Ebonit to jeden z najpopularniejszych materiałów ozdobnych i materiały budowlane. Jest wytwarzany z kauczuku naturalnego poprzez wulkanizację w obecności niewielkiej ilości siarki. Ebonit jest często stosowany jako substytut kości, rogów i kamieni ozdobnych, a także służy do wyrobu noży, ustników, różnych pamiątek, a także bransoletek, pierścionków itp.
Ze względu na tak powszechne zastosowanie tego materiału w gospodarstwach domowych, bardzo ważne jest, aby wiedzieć, czy materiał ten nadaje się do wykorzystania w elektryczności i czy ebonit przewodzi? prąd elektryczny . Rozważymy to pytanie dalej.
W naszym sklepie internetowym możesz dostarczyć do Moskwy do przystępne ceny. Przy ilościach hurtowych udzielamy rabatów.
Czy ebonit jest przewodnikiem czy dielektrykiem?
Jak wiadomo, wszystkie materiały dzielą się na przewodniki, półprzewodniki i dielektryki. Co więcej, taki podział jest dość warunkowy, ponieważ możliwość przepływu prądu w ciałach zależy nie tylko od rodzaju substancji, ale także od warunków środowisko, stan skupienia, obecność zanieczyszczeń i wiele innych czynników.
Dlatego najczęściej podział substancji na przewodniki i dielektryki zwykle przeprowadza się według wartości rezystywności elektrycznej:
- Dla przewodników wartość ta wynosi ρ
- Dla dielektryków – ρ > 108 Ohm m.
Półprzewodniki zajmują pozycję środkową pomiędzy tymi dwiema klasami i mają specyficzne właściwości opór elektryczny, równy 10-5 – 108 Ohm m. Jednak taki podział nie pozwala dokładnie określić, czy materiał przewodzi prąd elektryczny w danych warunkach, czy nie.
Dowiedz się, czy dana substancja jest przewodnikiem, badając ją właściwości fizyczne i zachowanie w pole elektryczne. Dlatego w celu ustalenia Czy ebonit przewodzi prąd, czy nie?, rozważ , a także jego zachowanie w polu elektrostatycznym.
Jak ustalić, czy ebonit przewodzi prąd?
Według literatury przedmiotu ebonit ma następujące właściwości fizyczne i mechaniczne:
- Gęstość materiału wynosi 1,15–1,68 g/cm3;
- Wytrzymałość ebonitu na rozciąganie – 52–67 MN/m²;
- Oporność elektryczna wynosi 1014–1015 Ohm⋅cm.
Będziemy zainteresowani oporem właściwym, ponieważ określa on zdolność ebonitu do przepuszczania przez siebie prądu elektrycznego, czyli jego przewodność elektryczną.
Przewodność elektryczna ebonitu jest odwrotnie proporcjonalna do jego oporności elektrycznej i ma wartości rzędu 10–15–10–14 S. W związku z tym ebonit praktycznie nie przewodzi prądu i jest dielektrykiem o wysokich właściwościach elektroizolacyjnych.
Stwierdzenie to można również zweryfikować eksperymentalnie, podłączając produkt ebonitowy do obwodu elektrycznego. W wyniku tego eksperymentu obwód zostanie otwarty i nie będzie w nim płynął prąd.
Oprócz, ebonit w pola elektrostatyczne polaryzuje, co wskazuje, że należy do dielektryków. Zjawisko to potwierdzają eksperymenty Faradaya i Franklina. W warunki życia Możesz także sprawdzić to oświadczenie. Wystarczy natrzeć produkt ebonitowy na kawałku tkanina wełniana. W wyniku tarcia na powierzchni ebonitu gromadzi się ładunek ujemny, czyli następuje polaryzacja materiału. W związku z tym ebonit jest dielektrykiem, co oznacza, że nie przewodzi prądu elektrycznego.
Dzięki temu możesz sprawdzić, czy ebonit przewodzi prąd nawet w domu. Aby to zrobić, wystarczy dokładnie przestudiować właściwości fizyczne materiału i przeprowadzić eksperyment z polaryzacją ciała. Jeśli substancja jest spolaryzowana (gromadzi ładunek statyczny na powierzchni) i ma dużą oporność elektryczną, to jest dielektrykiem, w przeciwnym razie jest przewodnikiem.
Z fizyki wiadomo, że prąd elektryczny to ukierunkowany ruch cząstek naładowanych elektrycznie. Różne substancje przewodzą prąd w różny sposób. Według możliwości nadawania ładunki elektryczne Substancje dzielą się na PRZEWODNIKI i NIEPRZEWODNIKI prądu elektrycznego.
