).

Материал урока оказался сложным, но интересным для учащихся.

Мне было легко вести урок, ученики быстро включались в работу.

Цель урока можно считать выполненной, я полагаю, что большинство ребят научились на основании демонстрационного эксперимента, проведенных опытов в группах формулировать понятия -неэлектролиты, электролиты и различать их.

infourok.ru

Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток

Диэлектрики

Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток. Диэлектрики также называют изоляторами. В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда – заряженных частиц, которые могли бы прийти под действием электрического поля в упорядоченное движение и образовать ток проводимости. Точнее, у диэлектриков концентрация свободных носителей заряда в раз меньше, чем у проводников.

При внесении диэлектрического стержня в однородное электростатическое поле, он будет поворачиваться, стремясь расположиться нормально силовым линиям поля. Если поле неоднородно, то стержень будет не только поворачиваться, но и втягиваться в область более сильного поля. Это поведение похоже на поведение металлического стержня. Однако если в момент нахождения в электростатическом поле стержень разделить пополам, то каждая часть будет вести себя также. Это поведение можно объяснить, допустив, что в диэлектрике возникают наведeнные заряды. Однако их нельзя снять. В отличие от свободных зарядов проводников, заряды диэлектриков являются связанными.

Все молекулы диэлектрика электрически нейтральны: суммарный заряд электронов и атомных ядер, входящих в состав молекулы, равен нулю. В первом приближении молекулу можно рассматривать как электрический диполь с дипольным электрическим моментом, , где q – суммарный положительный заряд всех атомных ядер в молекуле, а – вектор, проведeнный из «центра тяжести» электронов в молекуле в «центр тяжести» положительных зарядов атомных ядер. Как всякий электрический диполь, молекула создаeт электрическое поле.

Диэлектрик называется неполярным (диэлектриком с неполярными молекулами), если в отсутствие внешнего электрического поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов в молекуле этого диэлектрика совпадают и дипольные моменты молекул равны нулю (и другие). Во внешнем электрическом поле происходит деформация электронных оболочек атомов и молекул. «Центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов смещаются друг относительно друга . Неполярная молекула при этом приобретает во внешнем электрическом поле индуцированный (наведeнный) дипольный электрический момент, пропорциональный напряжeнности поля :

где – поляризуемость молекулы, зависящая только от объeма молекулы. Неполярная молекула подобна квазиупругому диполю, длина плеча которого пропорциональна растягивающей силе, т.е. пропорциональна напряженности внешнего электрического поля. Тепловое движение неполярных молекул никак не влияет на возникновение у них индуцированных дипольных электрических молекул: векторы всегда совпадают по направлению с вектором , а поляризуемость не зависит от температуры.

Полярным диэлектриком (диэлектриком с полярными молекулами) называется такой диэлектрик, молекулы или атомы которого имеют электроны, расположенные несимметрично относительно атомных ядер ( и др.). В таких молекулах «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают даже в отсутствие внешнего электрического поля. Молекулы полярных диэлектриков по своим свойствам подобны жестким диполям, у которых имеется постоянный (по модулю) электрический дипольный момент .

В однородном внешнем электрическом поле на жeсткий диполь действует пара сил, вращательный момент которой равен:

Если диполь находится в неоднородном поле, то на него кроме вращающего момента действует и результирующая сила:

Поляризация диэлектриков

Если полярный диэлектрик не находится во внешнем электрическом поле, то в результате теплового движения молекул векторы и дипольных моментов ориентированы хаотически, а сумма дипольных моментов всех молекул, содержащихся в любом макроскопически малом объеме диэлектрика, равна нулю.

В неполярном диэлектрике, не находящемся во внешнем электрическом поле, равны нулю дипольные моменты каждой отдельной молекулы.

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том, что в любом малом его объеме возникает отличный от нуля суммарный дипольный момент молекул. Диэлектрик в таком состоянии называется поляризованным. В зависимости от строения молекул или атомов диэлектрика различают три типа поляризации:

а) Ориентированная поляризация полярных молекул.

При этом возникает преимущественная ориентация дипольных электрических моментов молекул вдоль поля, возрастающая с увеличением напряженности электрического поля и с уменьшением температуры.

б) Электронная (деформационная) поляризация неполярных диэлектриков. Под действием внешнего электрического поля возникают индуцированные дипольные моменты, направленные вдоль поля. Тепловое движение молекул не оказывает влияния на электрическую поляризацию.

в) Ионная поляризация, имеющих ионную кристаллическую решетку.

