8. Проводники первого и второго рода. Физическая химия: конспект лекций

8. Проводники первого и второго рода

Проводники – вещества, проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества зарядов, способных свободно перемещаться (в отличие от изоляторов). Они бывают I (первого) и II (второго) рода. Электропроводность проводников I рода не сопровождается химическими процессами, она обусловлена электронами. К проводникам I рода относятся: чистые металлы, т. е. металлы без примесей, сплавы, некоторые соли, оксиды и ряд органических веществ. На электродах, выполненных из проводников I рода, происходит процесс переноса катиона металла в раствор или из раствора на поверхность металла. К проводникам II рода относятся электролиты. В них прохождение тока связано с химическими процессами и обусловлено движением положительных и отрицательных ионов.

Электроды первого рода. В случае металлических электродов первого рода такими ионами будут катионы металла, а в случае металлоидных электродов первого рода – анионы металлоида. Серебряный электрод первого рода Ag⁺/Ag. Ему отвечает реакция Ag⁺ + e^—= Ag и электродный потенциал

EAg⁺ /Ag = Ag⁺ / Ag+b⁰lg a Ag⁺.

После подстановки численных значений Е ⁰ и b⁰ при 25 ^oС:

Примером металлоидных электродов первого рода может служить селеновый электрод Se^2–/Se, Se + 2e^—= Se²; при 25 ^oС ESe^2–/Se⁰ = –0,92 – 0,03lg a Se^2–.

Электроды второго рода – полуэлементы, состоящие из металла, покрытого слоем труднорастворимого соединения (соли, оксида или гидроксида) и погруженного в раствор, содержащий тот же анион, что и труднорастворимое соединение электродного металла. Схематически электрод второго рода можно представить так: А^Z–/MA, M, а протекающую в нем реакцию – МА + ze = М + А^Z–. Отсюда уравнением для электродного потенциала будет:

Каломельные электроды – это ртуть, покрытая пастой из каломели, и ртуть, находящаяся в контакте с раствором KCl.

Cl^– / Hg₂Cl₂, Hg.

Электродная реакция сводится к восстановлению каломели до металлической ртути и аниона хлора:

Потенциал каломельного электрода обратим по отношению к ионам хлора и определяется их активностью:

При 25 ^оС потенциал каломельного электрода находят по уравнению:

Ртутно-сульфатные электроды SO₄^2–/Hg₂SO₄, Hg аналогичны каломельным с той лишь разницей, что ртуть здесь покрыта слоем пасты из Hg и закисного сульфата ртути, а в качестве раствора используется H₂SO₄. Потенциал ртутно-сульфатного электрода при 25 ^oС выражается уравнением:

Хлорсеребряный электрод представляет собой систему Cl^–/AgCl, Ag, а его потенциалу отвечает уравнение:

ECl^– /AgCl, Ag = E⁰Cl^–/AgCl, Ag ^{–b lg aCl–}

или при 25 ^оС:

ECl^–/AgCl, Ag = 0,2224 – 0,0592 lg a Cl^–.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

2. Два рода электричества

2. Два рода электричества
Производя различные опыты над электричеством, люди выяснили основные его свойства. Прежде всего они открыли, что существует два рода электричества. Одно получается при натирании мехом стекла, драгоценных камней и некоторых других материалов —

5. Проводники и изоляторы

5. Проводники и изоляторы
Все вещества, предметы, тела можно разделить на две группы — проводники электричества и электрические изоляторы.Чем отличаются проводники от изоляторов?Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий опыт с электроскопом. Возьмём два

Глава первая.

ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРВОГО РОДА: ОТ РАННИХ ПОПЫТОК ДО «ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ» 

Глава первая.
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРВОГО РОДА: ОТ РАННИХ ПОПЫТОК ДО «ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ» 
Мартын:
Что такое perpetuum mobile?
Бертольд:
Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… видишь ли, добрый мой Мартын: делать

Глава вторая. УТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И КОНЕЦ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОГО РОДА

Глава вторая.
УТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И КОНЕЦ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОГО РОДА
Пора чудес прошла,
И мы теперь должны искать причины
Всему, что совершается на свете.
Шекспир. «Генрих

2.3. Последние вечные двигатели первого рода

2.3. Последние вечные двигатели первого рода
Приведем для начала некоторые статистические данные по ppm-1, относящиеся к интересующему нас периоду. Естественно, они носят отрывочный характер, но все же достаточно показательны.По данным Британского патентного бюро за время

Глава пятая. ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВТОРОГО РОДА 

Глава пятая.
ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВТОРОГО РОДА 
Я не собираюсь критиковать. Я просто не могу понять, как может человек написать такую чепуху?
Н. Бор
5.1. Какие ppm-2 изобретают теперь? 
Различных проектов ppm-2 предлагается очень много, и принципы их действия самые разнообразные:

Глава 3. Химия. Какого рода химические реакции подтолкнули атомы кобразованию первых живых существ?