Przewodniki to ciała, przez które ładunki elektryczne mogą przechodzić z ciała naładowanego do nienaładowanego. Przewodniki zawierają dużo swobodnych naładowanych cząstek. Dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego są metale, gleba, woda z rozpuszczonymi w niej solami, kwasami lub zasadami, grafit i niektóre rodzaje materia organiczna. Ciało ludzkie również przewodzi prąd elektryczny. Można to wykazać eksperymentując z elektroskopem. Ładujemy elektroskop za pomocą pręta ebonitowego lub szklanego, strzałka odchyli się. Następnie dotykamy ręką naładowanego elektroskopu. Strzałka natychmiast powróci do swojej pierwotnej pozycji - do zera. Ładunek z elektroskopu trafia do naszego ciała. W tym eksperymencie z małym ładunkiem nie jest to niebezpieczne, ale zauważalnie „klika” palcami. A duże ładunki i prądy są niebezpieczne dla życia i zdrowia.
Najlepszymi przewodnikami prądu elektrycznego spośród metali są srebro, miedź i aluminium. Nawet w normalnym woda z kranu rozpuszcza się tak wiele różnych soli, że jest bardzo dobrym przewodnikiem, o czym nie należy zapominać pracując ze sprzętem elektrycznym w warunkach wysoka wilgotność w przeciwnym razie możesz doznać bardzo zauważalnego porażenia prądem, jest to niebezpieczne.
Przechodząc przez żywy organizm, wytwarza się prąd elektryczny różne działania: termiczne – oparzenia określonych obszarów ciała, rozgrzanie naczyń krwionośnych, krwi, nerwów; elektrolityczny (lub chemiczny) - rozkład krwi i innych cieczy organicznych; biologiczne - podrażnienie i pobudzenie żywych tkanek organizmu, któremu towarzyszą mimowolne konwulsyjne skurcze mięśni, w tym mięśni serca i płuc. W wyniku tego mogą wystąpić różne zaburzenia w organizmie, aż do całkowitego zatrzymania serca i płuc.
Nieprzewodniki to ciała, przez które ładunki elektryczne nie mogą przejść z ciała naładowanego do ciała nienaładowanego, ponieważ w dielektrykach jest bardzo mało swobodnych naładowanych cząstek. Materiały nieprzewodzące prądu elektrycznego, czyli dielektryki, to ebonit, bursztyn, porcelana, guma, różne tworzywa sztuczne, jedwab, nylon, oleje, powietrze (gazy), szkło, plexi, suche drzewo i papier. Korpusy wykonane z dielektryków nazywane są IZOLATORAMI (od Włoskie słowo ISOLARO – izolować).
Przewodniki służą do transmisji na odległość energia elektryczna(prąd elektryczny), to od nich pochodzi wysokie napięcie kable elektryczne, domowe okablowanie elektryczne. Izolatory służą do oddzielania, izolowania przewodów i zapewnienia bezpieczeństwa ludzi podczas pracy z urządzeniami elektrycznymi. Aby przesłać energię elektryczną, konieczne jest złożenie zamkniętego obwodu elektrycznego, który obejmuje źródło energii elektrycznej, przewodniki, przez które prąd elektryczny przepływa z tego źródła do odbiorców energii elektrycznej i samych odbiorców.
Podczas przeprowadzania eksperymentów z elektrycznością zawsze używa się zarówno przewodników, jak i dielektryków. Przykładowo za pomocą dwóch elektroskopów naładowaliśmy jeden z nich ładunkiem ujemnym uzyskanym na patyczku ebonitowym po potarciu nim o wełnę. W tym samym czasie igła elektroskopu odchyliła się, wskazując na obecność na niej ładunku. Jeśli następnie weźmiesz metalowy pręt na izolującym plastikowym uchwycie i podłączysz naładowany elektroskop do nienaładowanego, to poprzez pręt przewodzący prąd ładunki zostaną częściowo przeniesione do drugiego elektroskopu, ale elektroskop nie rozładuje się, jak przy dotknięciu gołą ręką, ponieważ uchwyt nie przewodzi prądu do dłoni. Dlatego uchwyty różne instrumenty na przykład śrubokręty, szczypce, przecinaki do drutu są wykonane z materiałów nieprzewodzących.
Podstawowe środki ochrony przed porażeniem prądem:
Zapewnienie, że części pod napięciem nie będą dostępne w przypadku przypadkowego kontaktu,
Uziemienie ochronne, wyłączenie ochronne urządzenia elektryczne;
Używaj, kiedy tylko jest to możliwe niskie napięcie, zwłaszcza w wilgotnych obszarach;
Zastosowanie podwójnej izolacji.