Количественной мерой поляризации диэлектрика служит вектор поляризованностью . Поляризованностью (вектором поляризации) называется отношение электрического дипольного момента малого объема диэлектрика к величине этого объeма:

где – электрический дипольный момент i-й молекулы, n – общее число молекул в объеме . Этот объем должен быть столь малым, чтобы в его пределах электрическое поле можно было считать однородным. Число молекул n в объем должно быть достаточно велико, для того, чтобы к ним можно было применить статистические методы исследования.

Для неполярного диэлектрика в электрическом поле напряженности :

где – концентрация молекул, – индуцированный дипольный момент одной молекулы, – относительная диэлектрическая восприимчивость вещества (безразмерная величина).

Для полярного диэлектрика в электрическом поле:

где – среднее значение вектора дипольного момента для всех молекул n, содержащихся в малом .

Для случая поляризации диэлектриков в слабых электрических полях:

причем , где k – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура.

Эти формулы справедливы для электрически изотропных диэлектриков. Для них –скалярная величина, совпадает с направлением . Если диэлектрик анизотропен, то его – величина тензорная. Вектора и коллинеарны лишь в определенных направлениях .

Рассмотрим кусок однородного диэлектрика, имеющего форму косого параллелепипеда. Поместим его в однородное электрическое поле, направленное параллельно боковым ребрам. На основаниях параллелепипеда появятся поляризованные заряды с поверхностной плотностью . На боковых гранях поляризованных граней не возникнет.

S – площадь основания, – дипольный момент диэлектрика, – вектор поляризации, .

Следовательно: . Домножим данное выражение скалярно на : – эта формула справедлива в общем случае. Поверхностная плотность поляризационных зарядов равна проекции вектора поляризации на внешнюю нормаль.

Вычислим поляризационный заряд, поступающий через замкнутую поверхность S в объем V при поляризации: . При однородной поляризации: . Запишем теорему Гаусса в случае существования свободных и поляризационных зарядов:

. Но ; , – электрическое смещение (электрическая индукция).

Теорема Гаусса для диэлектриков:

Дифференциальная форма теоремы Гаусса:

Используя, что , запишем: ; – относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Электромагнитное поле

Ранее были рассмотрены основные законы электрических и электромагнитных явлений: теорема Остроградского-Гаусса, закон полного тока и закон электромагнитной индукции. Эти законы являются обобщением экспериментальных фактов. Они позволяют решать основную задачу, возникающую при изучении электромагнитных явлений: по заданному распределению зарядов и токов определить созданные ими в каждой точке пространства электрические и магнитные поля.

В конце 60-х годов XIX столетия Максвелл, основываясь на идеях Фарадея об электрическом и магнитном полях, обобщил законы, установленные экспериментальным путем, и разработал законченную теорию единого электромагнитного поля, создаваемого системой зарядов и токов.

Теория Максвелла – теория феноменологическая. Это значит, что внутренний механизм явлений, происходящих в среде и вызывающих появление электрических и магнитных полей, в теории не рассматриваются.

Электрические и магнитные свойства среды характеризуются в теории Максвелла тремя величинами: относительной диэлектрической проницаемостью , относительной магнитной проницаемостью и удельной электропроводностью .

Теория Максвелла является макроскопической теорией электромагнитного поля. В ней рассматриваются электрические и магнитные поля, создаваемые макроскопическими зарядами и токами, то есть зарядами, которые сосредоточены в объемах, значительно больших, чем объемы отдельных атомов и молекул. Кроме того, предполагается, что расстояние от источников полей до рассматриваемых точек пространства также во много раз больше размеров молекул. Поэтому заметные изменения полей, исследуемых в теории Максвелла, возможны только на протяжении расстояний, огромных по сравнению с размерами атомов и молекул.

В действительности, макроскопические заряды и токи представляют собой совокупности микроскопических зарядов и токов, которые создают свои электрические и магнитные поля, непрерывно изменяющиеся в каждой точке пространства. Поэтому и результирующие электрические и магнитные поля всегда переменны. Эти поля получили название микрополей. Следовательно, в теории Максвелла рассматриваются усредненные электрическое и магнитное поля, причем усреднение соответствующих микрополей производится для интервалов времени, значительно больших периодов обращения или колебания элементарных зарядов, и для участков поля, объемы которых во много раз больше объемов атомов и молекул.

Теория Максвелла основана на том, что электрические и магнитные взаимодействия происходят при посредстве электрических и магнитных полей, в которых они распространяются с конечной скоростью. Огромное значение имело открытие Максвеллом того факта, что скорость распространения электрических и магнитных взаимодействий равна скорости света в данной среде. Теория Максвелла – теория близкодействия.