Глава 3. Химия. Какого рода химические реакции подтолкнули атомы кобразованию первых живых существ?
Сущий вздор — рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом можно было бы рассуждать о происхождении материи.Из письма Ч. Дарвина Дж. Д. Хукеру 29 марта

Проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле

• Статья
• Видео

В электричестве выделяют три основных группы материалов – это проводники, полупроводники и диэлектрики. Основным их отличием является возможность проводить ток. В этой статье мы рассмотрим, чем отличаются эти виды материалов и как они ведут себя в электрическом поле.

• Что такое проводник
• Что такое диэлектрик
• Что такое полупроводник
• Зонная теория

Что такое проводник

Вещество, в котором присутствуют свободные носители зарядов, называют проводником. Движение свободных носителей называют тепловым. Основной характеристикой проводника является его сопротивление (R) или проводимость (G) – величина обратная сопротивлению.

G=1/R

Говоря простыми словами – проводник проводит ток.

К таким веществам можно отнести металлы, но если говорить о неметаллах то, например, углерод – отличный проводник, нашел применение в скользящих контактах, например, щетки электродвигателя. Влажная почва, растворы солей и кислот в воде, тело человека – тоже проводит ток, но их электропроводность зачастую меньше, чем у меди или алюминия, например.

Металлы являются отличными проводниками, как раз таки благодаря большому числу свободных носителей зарядов в их структуре. Под воздействием электрического поля заряды начинают перемещаться, а также перераспределяться, наблюдается явление электростатической индукции.

Что такое диэлектрик

Диэлектриками называют вещества, которые не проводят ток, или проводят, но очень плохо. В них нет свободных носителей зарядов, потому что связь частиц атома достаточно сильная, для образования свободных носителей, поэтому под воздействием электрического поля тока в диэлектрике не возникает.

Газ, стекло, керамика, фарфор, некоторые смолы, текстолит, карболит, дистиллированная вода, сухая древесина, резина – являются диэлектриками и не проводят электрический ток. В быту диэлектрики встречаются повсеместно, например, из них делаются корпуса электроприборов, электрические выключатели, корпуса вилок, розеток и прочее. В линиях электропередач изоляторы выполняются из диэлектриков.

Однако, при наличии определенных факторов, например повышенный уровень влажности, напряженность электрического поля выше допустимого значения и прочее – приводят к тому, что материал начинает терять свои диэлектрические функции и становится проводником. Иногда вы можете слышать фразы типа «пробой изолятора» — это и есть описанное выше явление.

Если сказать кратко, то основными свойствами диэлектрика в сфере электричества являются электроизоляционные. Именно способность препятствовать протеканию тока защищает человека от электротравматизма и прочих неприятностей. Основной характеристикой диэлектрика является электрическая прочность – величина равная напряжению его пробоя.

Что такое полупроводник

Полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, а при соблюдении определенных условий – сообщении веществу энергии в нужных количествах. Это связано с тем, что свободных носителей (дырок и электронов) зарядов слишком мало или их вовсе нет, но если приложить какое-то количество энергии – они появятся. Энергия может быть различных форм – электрической, тепловой. Также свободные дырки и электроны в полупроводнике могут возникать под воздействием излучений, например в УФ-спектре.

Где применяются полупроводники? Из них изготавливают транзисторы, тиристоры, диоды, микросхемы, светодиоды и прочее. К таким материалам относят кремний, германий, смеси разных материалов, например арсенид-галия, селен, мышьяк.

Чтобы понять, почему полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, нужно рассматривать эти материалы с точки зрения зонной теории.

Зонная теория

Зонная теория описывает наличие или отсутствие свободных носителей зарядов, относительно определенных энергетических слоев. Энергетическим уровнем или слоем называют количество энергии электронов (ядер атомов, молекул – простых частиц), их измеряют в величине Электронвольты (ЭВ).