Znajomość i przestrzeganie zasad bezpieczeństwa podczas pracy z prądem elektrycznym i różnymi urządzeniami elektrycznymi jest obowiązkowa zarówno dla dorosłych, jak i dzieci. Aby ułatwić uczniom szkoły podstawowej zapamiętanie tych zasad, możesz wykorzystać różne zapadające w pamięć plakaty i wiersze. Wybrałem przykłady z różnych źródeł, kilka sam wymyśliłem i przedstawiłem je jako wskazówki dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego w Załączniku 1 do mojej pracy. W Załączniku 2 podano środki pierwszej pomocy w przypadku porażenia prądem.
DOŚWIADCZALNE KONTROLE PRZEWODNOŚCI ELEKTRYCZNEJ RÓŻNYCH SUBSTANCJI
Przewodność elektryczną substancji można badać za pomocą specjalne urządzenie, ale użyliśmy zwykłego obwodu elektrycznego. Głównym elementem każdego obwodu elektrycznego jest źródło prądu elektrycznego. Bez niego obwód elektryczny nie zadziała. Podłączając przewód zasilający telewizora, żelazka elektrycznego, czajników i innych urządzeń elektrycznych zużywających energię elektryczną, w zasadzie łączysz się z elektrownią, która produkuje tę energię elektryczną.
Aby zbadać przewodność elektryczną substancji stałych, zmontowałem obwód elektryczny, w skład którego wchodziły: źródło prądu, klucz do otwierania i zamykania obwodu, lampka do sprawdzania, czy jest prąd, czy też nie, oraz styki do podłączenia substancji do obwodu.
Po umieszczeniu styków w substancji staje się jasne, czy substancja przewodzi prąd. Jeśli substancja przewodzi prąd elektryczny, obwód zostaje zamknięty i żarówka zapala się. Jeśli substancja nie przewodzi prądu elektrycznego, obwód pozostaje otwarty, a żarówka nie świeci.
Doświadczenie 1. Badanie ciał stałych.
Tabela 1 zawiera listę dziesięciu ciał stałych, które przetestowaliśmy pod kątem przewodności elektrycznej. W wyniku kontroli okazało się, że
Tabela 1.
aluminium + tworzywo sztuczne –
stal + szkło –
mosiądz + org. szkło -
miedź + magnes –
drewno - guma - że aluminium, stal, mosiądz, miedź przewodzą prąd elektryczny, natomiast drewno, plastik, szkło, plexi, magnes i guma nie przewodzą prądu elektrycznego.
Eksperyment 2. Badanie substancji ciekłych.
W celu zbadania przewodności elektrycznej substancji ciekłych zmieniliśmy obwód elektryczny (rys. 5). Oprócz źródła prądu i klucza do obwodu zamiast lampy dodano amperomierz i zamiast styków szkło elektrolityczne.
Tabela 2.
roztwór soli kuchennej +
rozwiązanie siarczan miedzi +
rozwiązanie sól morska +
roztwór cukru -
Umieściliśmy różne płyny w zlewce elektrolitycznej. Jeśli wskazówka amperomierza odchyla się po zamknięciu obwodu, oznacza to, że ciecz przewodzi prąd elektryczny.
W wyniku naszego eksperymentu okazało się, że roztwór soli kuchennej, siarczanu miedzi i soli morskiej przewodzi prąd elektryczny, ale czysta woda i syrop cukrowy nie.
WNIOSEK
Eksperymenty potwierdziły, że niektóre substancje dobrze przewodzą prąd różne metale i roztwory soli. Innymi substancjami stałymi i ciekłymi są dielektryki, czyli nieprzewodzące, są to tworzywa sztuczne lub guma, z których wykonana jest izolacja przewodów elektrycznych i obudowy urządzeń elektrycznych oraz wiele innych substancji.
Moja praca jest dla mnie i innych uczniów bardzo ważna, ponieważ pozwala na bezpieczną pracę urządzenia elektryczne W domu i w szkole trzeba wiedzieć, jak zachować się w niektórych sytuacjach życiowych. Na przykład osoba została porażona prądem wskutek przerwanego przewodu. W żadnym wypadku nie należy dotykać tego przewodu ani tej osoby gołymi rękami. Należy odsunąć przewód za pomocą jakiegoś nieprzewodzącego przedmiotu, na przykład suchego drewnianego patyka.
Aby nauczyć uczniów szkół podstawowych zasad bezpieczeństwa elektrycznego, możesz skorzystać z przygotowanych przeze mnie wskazówek.
Kiedy w naszym życiu pojawiła się energia elektryczna, niewiele osób wiedziało o jej właściwościach i parametrach i korzystało z niej różne materiały, można było zauważyć, że przy tej samej wartości napięcia źródła prądu u odbiorcy nie było inne znaczenie woltaż. Było jasne, że ma na to wpływ rodzaj materiału użytego jako przewodnik. Kiedy naukowcy zaczęli badać ten problem, doszli do wniosku, że nośnikami ładunku w materiale są elektrony. A zdolność przewodzenia prądu elektrycznego zależy od obecności wolnych elektronów w materiale. Stwierdzono, że niektóre materiały mają te elektrony duża liczba, podczas gdy inne nie mają ich wcale. Istnieją zatem materiały, które i niektóre nie mają tej zdolności.
Na tej podstawie wszystkie materiały podzielono na trzy grupy:
- przewodniki;
- półprzewodniki;
- dielektryki;
Znaleziono każdą grupę szerokie zastosowanie w elektrotechnice.
Przewodnicy
Przewodniki są materiałami dobrze przewodzącymi prąd elektryczny; służą do produkcji drutów, wyrobów kablowych, grup stykowych, uzwojeń, opon, rdzeni przewodzących i torów. Zdecydowana większość urządzenia elektryczne i urządzenia wykonane są na bazie materiałów przewodzących. Powiem ponadto, że bez tych substancji cała elektroenergetyka nie mogłaby istnieć. Do grupy przewodników zaliczają się wszystkie metale, niektóre ciecze i gazy.
Warto również wspomnieć, że wśród przewodników znajdują się nadprzewodniki, których rezystancja jest prawie zerowa; takie materiały są bardzo rzadkie i drogie. Oraz przewodniki o wysokiej rezystancji - wolfram, molibden, nichrom itp. Z takich materiałów wykonuje się rezystory, elementy grzejne i spirale lamp oświetleniowych.
Ale lwia część pola elektrycznego należy do zwykłych przewodników: miedzi, srebra, aluminium, stali i różnych stopów tych metali. Materiały te znalazły najszersze i najszersze zastosowanie w elektrotechnice, zwłaszcza miedź i aluminium, ponieważ są stosunkowo tanie, a ich zastosowanie jako przewodników prądu elektrycznego jest najwłaściwsze. Nawet miedź ma ograniczone zastosowanie; jest używana jako druty nawojowe, kable wielożyłowe i bardziej krytycznych urządzeń, szyny miedziane są jeszcze mniej powszechne. Ale aluminium jest uważane za króla wśród przewodników elektrycznych, mimo że ma wyższą oporność niż miedź, ale rekompensuje to bardzo niski koszt i odporność na korozję. Jest szeroko stosowany w zasilaczach, produktach kablowych, linie lotnicze, szynoprzewody, zwykłe przewody itp.
Półprzewodniki
Półprzewodniki, coś pomiędzy przewodnikami i półprzewodnikami. Ich główną cechą jest zależność od przewodzenia prądu elektrycznego warunki zewnętrzne. Kluczowym warunkiem jest obecność w materiale różnych zanieczyszczeń, które zapewniają zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. Również przy pewnym ułożeniu dwóch materiałów półprzewodnikowych. Na podstawie tych materiałów w tej chwili wyprodukowano wiele urządzeń półprzewodnikowych: diody LED, tranzystory,półstory, tyrystory, stabistory, różne mikroukłady. Istnieje cała nauka poświęcona półprzewodnikom i urządzeniom na ich bazie: inżynieria elektroniczna. Wszystkie komputery urządzenia mobilne. Cóż mogę powiedzieć, prawie cały nasz sprzęt zawiera elementy półprzewodnikowe.
Do materiałów półprzewodnikowych zaliczamy: krzem, german, grafit, gr afen, ind itp.