Первое уравнение Максвелла

(закон электромагнитной индукции)

При изучении электромагнитной индукции подчеркивалось, что индуцированная ЭДС вихревого электрического тока определяется изменением магнитного потока: поскольку , то по времени должна быть записана частная производная, если площадка неподвижна и недеформируема.

, но в силу потенциальности поля.

– первое уравнение Максвелла в интегральной форме.

Магнитный поток рассчитывается через произвольную поверхность , опирающуюся на контур , по которому берется циркуляция напряженности электрического поля. Максвелл предложил считать, что полученное выражение справедливо для любого другого замкнутого контура, произвольно выбранного в переменном магнитном поле: циркуляция вектора напряженности электрического поля по произвольному замкнутому контуру равна взятой с отрицательным знаком скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную контуром.

Второе уравнение Максвелла

(обобщенный закон полного тока)

Из закона полного тока

где – токи, охватываемые контуром , следует, что источником магнитного поля являются упорядоченно движущиеся электрические заряды (электрический ток). Максвелл предположил, что помимо токов, связанных с упорядоченным движением зарядов, источником возникновения магнитного поля является также переменное электрическое поле. Действительно, по теореме Остроградского-Гаусса:

где – алгебраическая сумма электрических зарядов, охватываемых замкнутой поверхностью; – вектор индукции электрического поля ( – вектор поляризации, – относительная диэлектрическая проницаемость среды, – вектор напряженности электрического поля, ).

Продифференцируем записанное уравнение по времени: – правая часть этой формулы имеет размерность силы тока. Но: , поэтому – называют плотность тока смещения.

Ток смещения – численное значение нормальной составляющей плотности тока, обусловленного не движением свободных электрических зарядов (ток проводимости), а изменением во времени электрического поля. Именно существование тока смещения обуславливает существование в разомкнутой цепи (конденсатор) переменного тока.

В 1876 году английский физик Генри Роуланд показал на опыте, что ток, создаваемый движущимся заряженным телом (конвенционный ток) связан с таким же магнитным полем, как равный ему ток в неподвижном проводнике. Позже в 1903 году русским ученым А.А.Эйхенвальдом экспериментально изучено магнитное поле тока смещения и тока поляризации.

– второе уравнение Максвелла в интегральной форме.

Циркуляция напряженности магнитного поля по произвольному контуру L равна полному току (смещения и проводимости), пронизывающему любую поверхность S, опирающуюся на этот контур.

Третье уравнение Максвелла

(теорема о потоке электрического смещения)

Поток вектора электрического смещения , через произвольную замкнутую поверхность S, охватывающую свободные заряды q, равен алгебраической сумме последних:

;

– третье уравнение Максвелла в интегральной форме.

где – объемная плотность заряда.

Четвертое уравнение Максвелла

(теорема о магнитном потоке)

Магнитный поток через произвольную замкнутую поверхность всегда равна нулю:

– четвертое уравнение Максвелла в интегральной форме.

Это означает, что поле вектора является чисто вихревым (или, что не существует магнитных зарядов).

Дифференциальная форма уравнений Максвелла

Чаще используется дифференциальная форма записи уравнений Максвелла, которая позволяет описать электромагнитное поле в любой точке пространства. Для получения уравнений Максвелла в дифференциальной форме используем теорему Остроградского-Гаусса и теорему Стокса.

Теорема Остроградского-Гаусса:

;

Теорема Стокса:

Поскольку объем и площади интегрирования произвольны, то должны быть равны подинтегральные функции:

; ;

; Число переменных 6 (1 скалярная величина и 5 векторных величин). Максвелл ввел, три характеристики среды – электропроводность, – диэлектрическая проницаемость, – магнитная проницаемость и уравнения, связывающие эти характеристики с векторами электромагнитного поля (материальные уравнения):

, , .

Полученная система уравнений является полной:

;

Эту систему уравнений дополняют уравнением, выражающим силовое взаимодействие зарядов, токов и магнитных полей:

birmaga.ru

Электрический ток и электропроводность вещества — Мегаобучалка

При некоторых условиях для нейтрального атома (повышение температуры), этот атом теряет электрон, превращаясь в положительный ион. Оторвавшийся электрон может присоединиться к соседнему атому, образуя отрицательный ион.

Если такое вещество поместить в электрическое поле, то под действием сил поля возникает процесс движения свободных электронов или ионов в направлении сил поля, получивший название электрического тока.

Свойство вещества проводить электрический ток под действием электрического поля называется электропроводностью.

