Właściwości elektryczne materii - Strona należąca do fizykakatolika

Właściwości
elektryczne
materii
Damian Lubocki kl. IIa
Spis treści
Wstęp
 Materia – co to takiego ?
 Cechy materii – elektryczność
 Przewodniki
 Izolatory – Dielektryki
 Półprzewodniki
 Nadprzewodniki
 Zakończenie

Materia - materiał
W fizyce klasycznej materią określa
się wszystko co posiada masę i
znajduje się w danej przestrzeni.
Natomiast w fizyce współczesnej
materią nazywamy wszystko co
posiada energię i pęd. Na przykład
FOTON, który jest cząstką materii
ale nie posiada masy.
 Obecnie fizycy nie przykładają
dużej uwagi do zdefiniowania
pojęcia "materii", ponieważ nie jest
to potrzebne do opisu zjawisk.

Właściwości materii







STANY SKUPIENIA
MATERII
Zmysłowa percepcja
materii
Masa
Ciężar
Objętość
Gęstość
Wytrzymałość







Plastyczność
Sprężystość
Kruchość
Rozpuszczalność
Przewodzenie ciepła
Przewodzenie
elektryczności
Temperatura
topnienia i wrzenia
Cecha materii elektryczność
Właściwości elektryczne danej substancji związane
są z jej przewodnością właściwą oraz
przenikalnością elektryczną. Są to wielkości fizyczne
charakteryzujące daną substancje. Ich wartość
zależy m.in. od temperatury.
 Ponadto przewodność właściwa jest zależna od
rodzaju i gęstości swobodnych ładunków.
Przenikalność elektryczna natomiast związana jest
nie z ładunkami swobodnymi ale z elektronami
związanymi w atomach i cząsteczkach.

Przewodniki prądu elektrycznego

Ze względu na różną przewodność prądu
wszelkie substancje możemy podzielić na:
Przewodniki
 Izolatory – Dielektryki
 Półprzewodniki
 Nadprzewodniki

Przewodniki
Przewodnik elektryczny – substancja, która
dobrze przewodzi prąd elektryczny, na
zasadzie przenoszenia prądu przez elektrony.
Budowa wewnętrzna

Przewodniki zbudowane są
z atomów, od których
łatwo odrywają się
elektrony walencyjne
tworzące wewnątrz
przewodnika gaz
elektronowy. Budowa
przewodnika
charakteryzuje się tym, że
elektrony nie są z niczym
powiązane, a co za tym
idzie mogą się swobodnie
poruszać. Dzięki temu
substancja o takiej
budowie jest dobrym
przewodnikiem prądu.
Doświadczenie
Przykłady
przewodników
Do najpopularniejszych przewodników
należą metale:

Srebro– jest niemal
idealnym
przewodnikiem, ma
najmniejszy opór
elektryczny.
Właściwości
Srebro jest białym,
lśniącym metalem.
Pierwiastek ten nie jest
aktywny chemicznie lecz
rozpuszcza się w
stężonym kwasie
siarkowym i azotowym.
W normalnych
temperaturach z wodą i
tlenem nie reaguje.
Srebro występuje najczęściej
w postaci związków razem
z rudami ołowiu, miedzi,
cynku i złota. Jako czysty
metal spotyka się je dość
rzadko. Najbardziej znane,
eksploatowane od wieków
złoża, występują w Peru i
Norwegii.
Ciekawostka
Siarka i siarczki atakują
srebro i niszczą jego
powierzchnię tworząc
siarczek srebra.
Przekonać się o tym
mogą ci, którzy
używają srebrnych
łyżeczek do jedzenia
jajek gdyż żółtko jaj
zawiera duże ilości
siarki.
Ciekawostka
Nazwa łacińska
srebra pochodzi od
słowa argentum jasny, biały.
Zastosowania

Powszechnie znanym
wykorzystaniem srebra jest użycie
go w wyrobach jubilerskich. Metal
ten zwykle stapia się z innymi w
celu zwiększenia twardości i
wytrzymałości stopu. Srebro
wykorzystywane jest również jako
warstwa odbijająca w niektórych
lustrach. Ze względu na mały opór
elektryczny używane jest w
przemyśle elektrotechnicznym.
Niektóre związki tego pierwiastka
są stosowane są jako środki
bakteriobójcze.
Inne przewodniki:
Grafit
 Żelazo
 Stal
 Aluminium
 Złoto
 Miedź

Izolatory - Dielektryki

Izolator elektryczny to materiał, który nie
przewodzi prądu elektrycznego
Budowa wewnętrzna
 Izolator
elektryczny nie
posiada w swojej
budowie wolnych
elektronów, które
mogłyby
przenosić prąd.
Inne rodzaje izolatorów
Izolator energetyczny – izoluje linie
energetyczne
 Izolator ciepła – produkt o małej
przewodności ciepła

Półprzewodniki

Półprzewodniki, substancje
zachowujące się w pewnych
warunkach jak dielektryk, a
w innych jak przewodnik w
zależności od czynników
zewnętrznych
Budowa wewnętrzna

Budowa wewnętrzna
półprzewodnika jest
podobna do izolatora.
Różnica polega tylko na
tym, że elektrony
półprzewodnika łatwiej
odrywają się od jąder
atomów.
Właściwości

Silna zależność
właściwości od
oddziaływań
zewnętrznych oświetlenia,
ogrzewania.
Podgrzewając lub
ochładzając
półprzewodnik możemy
sprawić, iż będzie on
działał jak przewodnik
lub izolator.