На изображении ниже показаны три вида материалов с их энергетическими уровнями:

Обратите внимание, что у проводника энергетические уровни от валентной зоны до зоны проводимости объединены в неразрывную диаграмму. Зона проводимости и валентная зоны накладываются друг на друга, это называется зоной перекрытия. В зависимости от наличия электрического поля (напряжения), температуры и прочих факторов количество электронов может изменяться. Благодаря вышеописанному, электроны могут передвигаться в проводниках, даже если сообщить им какое-то минимальное количество энергии.

У полупроводника между зоной валентности и зоной проводимости присутствует определенная запрещенная. Ширина запрещенной зоны описывает, какое количество энергии нужно сообщить полупроводнику, чтобы начал протекать ток.

У диэлектрика диаграмма похожа на ту, которая описывает полупроводники, однако отличие лишь в ширине запрещенной зоны – она здесь во много раз большая. Различия обусловлены внутренним строением и вещества.

Мы рассмотрели основные три типа материалов и привели их примеры и особенности. Главным их отличием является способность проводить ток. Поэтому каждый из них нашел свою сферу применения: проводники используются для передачи электроэнергии, диэлектрики – для изоляции токоведущих частей, полупроводники – для электроники. Надеемся, предоставленная информация помогла вам понять, что собой представляют проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле, а также в чем их отличие между собой.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

• Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях
• Зависимость сопротивления проводника от температуры
• Что такое диэлектрические потери
• Что такое электрический заряд

Adblock
detector

Проводник – определение, пример, проводники и изоляторы

Проводники определяются как материалы или вещества, которые позволяют электричеству течь через них. Кроме того, проводники позволяют передавать через них тепло. Примерами проводников являются металлы, тело человека, Земля и животные. Человеческое тело – сильный проводник. Таким образом, он предлагает путь без сопротивления от провода с током через тело для прохождения тока. У проводников есть свободные электроны на их поверхности, которые обеспечивают легкое прохождение тока. Это причина того, что электричество свободно передается по проводникам.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Применение проводников

В некоторых аспектах проводники очень полезны. У них много реальных применений. Например;

• Для проверки температуры тела в термометре обычно используется ртуть.

• Алюминий находит применение в производстве фольги для консервирования пищевых продуктов. Он также используется в варочных сосудах, так как является хорошим проводником электричества и тепла.

• Железо является распространенным материалом, используемым для отвода тепла при производстве автомобильных двигателей. Железная пластина состоит из стали, чтобы быстро поглощать тепло.

• В автомобильных радиаторах проводники используются для отвода тепла от двигателя.

Изоляторы

Материалы или вещества, которые сопротивляются или не позволяют току проходить через них, являются изоляторами. Они, как правило, твердые по своей природе. Часто в ряде систем используются изоляторы, так как они не пропускают тепло. Удельное сопротивление — это свойство, которое отличает изоляторы от проводников.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Хорошими примерами изоляторов являются дерево, ткань, стекло, слюда и кварц. Изоляторы обеспечивают защиту от огня, звука и, конечно же, от передачи электричества. Кроме того, изоляторы вообще не имеют свободных электронов. Это основное объяснение того, почему они не проводят электричество.

Примеры изоляторов

Некоторые образцы изоляторов перечислены ниже.

• Стекло является самым прочным изолятором, поскольку оно имеет самое высокое удельное сопротивление.

• Пластмасса является хорошим изолятором и используется для производства различных продуктов.

• Резина обычно используется в производстве шин, огнеупорной одежды и тапочек. Потому что это изолятор.

Разница между проводниками и изоляторами

Давайте кратко рассмотрим основные различия между проводниками и изоляторами.

Что такое электрический проводник?

Если вам нужно дать простейшее определение электрических проводников, то это материалы, которые позволяют электричеству легко проходить через них. Если мы сравним два вида материалов и первый позволяет электричеству проходить через них легче, то говорят, что этот материал является сильным проводником электричества. Некоторые примеры проводников электричества:

• Copper

• Aluminium

• Silver

• Gold

• Graphite

• Platinum

• Water

• People

An electric conductor enables electrical charges легко пройти через них. Свойство проводников называется проводимостью «проводить» электричество. Такие материалы меньше противодействуют движению обвинений или «сопротивлению». Благодаря свободному движению электронов через них проводящие материалы обеспечивают легкий перенос заряда.

