VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH Jan Hruška
TV-FYZ
Ahoj, tak jsme tady znovu a pokusíme se Vám vysvětlit problematiku vedení elektrického proudu v látkách.
Co je to vlastně elektrický proud? Na to se dá odpovědět dvojím způsobem: buď vysvětlím jev, a nebo veličinu, která ho popisuje
Hm.. Tak raději obojí …
Jev Elektrický proud je tvořen usměrněným pohybem volných částic s elektrickým nábojem.
Veličina Podíl elektrického náboje ΔQ, který projde příčným průřezem vodiče za čas Δt: I Q ; t I C.s 1 A(ampér )
Já myslel, že el. proud je přenášen elektrony . To platí jen v kovech. V kapalinách, plynech i polovodičích mohou přenášet el. proud i kladně nabité částice.
Protony? Na protony zapomeň. Ty jsou vázány v jádru a na rozštěpení jádra bys potřeboval velkou energii.
A co jsou tedy kladně nabité částice? V kapalinách a plynech jsou to kladně nabité ionty a v polovodičích to jsou díry.
Prosím, jaké díry? Díra je místo, ve kterém chybí elektron. Důležité je, že částice, které přenášejí proud, jsou volné a nabité.
A ten uspořádaný pohyb znamená co? To znamená, že se částice pohybují v jednom směru. Takže; kladné částice k zápornému pólu zdroje a záporné částice ke kladnému pólu zdroje.
No to vím taky, ale proč je tak zdůrazněný v definici?
Protože ty částice jsou v neustálém chaotickém pohybu. A o el. proudu mluvíme až tehdy, když se začnou pohybovat jedním směrem.
ZOPAKUJ SI !!! Jak lze definovat el. proud? Co vede v látkách elektrický proud? Jaký musí být pohyb volných částic, abychom mohli mluvit o el. proudu?
A TEĎ TROCHU JINAK …
ROZDĚLENÍ LÁTEK PODLE ELEKTRICKÉ VODIVOSTI
Elektronová
Iontová
• nosičem náboje je elektron • (např. kovy, některé polovodiče)
• nosičem náboje je ionizovaný atom nebo molekula • (např. kapalné roztoky některých iontových krystalů – NaCl, AgCl, plyny v určitých podmínkách)
PEVNÉ LÁTKY Elektrický proud v pevných látkách může protékat, ale nemusí.Důležitou podmínkou vedení elektrického proudu je přítomnost volných částic s elektrickým nábojem. Pevné látky se podle schopnosti vést elektrický proud dělí na:
Vodiče
Vedou el. proud
Polovodiče
Vedou el. proud závisle na podmínkách
Izolanty
Nevedou el. proud
VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V KOVECH V kovech přenášejí proud volné elektrony. Elektrony se pohybují od záporné svorky zdroje ke kladné svorce. Dohodnutý směr proudu je ale opačný. (Platí pouze pro kladné náboje)
Většina kovů a jejich slitin dobře vede elektrický proud Pro kovy velmi dobře platí Ohmův zákon
I
U R
S rostoucí teplotou klesá vodivost kovů a roste odpor
Lepší vodiče elektrického proudu jsou i lepší vodiče tepla
VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V POLOVODIČÍCH Polovodiče jsou látky, jejichž vodivost je větší než vodivost izolantů a menší než vodivost vodičů. Mezi nejznámější polovodiče patří prvky Ge, Si. Vlastní vodivost V čistém polovodiči při nízké teplotě nejsou volní nositelé náboje, nevede el. proud Při vyšších teplotách se snadno poruší vazby valenčních elektronů – vznik nosičů náboje - volných elektronů Prázdná místa u atomů - díry Elektronová a děrová vodivost Vodivost roste s rostoucí teplotou, s dopadajícím zářením a s obsahem příměsí UŽITÍ POLOVODIČŮ TERMISTOR = teplotně závislý rezistor - vlivem měnící se teploty výrazně mění svůj elektrický odpor FOTOREZISTOR - svůj odpor mění v závislosti na změnách osvětlení POLOVODIČOVÁ DIODA - propouští el. proud pouze v jednom směru (propustném směru)
VODIVOST POLOVODIČŮ
Vlastní
Nevlastní
Čisté polovodiče Teplotní závislost
Přítomnost cizích atomů Vodivost P,N
Vodivost
P - v místech chybějících elektronů jsou místa (díry), jejichž náboj je kladný (pozitivní) N - přebytečné elektrony jsou nosiči el. proudu, jejich náboj je záporný (negativní)
VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V KAPALINÁCH Elektrický proud v kapalinách je možný jen tehdy, vyskytují-li se v kapalině volné částice s elektrickým nábojem. Elektricky vodivá kapalina se nazývá elektrolyt. Většina kapalin v čistém stavu jsou izolanty.
