ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ - Студенческий научный форум

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Васильева А.С. 1
1Белгородский государственный национальный исследовательский университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Электропроводность – это свойство тела или вещества проводить ток, а также физическая величина, численно характеризующая эту способность. Электропроводность зависит от количества свободных ионов, содержащихся в проводнике, движение которых является электрическим током. В системе СИ электропроводность обозначается как S и измеряется в сименсах.

В зависимости от величины электропроводности вещества можно условно разделить на три группы: проводники, диэлектрики и полупроводники. Однако, провести четкие границы между группами невозможно.

Проводники имеют большое количество свободных ионов, а следственно и большую электропроводность. Они делятся на два рода, которые отличаются друг от друга физической природой протекания электрического тока. К первому роду относятся металлы с электронной проводимостью, то есть прохождение тока по ним обусловлено движением свободных электронов. К проводникам второго рода относятся растворы кислот, щелочей и солей, которые называют электролитами. Прохождение тока по электролитам обусловлено движением положительных и отрицательных ионов. Такие проводники имеют ионную проводимость. Электропроводность проводников больше 106(ом·м)-1 . [3]

Диэлектрики имеют наоборот маленькое количество свободных ионов, что означает малую электропроводность и практически неспособность проводить электрический ток. К ним можно отнести дерево, смолы, пластмассы, стекло и т.п. Электропроводность диэлектриков меньше 106(ом·м)-1 . [3]

Полупроводники имеют проводящие свойства средние между проводниками и диэлектриками. К полупроводникам относятся, например, германий, кремний, селен и другие искусственные соединения. [3]

На электропроводность вещества или тела влияет температура вещества. Однако, зависимость от температуры различная у разных веществ. У металлов данная зависимость определяется уменьшением времени свободного пробега электронов с ростом температуры. При увеличении температуры происходит возрастание тепловых колебаний кристаллической решетки, на которой рассеиваются электроны и соответственно электропроводность уменьшается. Для полупроводников зависимость иная. При повышении температуры электропроводность увеличивается, так как увеличивается число электронов проводимости и положительных носителей заряда. Диэлектрики также имеют увеличенную электропроводность, но при очень высоком электрическом напряжении. [2]

Электропроводность металлов

Металлы имеют свойство проводить ток. Это обусловлено тем, что электромагнитное поле воздействует на проводниковый металл, в следствие чего электрон ускоряется настолько, что теряет связь с атомом.

Электронная теория проводимости металлов создана П. Друде в 1900 г., которая далее получила развитие в работах Г. Лоренца. С точки зрения данной теории высокая электропроводность металлов обусловлена наличием очень большого числа носителей заряда – электронов проводимости, перемещающихся по всему объему проводника. При своем движении электроны проводимости сталкиваются с ионами кристаллической решетки металла. Следуя из этого средняя длина свободного пробега электронов равна 10­­-8 см. [1]

Плотность тока, проходящая через проводник будет равна общему заряду всех электронов, проходящих за одну секунду через единицу площади поперечного сечения проводника.

Плотность тока выражается формулой:

где

Q - значение удельной проводимости;

- значение направления плотности тока;

- значение направления напряженности электрического поля.

Электропроводность некоторых металлов представлена в таблице 1.

Таблица 1 – «Электропроводность металлов»

Металл

См/м

Ag

62 555

Cu

58 1 55

Au

45 555

Al

37 055

Mg

22 755

Ir

21 155

Mo

18 555

W

18 255

Zn

16 955

Ni

11 555

Fe

10 33

Pt

9, 3533

 

8, 3333

Hg

1, 0433

Электропроводимость металлов применяется во всех современных отраслях промышленности, от добычи полезных ископаемых до производства продуктов питания. Любая сфера производства использует электричество вот уже на протяжении ста лет. Благодаря электропроводности металлов мы имеем возможность смотреть телевизор, пользоваться ноутбуком и интернетом, так как данные условия обеспечиваются коммуникационными системами энергоснабжения.

Электропроводность жидкостей

Наблюдения показали, что большое количество жидкостей очень плохо проводят электрический ток. Такими жидкостями являются глицерин, керосин, дистиллированная вода и т.п. Но, например, кислоты, щелочи и водные растворы солей наоборот хорошо проводят ток. Выделение на электродах составных частей жидкости, вызванное прохождением тока, называется электролизом, а проводники, в которых это наблюдается называются электролитами. [1]

Значения электропроводности некоторых жидкостей представлены в таблице 2.

Таблица 2 – «Электропроводность жидкостей»

Название

Формула

T,°C

æ, См/м

Название

Формула

T,°C

æ, См/м

Простые вещества и неорганические соединения

 

Аммиак

NH3

–79

1,3 · 10–5

Серная кислота

H2SO4

25

1

Бром

Вr2

–17,2

1,33 · 10–11

Серы диоксид

SO2

–15

9 · 10–5

Водорода бромид

НВr

–80

8 · 10–7

Серы диоксид-дихлорид (сульфурил хлористый)

SO2Cl2

25

3 · 10–6

Водорода иодид

HI

–35,4

10630

Серы оксид-дихлорид (тионил хлористый)

SOCl2

25

2 · 10–4

Водорода хлорид

HCl

–96

1 · 10–6

Сульфан (сероводород)

H2S

–61,8

1 · 10–9

Водорода цианид

HCN

0

3,3 · 10–4

Трихлорарсан

AsCl3

25

1,2 · 10–4

Ртуть

Hg

0

1 · 10–10

Фосфора оксид-трихлорид

POCl3

25

2,2 · 10–5

Селена оксид-дихлорид

SeOCl2

25

2 · 10–3

Хлор

Cl2

–70

< 1 · 10–14

Электропроводность жидкостей активно применяется в медицине. Основным примером является электрофорез и гальванофорез. При электрофорезе происходит электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля. Гальванофорез – введение ионов веществ (например, лекарств) в электропроводную среду посредством приложения электродвижущей силы (ЭДС). В стоматологии – гальванофорез – специальный метод для долговременной дезинфекции системы корневых каналов зубов.[4]

Электропроводность газов

В отличии от металлов и электролитов газы состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и не содержать свободных ионов и электронов, поэтому при нормальных условиях газы являются изоляторами. Свободные заряды газов не приходят в упорядоченное движение под действием электрического тока.

Газ может стать проводником только лишь в том случае, если его молекулы ионизируются, то есть расцепляются на электроны и положительные ионы. Для ионизации атома или молекулы нужно совершить работу против сил взаимодействия между вырываемым электроном и остальными частицами атома или молекулы. Такая работа называется работой ионизации, и ее величина зависит от химической природы газа и энергетического состояния вырываемого электрона.

Газовым разрядом называется процесс прохождения тока через газ. Если его электропроводность создается внешними ионизаторами, то такой электрический ток есть несамостоятельный газовый разряд. Он не сопровождается свечением газа. Однако, если после прекращения действия внешнего ионизатора сохраняется электрический разряд, то он называется самостоятельным газовым разрядом. Основным источником таких разрядов является ударная ионизация – процесс ионизации газа под действием движущихся электронов или ионов. [2]

Электропроводность газов применяется в создании источников света в неоновых лампах, газосветных трубках и плазменных экранах. Так, неоновые лампы наполняются разными газами под низким давлением. Цвет ее свечения зависит не только от состава газа, который в ней находится, но и от плотности и частоты тока. При низкой плотности тока лампа светит оранжевым, а при увеличении начинает переходить в красный. А при увеличении частоты тока лампа наоборот синеет. [5]

Список использованной литературы и источников:

  1. Детлаф А.А, Яворский Б.М., Милковская М.Б., Курс физики. Том II. Электричество и магнетизм; – М.: Высш. школа, 1977. - 375 с.

  2. Матвеев А.Н., Электричество и магнетизм; Учеб. пособие. – М.: Высш. школа, 1983. – 463с.. ил.

  3. http://katod-anod.ru/articles/46

  4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрофорез

  5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Неоновая_лампа

Просмотров работы: 23767