Свойства электрического проводника

В равновесных условиях проводник проявляет следующие свойства:

• Движение электронов и ионов в них разрешено проводником.

• Электрическое поле проводника равно нулю, что позволяет электронам проходить внутри него.

• Плотность заряда проводника равна нулю.

• Свободные заряды возникают только на поверхности проводника.

• Оба конца проводника имеют одинаковый потенциал.

Многие металлы являются сильными проводниками электричества. Изоляторы известны как пластиковое покрытие, покрывающее электрический проводник. Это защищает нас от поражения электрическим током.

Заключение

Таким образом, проводники являются важными объектами, имеющими множество применений. Проводник необходим из-за его свойства протекать электричество и тепло. Материалы, изготовленные из проводников и изоляторов, имеют различное применение.

Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: проводники

Существует множество материалов, позволяющих легко перемещать заряды. Они называются проводниками . Проводники имеют качество , проводимость . Я думаю, это не большая помощь для вас. Реальность такова, что вам просто нужно понять разницу между этими двумя словами. Проводник — это объект, который позволяет заряду течь. Проводимость – это качество, связанное с проводником. Материал, который является хорошим проводником, дает очень мало сопротивление потоку заряда. Этот поток заряда называется электрическим током. Хороший проводник имеет высокую проводимость.

(1) Металлы являются традиционными проводящими материалами. Вы видите их вокруг дома все время. Это металлический провод или один из металлических штырей в электрической вилке. В металлических проводниках много свободных электронов. Свободные электроны — это электроны, которые не удерживаются в атомах и поэтому могут легко двигаться. Одними из лучших металлических проводников являются медь (Cu), серебро (Ag) и золото (Au).

(2) Есть некоторые проводники, которые не являются металлами. Углерод является лучшим примером.

(3) Вы наверняка видели ионные проводники в лаборатории или в эксперименте. Когда вы думаете об ионных проводниках , думайте о растворах и расплавленных проводниках. Раствор , такой как соленая вода, имеет много свободных ионов, плавающих вокруг. Эти ионы (заряженные атомы) могут легко течь, а растворы ионов являются очень хорошими проводниками. Одна из причин, по которой вам нужно выйти из воды, если вокруг молния, заключается в том, что вода обычно содержит растворенные ионы, и если молния ударит в жидкость (раствор), она может провести электричество на большие расстояния и убить вас электрическим током.

(4) Полупроводники — это проводники, которые делают ваш компьютер возможным. Если бы не полупроводники, большинство электронных безделушек невозможно было бы сделать. В полупроводниках есть свободные электроны, но их не так много, как в проводниках, и их не так легко привести в движение. Полупроводники имеют низкую проводимость. Примерами являются такие элементы, как кремний (Si) и германий (Ge).

Так что же произойдет, если вы разделите заряды и соедините их с проводящим материалом? Предоставление пути для движения зарядов и создание этого пути из материалов, которые позволяют легко двигаться, приводит к потоку зарядов (электронов), называемому текущий . Электроны будут течь из отрицательного места в положительное. Это может произойти быстро, а потом прекратиться, как с искрой. Или, в случае батареи, подключенной к проводящей петле (называемой цепью), это продолжается до тех пор, пока батарея не разрядится. Если ток все время идет в одном направлении, его называют постоянным или постоянным током. Однако в вашем доме одни и те же заряды перемещаются вперед и назад, поэтому это называется переменным током.

Ученые обнаружили, что разноименные заряды притягиваются, а разноименные отталкиваются. Таким образом, положительное-положительное и отрицательное-отрицательное будут отталкиваться, а положительное-отрицательное притягиваться. Физики используют термин электрическая сила для описания этих притяжений и отталкиваний. Электрические силы намного сильнее, когда отрицательные заряды ближе к положительным зарядам. Чем дальше друг от друга два заряда, тем слабее электрическое взаимодействие. Кроме того, чем больше заряды, тем больше будет электрическая сила.

Или поищите на сайтах по конкретной теме.

• Обзор
• Сборы
• Проводники
• Электрические поля
• Магнитные поля
• Текущий
• Сопротивление
• Закон Фарадея
• Закон Кулона
• Магниты
• Питание постоянного тока
• Мощность переменного тока
• Дополнительные темы

Высокотемпературная сверхпроводимость (Brookhaven Nat’l Labs)

Encyclopedia.com (Электропроводность):
http://www.