Vodiče
Směsi
Izolanty
Destilovaná voda
VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V KAPALINÁCH Destilovaná voda nevede elektrický proud, protože v ní nejsou přítomny žádné volné částice s nábojem. Pokud do ní nasypeme sůl (chemicky NaCl), proběhne elektrolytická disociace - NaCl se rozloží na ionty Na+ a Cl-. To už jsou volné částice s nábojem, proto po přiložení napětí obvodem elektrický proud prochází.
Průchodem elektrického proudu kapalinou dochází k chemickým změnám na elektrodách. Tento jev se nazývá elektrolýza a využívá se např. k výrobě některých chemických látek.
VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V PLYNECH Elektrický proud v plynech je tvořen usměrněným pohybem volných iontů a elektronů. Elektrický proud v plynech = výboj
Elektrický oblouk
Elektrický výboj
Elektrický výboj za nízkého tlaku
Koróna
VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V PLYNECH Elektrický výboj Silné elektrické pole způsobí vytrhávání elektronů z atomů a molekul plynu (ionizaci plynu). Elektrický proud za této podmínky se nazývá elektrický výboj a je tvořen směsí volných elektronů a kladných, příp. záporných iontů v plynu. Elektrický výboj trvá většinou krátce - do doby vybití vnějšího elektrického pole ale jeho velikost může být velmi vysoká, protože se jedná o krátkodobé uvolnění nahromaděné potenciální elektrické energie. Elektrický výboj pozorujeme při bouřce jako blesk. Elektrický oblouk Vysoká teplota znamená velkou kinetickou energii částic plynu, při jejichž nárazech může docházet k vyrážení elektronů z atomů nebo molekul. Elektrický proud v plynu za vysoké teploty se nazývá elektrický oblouk a je tvořen směsí elektronů a iontů. Vyznačuje se velmi jasným světelným zářením, které se využívá v obloukových lampách.Použití: využívá se při obloukovém svařování nebo v elektrických tavících pecích. Elektrický výboj za nízkého tlaku Snížením tlaku v plynu (vyčerpáním částic) dojde ke zvětšení střední volné dráhy částic plynu. Tím mohou částice dosáhnout větší rychlosti, a tedy kinetické energie dostatečné k ionizaci - vytrhávání elektronů z atomů a molekul plynu. Použití: v trubicích s vyčerpaným vzduchem (výbojové trubice, katodové trubice), případně naplněné nějakým plynem. Koróna - Eliášovo světlo Vznik v okolí hran, hrotů, tenkých vodičů (místa s velkou intenzitou el. pole snadná ionizace) Pozorovatelný na lodích na vrcholech stožárů
A už máme konec. Doufáme, že jsme Vám pomohli a ukázali, že fyzika může být i zábavná. Tak zase na viděnou při řešení dalších fyzikálních problémů.
COPYRIGHT 2007. JMÉNA A OBRÁZKY POUŽITÉ V TÉTO PREZENTACI JSOU CHRÁNĚNÁ AUTORSKÝM PRÁVEM. JAKÉKOLIV ŠÍŘENÍ BEZ VĚDOMÍ AUTORA JE TRESTNÉ.
Děkuji za pozornost