Dielektryki
Cóż, ostatnia grupa materiałów to dielektryki , substancje, które nie są w stanie przewodzić prądu elektrycznego. Do takich materiałów zalicza się: drewno, papier, powietrze, olej, ceramika, szkło, tworzywa sztuczne, polietylen, polichlorek winylu, guma itp. Dielektryki są szeroko stosowane ze względu na swoje właściwości. Wykorzystuje się je jako materiał izolacyjny. Chronią styk dwóch części pod napięciem i uniemożliwiają bezpośredni kontakt człowieka z tymi częściami. Rola dielektryków w elektrotechnice jest nie mniej ważna niż rola przewodników, ponieważ zapewniają one stabilne, bezpieczną pracę wszystko elektryczne i urządzenia elektroniczne. Wszystkie dielektryki mają granicę, do której nie są w stanie przewodzić prądu elektrycznego, nazywa się to napięciem przebicia. Jest to wskaźnik, przy którym dielektryk zaczyna przepuszczać prąd elektryczny, podczas gdy ciepło jest uwalniane, a sam dielektryk ulega zniszczeniu. Ta wartość napięcia przebicia jest różna dla każdego materiału dielektrycznego i podana jest w materiałach referencyjnych. Im wyższy, tym lepszy i bardziej niezawodny dielektryk.
Parametrem charakteryzującym zdolność przewodzenia prądu elektrycznego jest rezystywność R , jednostka miary [ Om ] i przewodność, wzajemny opór. Im wyższy jest ten parametr, tym gorszy materiał przewodzi prąd elektryczny. W przypadku przewodników waha się od kilku dziesiątych do setek omów. W dielektrykach rezystancja sięga dziesiątek milionów omów.
Wszystkie trzy rodzaje materiałów znajdują szerokie zastosowanie w energetyce i elektrotechnice. A także są ze sobą ściśle powiązane.
Zdrowy rozsądek podpowiada nam, że nie powinniśmy pracować z nagimi ludźmi. przewody elektryczne lub nawet podłączając wtyczkę, stojąc boso w kałuży wody lub nawet po prostu z mokrymi rękami. Dlatego większość z nas uważa, że woda jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego. Rzeczywiście, jeśli staniemy w nim, trzymając w rękach przewód pod napięciem lub wadliwe urządzenie elektryczne, woda zwiększy przewodność twojego ciała i uzupełni obwód elektryczny, powodując przepływ prądu przez ciebie. Może to prowadzić do śmiertelnych obrażeń lub nawet prostego porażenia prądem.
Ale w rzeczywistości czysta woda destylowana w ogóle nie przewodzi prądu. Przecież nie ma w nim nic, co mogłoby nieść ładunek. Ponieważ jednak jest doskonałym rozpuszczalnikiem, zawsze zawiera pewne stężenie naładowanych cząstek, niezależnie od tego, gdzie w przyrodzie występuje.
Woda z kranu zawsze zawiera wystarczającą ilość zanieczyszczeń, w tym minerałów i chloru, aby dość silnie przewodzić prąd. Tym, co czyni wodę jeszcze bardziej niebezpieczną, jest to, że może wypełnić każdą wolną przestrzeń pomiędzy Twoim ciałem a przewodami lub przedmiotami pod napięciem. Obwód zostanie zamknięty nawet przy niewielkiej ilości woda z kranu na twoim ciele.
Ponadto sól z potu również rozpuści się w wodzie, zwiększając jej przewodność. Zanieczyszczenia, które mogą przewodzić prąd, nazywane są elektrolitami. Należą do nich kwasy, sole i inne substancje. Elektrolity dzielimy na słabe i mocne w zależności od stopnia ich przewodności względnej.
Baterie pojazdy zawierają w każdym ogniwie elektrolityczny roztwór kwasu siarkowego (H2SO4) i wody, który ułatwia przewodnictwo. Nowsze baterie zawierają wodorotlenek potasu (KOH) lub inny metal alkaliczny.
Elektrolity pomagają przenosić jony z katody do anody podczas ładowania akumulatora oraz z anody do katody, gdy obwód elektryczny się rozładowuje lub włącza. Rozpuszczając się w wodzie, rozpadają się na jony – swobodnie poruszające się naładowane cząstki, które dzięki swojej mobilności w roztworach mogą przewodzić w wodzie prąd elektryczny.
Wszystko to można potwierdzić prostym eksperymentem. Będziesz potrzebował obwodu elektrycznego z baterią i żarówką połączonymi przewodami. Otwórz go i umieść końce przewodów obwodu w szklance czystej wody destylowanej. Zauważysz, że światło nie będzie się świecić. Teraz powoli zacznij rozpuszczać zwykłą sól kuchenną w wodzie. Żarówka zacznie się świecić, a gdy sól się rozpuści, będzie coraz jaśniejsza. Mimo wszystko sól kuchenna naukowo nazywany chlorkiem sodu (NaCl), po rozpuszczeniu rozkłada się na dodatni jon sodu (Na) i ujemny jon chlorkowy (Cl). W ten sposób tworzy elektrolit zdolny do „przenoszenia” elektronów w wodzie i odpowiednio przewodzenia prądu.