18 | 08 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3765
Просмотры материалов : 8803160

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Mail.Ru]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 57 гостей
  • 4 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Проводники, изоляторы, и поток электронов PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.06.2012 15:06

Проводники, изоляторы, и поток электронов

Электронов различных типов атомов, имеют различные степени свободы перемещения. С некоторыми типами материалов, таких как металлы, внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаться в пространстве между атомами, что материала не более, чем влияние комнатной температуры тепловой энергии. Поскольку это практически несвязанные электроны могут свободно покидать их атомов и плавают в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами.

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень мало свободы для перемещения. В то время как внешние силы, такие как физическое трение может заставить некоторых из этих электронов покинуть их атомов и передать атомы другого материала, они не перемещаются между атомами в том, что материал очень легко.

Эта относительная подвижность электронов в материале называют электрической проводимостью. Проводимость определяется типами атомов в материале (число протонов в ядре каждого атома, определяющая его химическая идентификация) и как атомы связаны друг с другом с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов), называются проводниками, а материалы с низкой подвижностью электронов (или почти нет свободных электронов) называют изоляторами.

Вот несколько распространенных примеров из проводников и изоляторов:



  • Дирижеры:
  • серебро
  • медь
  • золото
  • алюминий
  • железо
  • сталь
  • латунь
  • бронза
  • ртуть
  • графит
  • грязной воды
  • бетон



  • Изоляторы:
  • стекло
  • резиновый
  • нефть
  • асфальт
  • стекловолокно
  • фарфор
  • керамический
  • кварцевый
  • (Сухой) хлопок
  • (Сухой) бумага
  • (Сухой) древесины
  • пластик
  • воздух
  • алмаз
  • чистой воды



Следует понимать, что не все проводящие материалы имеют тот же уровень проводимости, и не все одинаково изоляторы устойчивы к электронным движением. Электропроводность аналогично прозрачность некоторых материалов к свету: материалы, которые легко "поведение" свет, называют "прозрачными", а те, которые не называются "непрозрачной". Однако, не все прозрачные материалы в равной степени способствующих света. Оконные стекла лучше, чем большинство пластиков, и, конечно, лучше, чем "чистый" из стекловолокна. Так же и с электрическими проводниками, некоторые лучше, чем другие.

Например, серебро является лучшим проводником в «проводников» список, предлагая облегчить прохождение электронов, чем любой другой материал, ссылки. Грязная вода и бетон, также перечислены в качестве проводников, но эти материалы значительно меньше, чем любой проводящий металл.

Следует также понимать, что некоторые материалы, происходят изменения их электрических свойств в различных условиях. Стекло, например, является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но и становится проводником при нагревании до очень высоких температур. Газов, таких как воздух, как правило, изоляционных материалов, а также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов стали беднее проводников при нагревании и более проводников при охлаждении. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимости) при экстремально низких температурах.

В то время как нормальное движение "свободных" электронов в проводнике случайно, без определенного направления или скорости, электроны могут влиять двигаться скоординировано с помощью проводящего материала. Это равномерное движение электронов, что мы называем электричеством, или электрический ток. Чтобы быть более точным, его можно назвать динамическим электричеством, в отличие от статического электричества, который является неподвижным накопления электрического заряда. Так же, как вода течет через пустоту трубы, электроны могут перемещаться в пустом пространстве и между атомами проводника. Проводник может оказаться твердой, чтобы наши глаза, но и любой материал, состоящий из атомов в основном пустое пространство! Жидкий поток аналогии настолько логично, что движение электронов по проводнику часто упоминается как "поток".

Примечательно, наблюдение может быть сделано здесь. Так как каждый электрон движется равномерно через проводник, она толкает на одного перед ним, так что все электроны движутся вместе как группа. Запуск и остановка потока электронов по длине проводящего пути практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительно аналогии в том, что из трубки, заполненной из конца в конец с шариками:

Трубка полной мрамора, так же как дирижер полно свободных электронов готов к перемещению по влиянию извне. Если один мрамор вдруг вставляется в этом полный тюбик с левой стороны, другая мрамора сразу же пытаются выйти из трубы справа. Хотя каждый мрамор только ездил на небольшом расстоянии, передача движения через трубку практически мгновенно от левого края до правого края, независимо от того, как долго трубки. С электричеством, общий эффект от одного конца проводника к другому происходит со скоростью света: быстрый 186000 миль в секунду! Каждый электрон, однако, проходит через проводник на гораздо более медленными темпами.

