Ре проводников что это: что это такое, обозначение, сечение, требования

Примеры проводников включают металлы, водные растворы солей (т. е. ионные соединения , растворенные в воде), графит и тело человека. Примеры изоляторов включают пластмассы, пенополистирол, бумагу, резину, стекло и сухой воздух. Разделение материалов на категории проводников и изоляторов несколько искусственно. Более уместно думать о материалах как о размещении где-то в континууме. Те материалы, которые обладают сверхпроводимостью (известные как сверхпроводники ) будут размещены на одном конце, а материалы с наименьшей проводимостью (лучшие изоляторы) будут размещены на другом конце. Металлы будут помещены рядом с наиболее проводящим концом, а стекло — на противоположном конце континуума. Электропроводность металла может быть в миллион триллионов раз выше, чем у стекла.

В континууме проводников и изоляторов можно найти человеческое тело где-то ближе к проводящей стороне середины. Когда тело приобретает статический заряд, оно имеет тенденцию распределять этот заряд по всей поверхности тела. Учитывая размер человеческого тела по сравнению с размером типичных объектов, используемых в электростатических экспериментах, потребуется аномально большое количество избыточного заряда, прежде чем его эффект будет заметен. Влияние избыточного заряда на тело часто демонстрируют с помощью генератора Ван де Граафа. Когда ученик кладет руку на неподвижный мяч, избыточный заряд от мяча передается человеческому телу. Будучи проводником, избыточный заряд мог стекать в тело человека и распространяться по всей поверхности тела, даже на пряди волос. Когда отдельные пряди волос заряжаются, они начинают отталкивать друг друга. Стремясь дистанцироваться от своих заряженных соседей, пряди волос начинают подниматься вверх и наружу — поистине мурашки по коже.

Многие знакомы с воздействием влажности на накопление статического заряда. Вы, вероятно, замечали, что в зимние месяцы чаще всего случаются плохие прически, удары дверными ручками и статическая одежда. Зимние месяцы, как правило, самые засушливые месяцы в году, когда уровень влажности воздуха падает до более низких значений. Вода имеет свойство постепенно снимать лишний заряд с предметов. Когда влажность высокая, человек, приобретающий избыточный заряд, будет склонен отдавать этот заряд молекулам воды в окружающем воздухе. С другой стороны, сухой воздух способствует накоплению статического заряда и более частым поражениям электрическим током. Поскольку уровни влажности имеют тенденцию меняться изо дня в день и от сезона к сезону, ожидается, что электрические эффекты (и даже успех электростатических демонстраций) могут меняться изо дня в день.

Предсказание направления движения электронов в проводящем материале — это простое применение двух основных правил взаимодействия зарядов. Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается. Предположим, что какой-то метод используется для передачи отрицательного заряда объекту в заданном месте. В месте, где передается заряд, имеется избыток электронов. То есть множество атомов в этой области содержат больше электронов, чем протонов. Конечно, есть такое количество электронов, которое можно считать равным 9.0073 вполне довольны , так как есть сопровождающий положительно заряженный протон, удовлетворяющий их притяжение к противоположному. Однако так называемые избыточные электроны отталкивают друг друга и предпочитают больше места. Электроны, как и люди, хотят манипулировать своим окружением, чтобы уменьшить отталкивающие эффекты. Поскольку эти избыточные электроны присутствуют в проводнике, мало что мешает их способности мигрировать в другие части объекта. И это именно то, что они делают. Чтобы уменьшить общие эффекты отталкивания внутри объекта, происходит массовая миграция избыточных электронов по всей поверхности объекта. Лишние электроны мигрируют, чтобы удалиться от своих отталкивающих соседей. В этом смысле говорят, что избыточный отрицательный заряд распределяется по всей поверхности проводника.

Но что произойдет, если проводник приобретет избыток положительного заряда? Что, если электроны удаляются из проводника в заданном месте, придавая объекту общий положительный заряд? Если протоны не могут двигаться, то как избыток положительного заряда может распределиться по поверхности материала? Хотя ответы на эти вопросы не столь очевидны, они все же предполагают довольно простое объяснение, которое опять-таки опирается на два фундаментальных правила взаимодействия зарядов. Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается. Предположим, что проводящая металлическая сфера заряжена с левой стороны и сообщила избыток положительного заряда. (Конечно, это требует, чтобы электроны были удалены от объекта в месте зарядки.) Множество атомов в области, где происходит зарядка, потеряли один или несколько электронов и имеют избыток протонов. Дисбаланс заряда внутри этих атомов создает эффекты, которые можно рассматривать как нарушение баланса заряда внутри всего объекта. Присутствие этих избыточных протонов в данном месте оттягивает электроны от других атомов. Электроны в других частях объекта можно рассматривать как вполне доволен балансом заряда, который они испытывают. Однако всегда найдутся электроны, которые почувствуют притяжение избыточных протонов на некотором расстоянии. Говоря человеческим языком, мы могли бы сказать, что эти электроны притягиваются любопытством или верой в то, что по ту сторону забора трава зеленее. На языке электростатики мы просто утверждаем, что противоположности притягиваются — лишние протоны и как соседние, так и дальние электроны притягиваются друг к другу. Протоны ничего не могут поделать с этим притяжением, поскольку они связаны внутри ядра своих собственных атомов. Тем не менее, электроны слабо связаны внутри атомов; и, находясь в проводнике, они могут свободно перемещаться. Эти электроны перемещаются за избыточными протонами, оставляя свои собственные атомы со своим избыточным положительным зарядом. Эта миграция электронов происходит по всей поверхности объекта до тех пор, пока общая сумма эффектов отталкивания между электронами по всей поверхности объекта не будет минимизирована.

Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Интерактивного поляризационного алюминиевого банка. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивная поляризация алюминиевой банки помогает учащимся визуализировать перераспределение зарядов внутри проводника по мере приближения заряженного объекта.

Посетите:  Поляризация алюминиевой банки

Используйте свое понимание заряда, чтобы ответить на следующие вопросы. Когда закончите, нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Одна из этих изолированных заряженных сфер сделана из меди, а другая — из каучука. На приведенной ниже диаграмме показано распределение избыточного отрицательного заряда по поверхности двух сфер. Отметьте, что есть что, и подкрепите свой ответ объяснением.

2. Какой из следующих материалов обладает более высокими проводящими свойствами, чем изолирующими? _____ Объясните свои ответы.

3. Проводник отличается от изолятора тем, что проводник ________.

а. имеет избыток протонов

б. имеет избыток электронов

с. может заряжаться, а изолятор не может

д. имеет более быстрые молекулы

эл. не содержит нейтронов, препятствующих потоку электронов

ф. ни один из этих

4. Предположим, что проводящий шар каким-то образом заряжается положительно. Заряд изначально осаждается на левой стороне сферы. Тем не менее, поскольку объект является проводящим, заряд равномерно распределяется по всей поверхности сферы. Равномерное распределение заряда объясняется тем, что ____.

а. заряженные атомы в месте заряда перемещаются по всей поверхности сферы

б. избыточные протоны перемещаются из места заряда в остальную часть сферы

с. избыточные электроны из остальной части сферы притягиваются к избыточным протонам

5. Когда цистерна прибыла в пункт назначения, она готовится слить топливо в резервуар или бак. Часть подготовки включает соединение корпуса автоцистерны металлическим проводом с землей.