Электропроводность вещества зависит от количества свободных, не связанных с атомами, электрически заряженных частиц. Чем выше их концентрация, тем электропроводность больше.

Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Проводники обладают высокой электропроводностью. Делятся на два класса:

К 1 классу относятся металлы и их сплавы.

В металлах электроны, расположенные на внешних орбитах, слабо связаны с ядрами атомов, часть электронов перемещается между атомами, заполняя пространство между ними и находятся в беспорядочном движении (см.рис.1,4). Однако если металлический проводник внести в электрическое поле, то свободные электроны под действием сил поля начнут перемещаться в сторону положительного заряда (см.рис.1,4), создавая электрический ток.

Рис. 1.4. Свободное и упорядоченное движение электронов

Диэлектрические вещества имеют на внешней орбите большое количество электронов, но они жестко связаны со своими ядрами.

Поэтому диэлектрики не являются проводниками тока.

К проводникам 2 класса относятся водные растворы кислот, солей и щелочей.

Электрическая цепь. Э.Д.С.

Рис. 1.5. Электрическая цепь

Если два разноименно заряженных тела соединить проводником, то свободные электроны проводника и этих тел придут в движение и возникнет электрический ток.

Ток по проводнику будет протекать до тех пор, пока напряжение между ними не станет равным нулю.

Для обеспечения непрерывного движения электронов по проводнику необходимо постоянно поддерживать заряды этих тел, то есть обеспечивать разность потенциалов на концах проводника. Для этого применяются источники электрической энергии.

Причину, вызывающую упорядоченное движение электрических зарядов по цепи, называют Э.Д.С. Э.Д.С. обозначается буквой "Е" и измеряется в вольтах.

К источникам Э.Д.С. относятся генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы.

Источник электрической энергии, потребитель и провода образуют замкнутую электрическую цепь.

За направление тока принято направление от "+" к "-".

Сила тока (I)

Силой тока служит величина тока, измеряемая количеством электричества, которое проходит через поперечное сечение проводника за 1 сек.

I = Q / t, A

Q - заряд, Кл

t - время, сек

Ток измеряется в амперах (А). Направление тока указывается стрелкой.

Более мелкие единицы измерения тока

1 миллиампер - 10-3 А

1 микроампер - 10-6 А

Более крупная единица измерения тока

1 килоампер = 103 А

Сопротивление (R)

При движении свободных электронов в проводнике, под действием сил электрического поля, они сталкиваются на своем пути с атомами вещества и отдают им часть своей энергии.

Эта энергия, в результате столкновений, рассеивается в виде тепла и нагревает проводник.

Электроны , сталкиваясь с частицами вещества, преодолевают сопротивление движению, то есть проводники обладают электрическим сопротивлением.

Если сопротивление проводника велико, то проводник может раскалиться (утюг) и наоборот.

Сопротивление обозначается буквой R и измеряется в омах (Ом).

Более крупная единица измерения

1 килоом = 103 Ом

1 мегаом = 106 Ом

Всякий проводник обладает проводимостью, то есть способностью проводить электрический ток.

Проводимость есть величина обратная сопротивлению.

G = 1/R, (Сименс).

О способности отдельных веществ проводить электрический ток судят по его удельному сопротивлению ρ (ро)

ρ = Ом, мм2/м

Сопротивление проводника определяется по формуле

R = ρ · ℓ / S, Ом

ℓ - длина проводника , м

S - сечение проводника, мм2

Провода из металлов (меди, алюминия) с наименьшим сопротивлением широко применяются для соединения потребителей электрической энергии с генераторами.

Для изготовления обмоток нагревательных элементов и реостатов применяют сплавы с большим удельным сопротивлением (нихром, фехраль).

На подвижном составе применяются сопротивления с целью регулирования, уменьшения или ограничения тока цепи.

Емкость (С)

Электрические заряды в цепи могут не только перемещаться по её элементам, но также накапливаться в них, создавая запас энергии

Wэ = C · U2 / 2

где U - напряжение на элементе электрической цепи, В

С - емкость, Ф

Электрической ёмкостью (или просто ёмкостью) C называется коэффициент, определяющий запас накопленной энергии. Таким образом, ёмкость - характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд.

Величина ёмкости участка электрической цепи зависит от электрических свойств окружающей среды, а также от формы и геометрических размеров проводников, в которых накапливаются заряды.

Исторически первые накопители представляли собой плоские проводники, разделённые тонкой прослойкой изоляционного материала.