Если мы хотим электроны двигаться в определенном направлении в определенном месте, мы должны обеспечить правильный путь для них, чтобы двигаться, так же, как сантехник, необходимо установить трубы, чтобы получить воду течь туда, где он или она хочет, чтобы течь. Чтобы облегчить эту задачу, провода из высокой проводимостью металлов, таких как медь и алюминий в различных размерах.

Помните, что электроны могут протекать только тогда, когда они имеют возможность перемещаться в пространстве между атомами вещества. Это означает, что не может быть электрический ток только тогда, когда существует непрерывный путь из проводящего материала предоставление проводником электронов путешествовать. На мраморных аналогии, мрамор может протекать в левой части трубки (и, следовательно, через трубку), если и только если труба открыта на правой стороне для мрамора вытекать. Если трубка заблокированы на правой стороне, мрамора будет только "накапливать" в трубке, и мрамор "поток" не произойдет. То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требуется ли непрерывный путь, чтобы разрешить этим потоком. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкий, сплошной линией (как показано выше) является обычным символом непрерывного кусок проволоки. Поскольку провод состоит из проводящего материала, такие как медь, составляющих его атомов есть много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проводам. Тем не менее, никогда не будет непрерывным или равномерным потоком электронов в этот провод, если они имеют место, чтобы пришли и место, чтобы пойти. Давайте добавим гипотетический электрон "Источник" и "Destination"

Теперь, когда источник электронов нажатием новых электронов в проводе с левой стороны, поток электронов через провод может произойти (как указано стрелками слева направо). Тем не менее, поток будет прерван, если проводящий путь образованного проволокой нарушается:

С воздуха изоляционный материал, а воздушный зазор отделяет два куска провода, некогда непрерывный путь в настоящее время нарушена, и электроны не могут поступать от источника к получателю. Это как сокращение водопровода в двух и укупорки от сломанной концы трубы: вода не может течь, если нет выхода из трубы. В электрических условия, у нас было состояние электрической цепи, когда провод был в одной части, и теперь, когда преемственность нарушена с проводом вырезать и разошлись.

Если мы возьмем другой кусок провода, ведущие к назначения и просто сделать физический контакт с проводом, ведущих к Источнику, мы бы снова иметь непрерывный путь для электронов в потоке. Две точки на диаграмме указывают физические (металл-металл), контакт между проводом частей:

Теперь у нас есть преемственность от источника, новоиспеченный связи, вниз, вправо, и до назначения. Это аналогично тому, поставив "тройник" установка в одном из крышками, с трубами и направлять воду через новый сегмент трубы к месту назначения. Пожалуйста, обратите внимание, что сломанный сегмент провода на правой стороне не электроны, протекающий через него, потому что она больше не является частью полного пути от источника к месту назначения.

Интересно отметить, что нет "износа" происходит в проводах благодаря этому электрический ток, в отличие от водопропускных труб, которые со временем коррозии и носят длительный потоков. Электроны сталкиваются с той или иной степени трения, поскольку они двигаются, тем не менее, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы будем изучать более детально позже.

  • ОБЗОР:
  • В проводящих материалов, внешних электронов в каждом атоме может легко прийти или уйти, и называются свободными электронами.
  • В изоляционных материалов, внешние электроны не так свободно двигаться.
  • Все металлы являются электрически проводящими.
  • Динамическое электричество, или электрический ток, является равномерное движение электронов через проводник.
  • Статическое электричество неподвижный (если на изоляторе), накопленный заряд образуется либо избыток или недостаток электронов в объекте. Как правило, образованные разделения зарядов на контакт и разделение разнородных материалов.
  • Для электронов течь непрерывно (до бесконечности) через проводник, должна быть полной, непрерывный путь для них, чтобы двигаться как в и из этого проводника.
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья