Грифель проводит ток или нет – 1. Введение в физику проводников и диэлектриков | 11. Физика проводников и диэлектриков | Часть1

Содержание

Исследование электрических свойств простого карандаша.

Исследование электрических свойств простого карандаша.

Писков  К.Е. 1

1МБОУ СОШ №5 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №5»

Гаврилова  З.И. 1

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №5»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Графит является основой для производства графена — перспективного материала как основы наноэлектроники. Изучение электрических свойств графита является актуальным,

Поэтому цель моего проекта:

-исследование зависимости электрического сопротивления грифеля простого карандаша от его состава и линейных размеров

— сборка электрической цепи, в одном из участков которой используется карандаш.

Задачи:

1)- изучение различных источников информации о карандашах

2)- измерение с помощью цифрового мультиметра электрического сопротивления грифелей карандашей разных видов;

3)- исследования зависимости электрического сопротивления грифеля карандаша от его линейных размеров;

4)- проверка работы электрической цепи, в одном из участков которой используется карандаш.

5)-анализ полученных результатов.

Гипотеза:

Загорится ли лампочка в электрической цепи, если один из участков цепи заменить на стержень простого карандаша?

Объект исследования:

Грифель простого карандаша.

Оборудование и материалы:

Мультиметр, батарейки 4х1,5 В, лампочка карманного фонарика, соединительные проводники, переключатель, простые карандаши разной твердости

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

Карандаш (тюрк. karadaş, «кара» — чёрный, «даш» — камень, дословно, — чёрный камень) — инструмент в виде стержня, изготавливаемого из пишущего материала (угля, графита, сухих красок и т. п.), применяемый для письма, рисования, черчения. Часто, в целях удобства, пишущий стержень карандаша вставляется в специальную оправу.

Простой карандаш имеет графитовый грифель и пишет серым цветом с оттенками от светлого до почти чёрного (зависит от твёрдости графита).

Карандаши различаются по твёрдости грифеля, которая, как правило, указана на карандаше и обозначается буквами М (или B — от англ. blackness (букв. чернота) — мягкий и Т (или H — от англ. hardness (твёрдость) — твёрдый. Стандартный (твёрдо-мягкий) карандаш обозначается сочетаниями ТМ или HB. Буква F (от англ. fine point (тонкость) – это средний тон между НВ и Н.

       
 
                             

9H

8H

7H

6H

5H

4H

3H

2H

H

F

HB

 

2B

3B

4B

5B

6B

7B

8B

9B

Самый твёрдый

Средний

Самый мягкий

   

Интересные факты:

Известный французский карикатурист Эммануэль Пуаре (1858—1909), родившийся в России, придумал себе аристократично звучащий на французский манер псевдоним Caran d’Ache, которым стал подписывать свои работы. Позднее этот вариант французской транскрипции русского слова «карандаш», был выбран названием и фирменным знаком швейцарской торговой марки Caran d’Ache, основанной в Женеве в 1924 году, выпускающей эксклюзивные пишущие инструменты и аксессуары.

Обычным карандашом средней твёрдости можно провести линию длиной 55 км или написать 45 тысяч слов. Одна буква, написанная карандашом, весит в среднем 0,00033 грамма.

Определение электрического сопротивления грифеля.

Проверим, проводит ли грифель карандаша электрический ток, и от каких величин зависит его значение.

Напряжение — характеристика электрического поля, характеризуется работой над единичным зарядом.

Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени служит основной количественной характеристикой тока называемой силой тока.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 Вольт возникает ток силой 1 Ампер. Сопротивление обозначается величиной R. Сопротивление определяем из закона Ома для участка цепи:

Сопротивление зависит от длины проводника, площади его поперечного сечения и материала, из которого он сделан. Удельное сопротивление графита равно 13

Ом*мм2м.

Для проведения эксперимента мы использовали грифели разной длины: 10,5; 11,5; 15,5; 17,5 см.

В результате эксперимента получили:

Грифель длиной 10,5 см. и мягкостью ТМ имеет сопротивление 11 Ом;

Грифель длиной 11,5 см. и мягкостью М- 7 Ом;

Грифель длиной 17,5 см. и мягкостью 2М- 5 Ом;

Грифель длиной 17,5 см. и мягкостью 3М- 3 Ом

Собрав электрическую цепь, в одном из участков которой используется стержень простого карандаша, я убедился, что этот стержень является проводником электрического тока, т.к. лампочка загорелась

Собрав две электрических цепи, где в одном из участков использовался сначала мягкий стержень, потом твердый, я убедился, что с мягким стержнем лампочка горела ярче, чем с твердым.Следовательно, мягкий стержень карандаша является более хорошим проводником электрического тока, чем твердый.

Список литературы:

1) Фасмер, М. Этимологический словарь русского языка том 2., Астрель, АСТ 1986-87

2) Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона

3) Сайт “Википедия”

4) https://allyslide.com/en/viewer/prezentaciya-na-temu-grafen—material-budushhego

Просмотров работы: 100

school-science.ru

ПРОСТОЙ ЛИ ПРОСТОЙ КАРАНДАШ?

ПРОСТОЙ ЛИ ПРОСТОЙ КАРАНДАШ?

Черданцев А.Ю. 1

1

Черданцева Л.А. 1

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

 Не похож на человечка, но имеет он сердечко, И работе круглый год он сердечко отдает. Чертят им или рисуют. Грифель по листку танцует. Он большой помощник наш, и зовётся … КАРАНДАШ.

1. Введение

Простой карандаш. Вот он лежит перед нами на столе. В нём нет ничего необычного или непостижимого, но, тем не менее, без него в повседневной жизни не обойтись. Он нужен всем и всегда, им можно писать, штриховать, обводить, линовать, рисовать, а главное – с ним можно проводить эксперименты!

Актуальность: я посмотрел фильм «Красная палатка» (выпуск 1939 год), в котором радист потерпевшего крушение дирижабля «Италия», Джузеппе Бьяджи, пытается восстановить радиосвязь и чинит рацию при помощи простого карандаша.

И я решил проверить, действительно ли грифель карандаша можно использовать в качестве проводника электрического тока.

Объект исследования: простой карандаш и материал для его изготовления – графит.

Предмет исследования: физические и химические свойства графита, который входит в состав карандаша.

Цель работы:

  • раскрыть свойства и возможности простого карандаша.

  • исследовать физические и химические свойства грифелей простых карандашей.

Задачи:

  • изучить виды, свойства карандаша и материала — графита;

  • провести анкетирование и опрос с целью определения знаний о карандаше у детей и взрослых;

  • создать компьютерную презентацию и лепбук « Простой карандаш».

Гипотеза:

Стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами: можно рисовать под водой, на морозе, в космосе (жаль, что в космосе проверить не сможем!), которые имеют большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях.

Методы исследования:

1. Теоретическое изучение информации.

2. Практические:

2. Основная часть

 

ГРАФИТ — аллотропная модификация углерода, наиболее устойчивая при обычных условиях. Графит — распространенный в природе минерал. Встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию графита.

Свойства

Графит — жирное на ощупь вещество черного или серо-черного цвета с металлическим блеском.

Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение. Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%. Крупное графитовое месторождение находится в Тунгусском каменноугольном бассейне, образовавшееся в результате высокотемпературного воздействия на уголь – так называемая скрытокристаллическая форма графита, содержание которого лежит в пределах от 60 до 80%.

Физические свойства графитаЦвет графита варьирует от железо-черного до стального серого с характерным металлическим блеском. На ощупь минерал жирный, скользкий, пачкает пальцы и бумагу, при механическом воздействии расслаивается на отдельные чешуйчатые частицы. Именно это свойство графита позволяет применять его в карандашах.По сравнению с алмазом графит обладает меньшей твердостью и плотностью, а также графит электропроводен. Его теплопроводность зависит от степени нагрева. Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания — 38500С.

Химические свойства графитаГрафит химически малоактивен: в кислотах не растворяется, с некоторыми солями и щелочными металлами образует соединения наподобие включений. С кислородом воздуха реагирует только при очень высокой температуре, образуя углекислый газ. Графит весьма инертен при нормальных условиях. Окисляется кислородом воздуха до углекислого газа выше 400 °С. Температура начала реакций тем выше, чем совершеннее кристаллическая структура графита.

Применение графита

Техническое применение минерала чрезвычайно разнообразно и обусловлено свойствами графита, главным образом его огнеупорностью и электропроводностью. Так, в металлургии графит используется для производства тугоплавких тиглей, чехлов для термопар, емкостей для кристаллизации. В литейном производстве графитовый порошок используется в качестве антипригарной присыпки, а также для смазывания литейных форм. Он также служит для изготовления электродов и нагревательных элементов электрических печей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях, самосмазывающихся подшипников и колец электромашин, вкладышей для подшипников скольжения, втулок для поршневых штоков, уплотнительных колец для насосов и компрессоров, как смазка для нагретых частей машин и установок.

Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять электроны в реакторах.

После облучения графита нейтронами его физические свойства изменяются: удельное электрическое сопротивление увеличивается, а прочность, твердость, теплопроводность уменьшаются на порядок. После отжига при 1000-2000 °С свойства восстанавливаются до прежних значений.

В ракетостроении сопла ракетных двигателей и многие элементы теплозащиты также производятся с применением графита.

Его используют в химическом машиностроении — для изготовления теплообменников, трубопроводов, запорной арматуры, деталей центробежных насосов и для работы с активными средами. Графит используют также как наполнитель пластмасс, компонент составов для изготовления стержней для карандашей, при получении алмазов.

3. Поисковая часть

3.1. Опыты

Опыт №1 «Изучение твёрдости простых карандашей»

Мы взяли три карандаша различной твёрдости 2Т, ТМ, М. Начертили каждым линию, а затем стёрли линии ластиком. Лучше всех стирается карандаш 2Т, а хуже всех – карандаш М, так как он глубже проникает в волокна бумаги.

Вывод: грифель карандаша — это специально обработанная смесь графита, глины, воска. Твёрдость грифелю обеспечивает глина. Когда мы рисуем, происходит расслоение кристаллической решётки графита и его атомы ложатся на поверхность шестиугольными плоскостями, чем больше в стержне графита, тем мягче грифель карандаша. В самих слоях атомы находятся близко друг к другу и поэтому очень тесно связаны. А вот между слоями расстояние больше, и держатся они друг за дружку не так сильно. Поэтому, когда проведешь карандашом по бумаге, слои легко отрываются и остаются на листе. Стереть карандаш резиновым ластиком легко потому, что при механическом воздействии (трении) возникают силы взаимодействия между молекулами резины и графита и, в то же время, разрываются силы, сцепляющие частички

графита. В результате ластик просто-напросто вытаскивает молекулы графита из бумаги.

Опыт №2 «Изучение свойств грифеля простого карандаша при низкой температуре»

Мы решили проверить, будет ли простой карандаш писать при низкой температуре. Для этого в морозильную камеру (где температура -18˚С) положили на 1 час простые карандаши и ручки. Когда мы достали из камеры холодильника ручки и попробовали ими писать, то они не писали, а образцы простых карандашей оставляли на бумаге ровный след, но чуть светлее, чем до испытания.

Вывод: в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя, и под воздействием внешних сил происходит скольжение — смещение одних слоев относительно других. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу, поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет чуть светлее, чем при комнатной температуре.

Опыт №3 «Изучение механических свойств грифеля простого карандаша под водой».

В ёмкость с водой мы опустили кусок фанеры и в воде попробовали написать на нем простым карандашом.

Когда мы вытащили из воды мокрый лист фанеры, то на нём хорошо видна надпись, которая была четкая и не растекалась. Это свойство простого карандаша используют дайверы. Тоже самое мы проделали с фломастером, но когда достали из воды кусок фанеры с надписью, сделанную фломастером –надпись стала растекаться и стекла с листа вместе с водой.

Вывод: графит – твёрдое вещество, притяжение между частицами большое, а диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, чем между частицами пары жидкость (чернила фломастера) –жидкость (вода). Поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита.

Опыт №4 «Изучение взаимодействия грифеля и кислоты»

Мы взяли ручку, простой карандаш, фломастер и решили проверить будут ли они писать после воздействия на их стержни кислотой. Сразу после того как мы погрузили стержни в кислоту, писали и карандаш, и ручка, и фломастер, но после 20 минут – фломастер пишет очень плохо, а грифель карандаша оказался устойчив к воздействию кислотой и пишет также хорошо как и до эксперимента.

Вывод: графит устойчив к воздействию агрессивной среды.

Опыт №5«Изучение электропроводности грифеля простого карандаша»

Мы собрали электрическую цепь для того чтобы выяснить, проводит ли грифель простого карандаша электрический ток. Мы разомкнули цепь и вставили в неё грифель. Замкнули цепь. Лампочка загорелась. Значит, грифель проводит электрический ток.

Вывод: грифель простого карандаша проводит электрический ток, а грифель цветного карандаша не проводит электрический ток, так как в грифеле цветного карандаша графита нет, он выполнен из смеси белой глины и пигментов, или красителей.

Опыт № 6 «Измерение напряжения в электрической цепи»

В электрическую цепь вставляем грифель, закрепляем его в зажимах. В ходе опыта мы заметили, что напряжение в цепи уменьшается, если грифель длинный, и увеличивается, если грифель короткий (лампочка горит ярче)

Длина грифеля (L), см

Напряжение в цепи (U), В

7

1,9

4,5

2,5

3

2,6

1,5

3

Диаметр грифеля, см

Длина грифеля (L), см

Напряжение в цепи (U), В

0,3

3

1,3

0,4

3

2,6

I = , R =

Вывод: напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля: чем короче грифель, тем напряжение больше, и наоборот, чем грифель длиннее – тем напряжение меньше. А если площадь сечения больше, то и напряжение больше. Значит, грифель является сопротивлением. Полученные результаты эксперимента подтверждают зависимость между физическими величинами, установленную Г. Омом

Опыт № 7« Изучение теплопроводности грифеля»

Концы карандаша, заточенного с обеих сторон, мы подсоединили соединительными проводами к источнику тока. Когда мы замкнули цепь – грифель стал накаливаться, и даже вначале задымился, а потом раскалился докрасна, и деревянный корпус карандаша загорелся.

Мы измерили температуру грифеля с помощью датчика температуры из лаборатории Архимед – температура резко возрастала: за 10 секунд температура поднимается на 4 , причём, чем дольше мы греем – тем выше температура.

Вывод: грифель обладает высокой теплопроводностью. Если к противоположным концам карандаша подключить электрический ток, то грифель быстро и сильно нагревается так, что корпус карандаша загорается.

Опыт № 8 «Исследование электризации графита»

Для того, чтобы проверить электризуется грифель простого карандаша, мы взяли различные материалы: шёлк, шерсть, бумагу. Мы натерли грифель шелком и поднесли к электроскопу. На приборе стрелка не отклонилась – грифель не имеет электрического заряда, при натирании шелком. Затем опыт повторили с другими материалами.

Вывод: мы электризовали грифель различными материалами, но грифель не электризуется, значит, графит – плохой проводник.

Опыт № 9 «Изготовление грифельной лампочки»

Мы захотели проверить, можно ли сделать грифельную лампочку?

К концам грифеля мы присоединили проводами источник питания. Когда замкнули цепь – грифель стал накаляться и вначале задымился, а потом раскалился докрасна и стал светиться. Мы закрыли банку крышкой для того, чтобы ограничить доступ кислорода (чтобы грифель не перегорел). С аккумулятором из машины у нас получилась грифельная лампа, а с гальваническим элементом «Трофи» грифель только нагревался, но не накалялся.

Вывод: лампочку из грифеля сделать можно. Чем короче мы используем грифель, тем быстрее он накаляется и ярче горит. Гореть такая лампочка может до 20 минут.

3.2. Социологический опрос

Я провёл социологический опрос и выяснил, что знают о простом карандаше и о его составной части – грифеле ученики моей школы. Было опрошено 45 учащихся 9 — 11 классов.

Результаты социологического опроса:

1. Пользуетесь ли вы простым карандашом?

2. Может ли простой карандаш писать под водой?

3. Пишет ли простой карандаш на морозе?

4. Проводит ли грифель простого карандаша электрический ток?

5. Используют графит в нанотехнологиях?

6. Пишут ли простым карандашом в космосе?

7. Знаете ли вы изобретателя простого карандаша?

8. Будут ли в будущем пользоваться простым карандашом?

Заключение

Целью моей работы было раскрыть свойства и возможности простого карандаша, исследовать физические и химические свойства грифелей простых карандашей.

Гипотеза: стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами : можно рисовать под водой, на морозе, в космосе, которые имеют большое практическое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях.

В результате проведенных экспериментов я выяснил:

— в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу; поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет при низкой температуре чуть светлее, чем при комнатной температуре,

— грифель не электризуется, значит, графит – проводник;

— диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита. Грифель простого карандаша пишет под водой;

— грифель простого карандаша оказался устойчив к воздействию кислотой;

— грифель простого карандаша проводит электрический ток;

— напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля. Грифель является сопротивлением;

— грифель обладает высокой теплопроводностью;

Моя гипотеза полностью подтвердилась: стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами: можно рисовать под водой, на морозе, в космосе, а также графит, который входит в состав простого карандаша имеет большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях.

Даже в современном мире, охваченном компьютеризацией, карандаш всегда под рукой у каждого человека любой профессии.

И мой социологический опрос (80%) подтверждает мою гипотезу об использовании простого карандаша в будущем.

Литература

1. История мировой культуры. Справочник школьника. – М., 1996 г., 608 с.

2. Осипенко В. История карандаша.// «Юный художник».

3. Толковый словарь Ожегова. — М., 1997 г.

4. Филонов М. Возьмите в руки карандаш.// Книжное обозрение. – 1998. –

5. Я познаю мир. История вещей. – М., «Издательство АСТ», 1998 г. – 512 с.

Интернет – источники:

http://t3.deti.spb.ru

http://kultura.kubangov.ru

www.katod.com.ru

http://www.leadholder.com

http://www.chat.ru/~divlor/2c2a.htmlhttp://www.chat.ru/~divlor/2c2b.html

http://www.chat.ru/~divlor/2c2b.htmlhttp://www.chat.ru/~divlor/2c2c.html

http://www.chat.ru/~divlor/2c2b.htmlhttp://www.chat.ru/~divlor/2c2c.html

http://www.chat.ru/~divlor/2c2c.html

17

Просмотров работы: 1426

school-science.ru

Исследование электрических свойств простого карандаша

Цель

Объект исследования: грифель простого карандаша.

Цель:

— исследование физических  свойств грифелей простых карандашей;

-исследование зависимости электрического сопротивления грифеля простого карандаша от его состава и линейных размеров;

— сборка электрической цепи, в одном из участков которой используется карандаш.

Гипотеза

Объект нашего исследования: грифель простого карандаша.

Загорится ли лампочка в электрической цепи, если один из участков цепи заменить на стержень простого карандаша?

Для учеников 7-9 классов предлагается исследовать электропроводность графита.

Оборудование и материалы

Мультиметр, батарейки 4х1,5 В, лампочка карманного фонарика, соединительные проводники, переключатель, простые карандаши разной твердости.

Зачем в исследовании нужны материалы других участников

Аудитория ГлобалЛаб, возможно, даст толчок для дальнейшего развития проекта, новых направлений в исследовании свойств гриферя простого карандаша

Протокол проведения исследования

Задачи:

— изучение различных источников информации о карандашах;

— измерение с помощью цифрового мультиметра электрического сопротивления грифелей карандашей разных видов;

— исследования зависимости электрического сопротивления грифельного слоя (штриховка на бумаге) от его линейных размеров;

—  проверка работы  электрической цепи, а одном из участков которой используется карандаш.

-анализ полученных результатов.

Техника безопасности

При исследовании свойств грифеля простого карандаша необходимо соблюдать элементарные правила техники безопасности.

Измерения проводить сухими руками.

Источник тока электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Не включать собранную цепь без проверки и разрешения учителя.

Не касайтесь руками мест соединений. Не использовать провода с нарушенной изоляцией. Все изменения в цепи производите после отключения источника тока.

При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. После снятия показаний цепь разомкнуть. 

globallab.org

Классификация материалов по способности проводить электрический ток.

При появлении в нашей жизни электричества, мало кто знал о его свойствах и параметрах, и в качестве проводников использовали различные материалы, было заметно, что при одной и той же величине напряжения источника тока на потребителе было разное значение напряжения. Было понятно, что на это влияет вид материала применяемого в качестве проводника. Когда ученные занялись вопросом по изучению этой проблемы они пришли к выводу, что в материале носителями заряда являются электроны. И способность проводить электрический ток обосабливается наличием свободных электронов в материале. Было выяснено, что у некоторых материалов этих электронов большое количество, а у других их вообще нет. Таким образом существуют материалы, которые хорошо проводят электрический ток, а некоторые не обладают такой способностью.
Исходя из всего выше сказанного, все материалы поделились на три группы:

  • проводники;
  • полупроводники;
  • диэлектрики;

 Каждая из групп нашла широкое применение в электротехнике.

Проводники

Проводниками являются материалы, которые хорошо проводят электрический ток, их применяют для изготовления проводов, кабельной продукции, контактных групп, обмоток, шин, токопроводящих жил и дорожек. Подавляющее большинство электрических устройств и аппаратов выполнена на основе проводниковых материалов. Мало того, скажу, что вся электроэнергетика не могла б существовать не будь этих веществ. В группу проводников входят все металлы, некоторые жидкости и газы.

Так же стоит упомянуть, что среди проводников есть супер проводники, сопротивление которых практически равно нулю, такие материалы очень редки и дороги. И проводники с высоким сопротивлением — вольфрам, молибден, нихром и т.д. Такие материалы используют для изготовления резисторов, нагревательных элементов и спиралей осветительных ламп.

 Но львиная доля в электротехнической сфере принадлежит рядовым проводникам: медь, серебро, алюминий, сталь, различные сплавы этих металлов. Эти материалы нашли самое широкое и огромное применение в электротехнике, особенно это касается меди и алюминия, так как они сравнительно дешевы, и их применение в качестве проводников электрического тока наиболее целесообразно. Даже медь ограничена в своем использовании, её применяют в качестве обмоточных проводов, многожильных кабелях, и более ответственных устройствах, еще реже встречаются медные шинопроводы. А вот алюминий считается королем среди проводников электрического тока, пускай он обладает более высоким удельным сопротивлением чем медь, но это компенсируется его весьма низкой стоимостью и устойчивостью к коррозии. Он широко применяется в электроснабжении, в кабельной продукции, в воздушных линиях, шинопроводах, обычных проводах и т.д.  

 

Полупроводники

Полупроводники, что-то среднее между проводниками и полупроводниками. Главной их особенностью является их зависимость проводить электрический ток от внешних условий. Ключевым условием является, наличие различных примесей в материале, которые как раз-таки обеспечивают возможность проводить электрический ток. Так же при определенной компоновку двух полупроводниковых материалов. На основе этих материалов на данный момент, произведено множество полупроводниковых устройств: диоды, светодиоды, транзисторы, семисторы, тиристоры, стабисторы, различные микросхемы. Существует целая наука, посвященная полупроводникам и устройствам на их основе: электронная техника. Все компьютеры, мобильные устройства. Да что там говорить, практически вся наша техника содержит в себе полупроводниковые элементы.

К полупроводниковым материалам относят: кремний, германий, графит, графен, индий и т.д.

Диэлектрики

Ну и последняя группа материалов, это диэлектрики, вещества не способные проводить электрический ток.  К таким материалам относят: дерево, бумага, воздух, масло, керамика, стекло, пластмассы, полиэтилен, поливинилхлорид, резина и т.д.  Диэлектрики получили широкое применение благодаря своим качествам. Их применяют в качестве изолирующего материала. Они предохраняют соприкосновение двух токоведущих частей, не допускают прямого прикосновения человека с этими частями. Роль диэлектриком в электротехнике не менее важна чем роль проводников, так как обеспечивают стабильную, безопасную работу всех электротехнических и электронных устройств. У всех диэлектриков существует предел, до которого они не способны проводить электрический ток, его называют пробивным напряжением. Это такой показатель, при котором диэлектрик начинает пропускать электрический ток, при этом происходит выделение тепла и разрушение самого диэлектрика. Это значение пробивного напряжения для каждого диэлектрического материала разное и приведено в справочных материалах. Чем он выше, тем лучше, надежней считается диэлектрик.

Параметром, характеризующим способность проводить электрический ток является удельное сопротивление R, единица измерения [Ом] и проводимость, величина обратная сопротивлению. Чем выше этот параметр, тем хуже материал проводит электрический ток. У проводников он равен от нескольких десятых, до сотен Ом.  У диэлектриков сопротивление достигает десятков миллионов ом.

Все три вида материалов нашли широкое применение в электроэнергетике и электротехнике. А так же тесно взаимосвязаны друг с другом.

 

white-santa.ru

Какой клей проводит электрический ток — VsePrikleim.ru

Среди специалистов, связанных с электричеством, сегодня популярны токопроводящий лак, клей и прочие составы. Они применяются радиолюбителями при монтировании микросхем, в компьютерной промышленности, в производстве высокоточного оборудования, кораблестроении и в других отраслях.

[contents h3 h4]

Использование токопроводящего клея на микросхемеИспользование токопроводящего клея на микросхеме

Отличие токопроводящего клея от обычного

Основное отличие заключается в том, что состав токопроводящего клея предполагает наличие определенных компонентов, которые обеспечивают необходимый уровень электропроводности.

Какой клей проводит электрический ток

Из отличий можно выделить также:

  • более низкие прочностные показатели, чем у обычного;
  • в составе, как правило, содержится графит, металл или оба компонента в комплексе;
  • сфера применения имеет свою специфику;
  • стоимость таких составов несколько выше.

Бренды токопроводящего клея

Существует несколько производителей токопроводящего клея как за рубежом, так и отечественные, которые гарантируют высокие показатели электропроводности.

  1. Контактол. Вероятно, самый известный состав среди радиолюбителей. Токопроводящий клей контактол обладает высокой эластичностью, достаточной прочностью, изготавливается на основе серебра и быстро высыхает, что обеспечивает быстры и удобный монтаж. Купить токопроводящий клей этой марки можно в любом радиолюбительском магазине, однако, сами профессионалы в этой области отзываются о нем довольно плохо. Но есть и положительные отзывы.
    Токопроводящий клей КонтактолКонтактол
  2. Элеконт. Токопроводящий клей, который пригодится каждому автовладельцу. Это эпоксидный состав. Отзывы о нем также не обнадеживают.
    Токопроводящий клей ЭлеконтЭлеконт
  3. Done deal. Это зарубежный представитель этого вида клея. Токопроводящий клей done deal обладает повышенной надежностью и прочностью, что делает его лучшим, по сравнению с отечественными аналогами.
    Токопроводящий клей Done DealDone Deal
  4. Homakoll. Довольно популярная марка токопроводящего клея, которая уже давно зарекомендовала себя на рынке. Используется крупными компаниями как клей электропроводящий для напольных покрытий с антистатическим действием.
    Токопроводящий клей HomakollHomakoll
  5. Mastix. Эта компания представляет электропроводящий клей для ремонта подогрева заднего стекла. токопроводящий клей mastix считается одним из лучших в этом сегменте.
    Токопроводящий клей MastixMastix
  6. ТПК-Э. Марка отличается своими техническими характеристиками. Такой клей будет функционировать в при самом широком диапазоне температур. От -190 до +200 °C. Используется на предприятиях.

Сделано своими руками

Многие начинающие радиолюбители задаются вопросом, как сделать токопроводящий клей своими руками. Здесь необходимо внести ясность в некоторые вопросы, которые новички задают чаще всего.

  1. Проводит ли ток клей момент? Это клей, который был разработан и представлен немецкой компанией Хенкель. Всего было создано 6 составов для различных целей, но ни один из них не проводит ток.
  2. Проводит ли супер клей электричество? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо обратиться к самому понятию электропроводящего материала. Супер клей не содержит компонентов, которые позволили бы назвать его электропроводным (графит, металлы), поэтому его показатели в этом плане практически не отличаются от пластмассы.
  3. Проводит ли эпоксидный клей электричество? Эпоксидная смола не проводит электрический ток по вышеуказанной причине.
  4. Можно ли ремонтировать при помощи такого клея провод высокого напряжения? Мастера не рекомендуют этого делать, так как это идет вразрез с правилами безопасности при работе с электричеством.
  5. Почему контактол не работает? В современное время появилось очень много подделок этого клея, поэтому лучше приобретать этот клей с гарантиями от производителя.
  6. Какой клей проводит электрический ток? Любой клей, в состав которого входят электропроводящие компоненты в достаточном объеме.

Инструкция по изготовлению

В последнее время радиолюбители нелестно отзываются о современных производителях токопроводящего клея. Быть может, все дело в подделках или сами производители предоставляют некачественный товар. К тому же, токопроводящий клей для микросхем и другого оборудования иногда нужен срочно, и времени на его приобретение или заказ нет. В таком случае можно изготовить такой состав самостоятельно, воспользовавшись нашей инструкцией.

Как сделать токопроводящий клей? Для начала необходимо запастись необходимым набором материалов. Он довольно скромен:

  • графитовый стержень от строительного или простого карандаша, который и будет выступать основным токопроводящим элементом в получившемся составе;
  • канцелярский нож;
  • лист бумаги для сбора графитной пыли;
  • молоток;
  • емкость для сбора графитной пыли;
  • лак для ногтей.

Для начала вам необходимо получить графитный стержень. При помощи канцелярского ножа сточите деревянную часть карандаша до такого состояния, когда графитный стержень можно будет вынуть. После этого положите стержень на лист бумаги, закройте его так, чтобы пыль не разлетелась в стороны и молотком измельчите грифель до состояния пыли. Эта пыль и станет токопроводящим элементом. Соберите пыль в емкость (для этого отлично подойдет обыкновенная крышка от пластиковой бутылки). Налейте в емкость лак для ногтей и тщательно перемешайте с графитной пылью при помощи деревянных палочек, которые могли остаться после обработки карандаша. Теперь токопроводящий клей готов! Удобство этого клея в том, что у вас есть право на ошибку. Лак для ногтей легко удаляется при помощи специального состава.

 

Нужно заметить, что графит – не единственный материал, на основе которого может быть изготовлен токопроводящий клей.

В народе известны также составы, которые используют в своей основе металлическую крошку или пыль. Можно включить воображение и вспомнить школьный курс химии и физики, где говорилось о токопроводящих материалах. Приведем пример. Графит – это по своей сути углерод с характерной кристаллической решеткой. Углерод также содержится в продуктах горения дерева – в саже. По этой причине токопроводящий клей с сажей также является довольно популярным среди радиолюбителей.

Особенности самодельного клея

  1. Никто не застрахован от ошибок. Когда вы что-либо делаете своими руками, вы рискуете сделать что-то не так, в результате чего можно повредить дорогостоящее оборудование. Поэтому в некоторых случаях лучше доверить профессионалам и потратиться на приобретение фирменного состава.
  2. Надежность клея на основе лака для ногтей не так высока, как у покупного клея. Помните о том, что такой лак не будет служить вам вечно и рано, и его ресурс прочности закончится довольно скоро.
  3. Лак для ногтей довольно долго высыхает, по сравнению с покупными аналогами.
  4. Самодельный токопроводящий клей гораздо дешевле в изготовлении.
  5. Процесс изготовления занимает меньше 3 минут, что не сильно тормозит рабочий процесс.

Все эти факты говорят о том, что лучше всего приобрести однажды фирменный токопроводящий клей и пользоваться им долгое время, чем каждый раз делать свой состав, который будет быстро выходить из строя.

Токопроводящий клей – отличное средство для тех, кому необходимо быстро и эффективно осуществить ремонт электрооборудования. И только вам решать, изготовить клей самостоятельно или купить зарекомендованную марку.

vseprikleim.ru

2. Проводники, диэлектрики и поток электронов | 1. Основы электроники | Часть1

2. Проводники, диэлектрики и поток электронов

Проводники, диэлектрики и поток электронов

Электроны различных типов атомов обладают разными степенями свободы перемещения. В некоторых материалах, таких как металлы, внешние электроны атомов настолько слабо связаны с ядром, что легко могут покидать свои орбиты и хаотично двигаться в пространстве между соседними атомами даже при комнатной температуре. Такие электроны часто называют свободными электронами

В других типах материалов, таких как стекло, у электронов в атомах существует очень небольшая свобода перемещения. Однако внешние силы, например физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть собственные атомы и перейти к атомам другого материала, но они не могут свободно перемещаться между атомами  материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электропроводность. Электропроводность определяется типами атомов материала (количество протонов в ядре атома, определяющее его химическую идентичность) и способом соединения атомов друг с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками, а материалы с низкой подвижностью электронов (мало или совсем нет свободных электронов) называются диэлектриками.

Ниже приведено несколько примеров наиболее распространенных проводников и диэлектриков:

Проводники:

  • серебро
  • медь
  • золото
  • алюминий
  • железо
  • сталь
  • латунь
  • бронза
  • ртуть
  • графит
  • грязная вода
  • бетон


Диэлектрики:

  • стекло
  • резина
  • нефть
  • асфальт
  • стекловолокно
  • фарфор
  • керамика
  • кварц
  • (сухой) хлопок
  • (сухая) бумага
  • (сухая) древесина
  • пластмасса
  • воздух
  • алмаз
  • чистая вода

Следует понимать, что не у всех проводящих материалов одинаковый уровень проводимости, и не все диэлектрики одинаково сопротивляются движению электронов. Электрическая проводимость аналогична прозрачности некоторых материалов: материалы, которые легко «пропускают» свет, называют «прозрачными», а те, которые его не пропускают, называют «непрозрачными». Однако, не все прозрачные материалы одинаково пропускают свет. Оконное стекло — лучше чем органическое стекло, и конечно лучше чем «прозрачное» стекловолокно. Так же и с электрическими проводниками, некоторые из них лучше пропускают электроны, а некоторые — хуже.

Например, серебро является лучшим проводником в представленном выше списке «проводников», обеспечивая более легкий проход электронов чем любой другой материал из этого списка. Грязная вода и бетон также значатся как проводники, но эти материалы являются существенно менее проводящими чем любой металл.

Некоторые материалы изменяют свои электрические свойства при различных температурных условиях. Например, стекло является очень хорошим диэлектриком при комнатной температуре, но становится проводником, если его нагреть до очень высокой температуре. Газы, такие как воздух, в обычном состоянии — диэлектрики, но они также становятся проводниками при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов, наоборот, становятся менее проводимыми при нагревании, и увеличивают свою проводимость при охлаждении. Многие проводники становятся идеально проводящими (сверхпроводимость) при экстремально низких температурах.

В обычном состоянии движение «свободных» электронов в проводнике хаотично, без определенного направления и скорости. Однако, путем внешнего воздействия можно заставить эти электроны двигаться скоординировано через проводящий материал. Такое направленное движение электронов мы называем электричеством, или электрическим током. Чтобы быть более точным, его можно назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества, в котором накопленный электрический заряд неподвижен. Электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника точно так же, как вода течет через пустоту трубы. Приведенная аналогия с водой в нашем случае уместна, потому что движение электронов через проводник часто упоминается как «поток».

Поскольку электроны двигаются через проводник равномерно, то каждый из них толкает находящиеся впереди электроны. В результате все электроны движутся одновременно. Начало движения и остановка электронного потока на всем протяжении проводника фактически мгновенны, даже несмотря на то, что движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительную аналогию мы можем увидеть на примере трубки, заполненной мраморными шариками:


Трубка заполнена мраморными шариками точно также, как проводник заполнен свободными электронами, готовыми к перемещению под воздействием внешних факторов. Если вставить еще один мраморный шарик в эту заполненную трубку слева, то последний шарик сразу выйдет из нее справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел короткое расстояние, передача движения через трубку в целом произошла мгновенно от левого конца до правого, независимо от  длины трубки. В случае с электричеством, передача движения электронов от одного конца проводника к другому происходит со скоростью света: около 220 000 км. в секунду!!! Каждый отдельный электрон проходит через проводник в гораздо более медленном темпе.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении к определенному месту, мы должны проложить для них соответствующий путь из проводов, точно так же, как водопроводчик должен проложить трубопровод, чтобы подвести воду к нужному месту. Для облегчения этой задачи, провода изготавливаются из хорошо проводящих металлов, таких как медь или алюминий.

Электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала. Это означает, что электрический ток может быть только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающего передвижение электронов. По аналогии с мраморными шариками мы можем видеть, что шарики будут «течь» через трубку только в том случае, если она будет открыта с правой стороны. Если трубку заблокировать, то мрамор будет «накапливаться» в ней, а соответственно не будет и «потока». То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует непрерывного пути для обеспечения этого потока. Давайте посмотрим на схему, чтобы понять, как это работает:


 

Тонкая, сплошная линия (показанная выше) является схематическим обозначением непрерывной части провода. Так как провод сделан из проводящего материала, такого как медь, у  составляющих его атомов существует много свободных электронов, которые могут свободно перемещаться по нему. Однако, в пределах такого провода никогда не будет направленного и непрерывного потока электронов, если у него не будет места, откуда приходят электроны и места, куда они идут. Давайте в нашу схему добавим гипотетические  «Источник» и «Получатель» электронов:

 


Теперь, когда Источник поставляет новые электроны в провод, через этот провод пойдет поток электронов (как показано стрелками, слева-направо). Однако, поток будет прерван, если проводящий путь, образованный проводом, повредить:


 

В связи с тем, что воздух является диэлектриком, образовавшийся воздушный разрыв разделит провод на две части. Некогда непрерывный путь нарушается, и электроны не могут течь от Источника к Получателю. Аналогичная ситуация получится, если водопроводную трубу разрезать на две части, а концы в месте разреза закупорить: вода в этом случае течь не сможет. Когда провод был одним целым, у нас была электрическая цепь, и эта цепь была нарушена в момент повреждения. 

Если мы возьмем еще один провод  и соединим им две части поврежденного провода, то снова будем иметь непрерывный путь для потока электронов. Две точки на схеме показывают физический (металл-металл) контакт между проводами:


Теперь у нас снова есть цепь, состоящая из Источника, нового провода (соединяющего поврежденный) и Получателя электронов. Если рассматривать аналогию с водопроводом, то  установив тройник на одной из закупоренных туб, мы можем направить воду через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание, что в правой части поврежденного провода нет потока электронов, потому что он больше не является частью пути от Источника до получателя электронов.  

Следует отметить что проводам, в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге разъедаются ржавчиной, никакой «износ» от воздействия потока электронов не грозит. При движении электронов, в проводнике возникает определенная сила трения, которая может вырабатывать тепло. Подробнее эту тему мы рассмотрим несколько позже.

Краткий обзор:

  • В проводниках, электроны находящиеся на внешних орбитах атомов могут легко покинуть эти атомы, или наоборот присоединится к ним. Такие электроны называются свободными электронами.
  • В диэлектриках внешние электроны имеют намного меньше свободы передвижения, чем в проводниках.
  • Все металлы являются электрически проводящими.
  • Динамическое электричество, или электрический ток — это  направленное движение электронов через проводник.
  • Статическое электричество — это неподвижный (если на диэлектрике), накопленный заряд, сформированный избытком или недостатком электронов в объекте.
  • Для обеспечения потока электронов нужен целый, неповрежденный проводник, который обеспечит приём и выдачу электронов.