Совокупность проводников, предназначенных для накопления энергии электрического поля, называется конденсатором. Чем больше площадь проводников и чем меньше толщина изолирующей прослойки, тем больше, при прочих равных условиях, величина их ёмкости.

Ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда на конденсаторе к величине напряжения на нем

С = Q / U

и измеряется в фарадах (Ф).

Электрические цепи

megaobuchalka.ru

Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток

Диэлектрики

Поляризация диэлектриков

а) Ориентированная поляризация полярных молекул.

в) Ионная поляризация, имеющих ионную кристаллическую решетку.

Для неполярного диэлектрика в электрическом поле напряженности :

Для полярного диэлектрика в электрическом поле:

где – среднее значение вектора дипольного момента для всех молекул n, содержащихся в малом .

Для случая поляризации диэлектриков в слабых электрических полях:

причем , где k – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура.

S – площадь основания, – дипольный момент диэлектрика, – вектор поляризации, .

. Но ; , – электрическое смещение (электрическая индукция).

Теорема Гаусса для диэлектриков:

Дифференциальная форма теоремы Гаусса:

Используя, что , запишем: ; – относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Электромагнитное поле

Первое уравнение Максвелла

(закон электромагнитной индукции)

, но в силу потенциальности поля.

– первое уравнение Максвелла в интегральной форме.

Второе уравнение Максвелла

(обобщенный закон полного тока)

Из закона полного тока

– второе уравнение Максвелла в интегральной форме.

Третье уравнение Максвелла

(теорема о потоке электрического смещения)

;

– третье уравнение Максвелла в интегральной форме.

где – объемная плотность заряда.

Четвертое уравнение Максвелла

(теорема о магнитном потоке)

Магнитный поток через произвольную замкнутую поверхность всегда равна нулю:

– четвертое уравнение Максвелла в интегральной форме.

Это означает, что поле вектора является чисто вихревым (или, что не существует магнитных зарядов).

Дифференциальная форма уравнений Максвелла

Теорема Остроградского-Гаусса:

;

Теорема Стокса:

Поскольку объем и площади интегрирования произвольны, то должны быть равны подинтегральные функции:

; ;

, , .

Полученная система уравнений является полной:

;

www.birmaga.ru

почему одни материалы являются проводниками а другие изоляторами

такие физические свойства.

Почему один человек умный, а другой - дурак?

Ленусик себя считает, конечно, умной.

Все материалы проводят ток .Но некоторые проводят хорошо, а некоторые плохо. Вот человек и разделил их условно на хорошие проводники и плохие. Накоторые удобно использовать, как проводники .а некоторые лучше использовать, как изоляторы.

Проводники - это материалы, которые проводят электрический ток, а изоляторы (их еще называют диэлектриками) - не проводят. Проводниками называют также материалы, которые имеют заряженные частицы (свободные электроны в металлах, катионы, анионы) , именно они проводят электрический ток. Проводниками могут быть металлы, газы, раствор электролитов и др. Изоляторы не имеют заряженных частиц, они нейтральные, поэтому они и не проводят эл. ток.

Атомы проводников легко отдают свои электроны при появлении электрического поля. У изоляторов же связь электоронов с атомными ядрами более сильная, чем у проводников. При высоком напряжении может наступить пробой диэлектрика.

Это зависит от того, насколько сильно электрон притягивается к своему атому - и насколько сильно к соседу. Если эти силы близки - электронная волна размывается между двумя.. . а потом и между ВСЕМИ атомами, и электрон может путешествовать по критсталлической решётке как хочет. Такое вещество называется МЕТАЛЛОМ и является хорошим электронным проводником Если электрон сильнее притягивается к своему атому, но всё-таки немножко и к соседу - он уже без дополнительной энергии путешествовать не может. И при -273оС никакой проводимости нет. Но вот при "высокой" (например - комнатной :-) температуре элетрон получает достаточно энергии, чтобы вылететь из своего атома и притянуться к соседу - и материал начинает проводить ток. Такие вещества называются ПОЛУПРОВОДНИКАМИ Ну а если связь ОЧЕНЬ сильная (больше 4-5 электронвольт) - то тепловой энергии уже недостаточно - и материал - изолятор. Правда если такой изолятор сильно нагреть, и он ещё не расплавится - он может стать полупроводником :-)

может я и ошибаюсь-наличаем свободных электронов

В проводниках - есть свободные электроны. (то есть электроны, которые могут свободно путешествовать между атомами) а в изоляторах - нет. А электрический ток - это движение электронов. Следовательно, в 1-ых он возникает, а во вторых нет.

touch.otvet.mail.ru