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.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