Wraz ze zmianą
temperatury
półprzewodnik zmienia
swoje właściwości
Przykłady półprzewodników

Krzem – półmetal
uznany za
półprzewodnik

German – półmetal
uznany za
półprzewodnik
Zastosowanie

Laser
półprzewodnikowy
używany w napędach
dysków CD

Diody – emitujące
promieniowanie
światła widzialnego
Nadprzewodniki - nadprzewodnictwo

Nadprzewodnictwo to zjawisko polegające
na zaniku oporu elektrycznego
przewodników w pewnych warunkach.
Odkrycie zjawiska
nadprzewodnictwa

Nadprzewodnictwo wydawało się wyjątkiem w
roku 1911, kiedy je przypadkowo odkrył Heike
Kammerlingh Onnes, uczony holenderski, który
badał zależność oporu rtęci od temperatury dla
bardzo niskich temperatur, bliskich zera
bezwzględnego. W temperaturze 4,2K
nieoczekiwanie opór elektryczny drutu
wykonanego z zestalonej rtęci po prostu
zniknął, a prąd płynął bez strat energii.
Wkrótce okazało się, że nie tylko rtęć, ale i
inne metale i ich stopy mają własności
nadprzewodzące poniżej pewnej temperatury,
nazwanej temperaturą krytyczną Tc. Dla rtęci
temperatura krytyczna wynosiła 4,2K. Dla
innych metali wartości temperatur krytycznych
były zróżnicowane.
Rodzaje nadprzewodnictwa

Nadprzewodnictwo
niskotemperaturowe odkryte w 1911.
Występuje w
temperaturach
poniżej 30 kelwinów,
dla czystych metali i
stopów metalicznych
będących w
większości
nadprzewodnikami

Nadprzewodnictwo
wysokotemperaturowe –
występuje w
temperaturze powyżej
30 kelwinów, ten typ
nadprzewodnictwa
wykazują materiały
tlenkowe o charakterze
ceramik i będące
nadprzewodnikami (taki
nadprzewodnik można
zbudować nawet w
szkole).
Technologia przyszłości
Folder Technologia przyszłości

Postęp nauki przyczynia się do poznawania
substancji, które umożliwiają bezstratny
przepływ prądu w coraz wyższych
temperaturach. Wciąż jednak jest to
temperatura zbyt niska dla praktycznych
zastosowań i wykorzystanie
nadprzewodników jest nadal nieopłacalne w
masowych zastosowaniach. Oczekuje się
odkrycia taniego nadprzewodnika, który
pracowałby w temperaturze normalnej (a
więc do ok. 20 °C).
Podsumowanie

Dziś, dzięki elektryczności ludzkość mogła zajść tak
daleko w procesie rozwoju. Zawdzięczamy to
między innymi istnieniu elektrycznych właściwości
materii. Przewodniki umożliwiają nam życie i
używanie dobrodziejstw współczesnej techniki,
izolatory chronią nie tylko nas, nasze domy przed
utratą ciepła i energii, ale także wszystkie
otaczające nas systemy. Wynalezienie
nadprzewodników otworzyło nam kolejną kartę.
Naukowcy przypuszczają, że dzięki temu uda nam
się nawet stworzyć perpetuum mobile. Czy NAM się
to uda ? Czas pokaże …
Koniec
Bibliografia
















http://www.videosift.pl/story.php?id=15710
http://www.geocities.com/jerzy_krol/Podr/TechChem/super.html
http://www.zadajpytanie.pl/pytanie/1246
http://chall.ifj.edu.pl/edukacja/superconductor.html
http://odpowiedz.pl/30198/30198/Przewodnik-elektryczny-substancja-kto.html
http://www.izolatory.com.pl/
http://portalwiedzy.onet.pl/35012,,,,polprzewodniki,haslo.html
http://www.bryk.pl/teksty/liceum/fizyka/obwody_elektryczne/19560-p%C3%B3%C5%82przewodniki.html
http://www.elektroda.net/pomoce/doc/elektronika/materialy%20polprzewodnikowe.htm
http://www.seoteka.pl/a125.php
http://fizyka.servis.pl/bezoporu.php
http://www.zadajpytanie.pl/pytanie/1246
http://www.fuw.edu.pl/~ajduk/Public/SCIENCE/ordinaryMatter.html
http://studia.fuw.edu.pl/wolne/ele/all/node33.html
http://www.fizyknet.friko.pl/konspekt%20lekcji%20fizyki%20-%20przewodniki%20i%20izolatory.htm
http://emilszkola.w.interia.pl/publik/pub_scn/prace/pole_elektryczne/el_bud_mat.html