Источник: Lessons In Electric Circuits

www.radiomexanik.spb.ru

1. Введение в физику проводников и диэлектриков | 11. Физика проводников и диэлектриков | Часть1

1. Введение в физику проводников и диэлектриков

Введение в физику проводников и диэлектриков

К настоящему моменту вы уже хорошо осведомлены о взаимосвязи между электрической проводимостью и некоторыми видами материалов. Те материалы, которые хорошо пропускают свободные электроны, называются проводниками, а те, которые препятствуют их прохождению — диэлектриками.

Научные теории, объясняющие проводимость и непроводимость материалов, достаточно сложны и лежат в плоскости квантовой механики, которая адекватно описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул и других систем с электронно-ядерным строением. В классической физике электроны, как и все другие частицы, движутся по траекториям, которые можно рассчитать с помощью уравнений Ньютона. Электроны имеют массу m и электрический заряд e. В области, где есть электромагнитное поле, они движутся ускоренно, а там, где поля нет, их движение равномерное и прямолинейное. Квантовая механика дает совершенно новую картину физического мира. Электрон подобен волне. Он может испытывать интерференцию, проникать через узкие щели и барьеры, но вместе с тем сохраняет признаки обычной частицы. Действительно, он имеет строго определенную массу, заряд электрона также фиксирован. Кроме того, подобно классической частице, электрон обладает импульсом и энергией. В том случае, когда движение электрона происходит в ограниченной области, его энергия имеет строго определенные, дискретные значения. Если электроны рассматривать с точки зрения крошечных планет, движущихся по орбитам вокруг ядра за счет электростатического притяжения, то их действия будут описываться теми же законами, которые описывают движения реальных планет. В этом случае не может быть никакого реального различия между проводниками и диэлектриками, а химические связи не могут существовать в известном нам виде. Дискретный характер энергии электрона и его размещение, описываемые квантовой физикой, придает этим явлениям закономерность.

Когда электрон свободно может принять более высокое энергетическое положение вокруг атомного ядра, он способен «оторваться» от атома и составить часть электрического тока через материал. Если квантовые ограничения, налагаемые на электрон, не дают ему такой свободы, то электрон считается «связанным» и не может оторваться от атома (по крайней мере не так легко). Первый из только что рассмотренных сценариев типичен для проводящих материалов, а второй — для диэлектриков.

В некоторых учебниках говорится, что проводимость или непроводимость материала определяется исключительно количеством электронов, находящихся на внешней (валентной) оболочке атома. Это существенное упрощение истинного положения дел. Вся сложность ситуации раскрывается в дальнейшем, когда рассматривается проводимость молекул (объединений атомов, связанных ковалентными связями).

В качестве примера можно взять углерод, из которого состоят значительно отличающиеся по проводимости материалы: графит и алмаз. Если графит является типичным проводником, то алмаз представляет собой диэлектрик (иногда он классифицируется как полупроводник, который в чистом виде действует как диэлектрик, но может проводить электрический ток при высокой температуре или под влиянием примесей). И графит и алмаз состоят из одинаковых атомов углерода с 6 протонам, 6 нейтронами и 6 электронами каждый. Фундаментальное различие между этими материалами состоит в том, что атомы углерода в алмазе находятся по узлам двух кубических решеток с центрированными гранями, очень плотно вставленных одна в другую, а в графите атомы углерода расположены слоями, связи между которыми и недостаточно прочные.

Соединение атомов углерода с другими типами атомов так же приводит к изменению их электропроводности. Например карбид кремния,  представляющий собой соединение атомов кремния с атомами углерода, демонстрирует нелинейное поведение: его электрическое сопротивление уменьшается при увеличении приложенного напряжения. Углеводородные соединения (такие как масла) являются очень хорошими диэлектриками. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что простой подсчет валентных электронов в атоме выступает не очень хорошим показателем электропроводности вещества.

Все металлические вещества являются хорошими проводниками электричества благодаря особому характеру связей их атомов друг с другом. Электроны внешних оболочек атомов металлов настолько слабо связаны с ядром, что могут свободно перемещаться внутри вещества под влиянием внешнего воздействия. Эти электроны так мобильны, что ученые иногда их называют электронным газом или электронным морем, в котором покоятся атомные ядра. Невероятная подвижность электронов объясняет и другие общие свойства металлов: хорошую теплопроводность, ковкость, пластичность и блестящую поверхность (в чистом виде).

К счастью, физические основы проводимости для изучения последующих материалов нам не понадобятся, они изложены в целях общего понимания вопроса. Вам достаточно знать, что некоторые материалы являются хорошими проводниками, некоторые — плохими, а некоторые занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Все эти различия определяются конфигурацией электронов вокруг атомов, образующих материал.

Чтобы научиться управлять электричеством, вы должны уметь строить пути для потока электронов с контролируемой величиной сопротивления. Если поток электронов пошел в ненужном вам направлении, вы должны суметь поставить ему преграду при помощью диэлектрических (изоляционных) материалов (это жизненно важно). Для успешного выполнения этих задач вам просто необходимо знать некоторые характеристики проводников и диэлектриков, а так же умело применять их в конкретных ситуациях.

Почти все проводники обладают определенным сопротивлением (некоторые виды материалов, называемые сверхпроводниками, вообще не имеют сопротивления, но для достижения сверхпроводимости они должны помещаться в специальные условия). Несмотря на это мы предполагаем, как правило, что сопротивление проводов в цепи равно нулю, и прохождение тока по ним не вызывает падения напряжения. В действительности это не так, падение напряжение в проводах происходит почти всегда:

 

 

Для расчета падения напряжения в схеме, нам нужно вычислить сопротивление провода, зная его длину и диаметр. В следующих статьях мы рассмотрим этот процесс подробнее.

www.radiomexanik.spb.ru