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Propiedades eléctricas de las sustancias Conductores Semiconductores Dieléctricos Conducen bien la corriente eléctrica Estos incluyen metales, electrolitos, plasma... Los conductores más utilizados son Au, Ag, Cu, Al, Fe... Prácticamente no conducen la corriente eléctrica Estos incluyen plásticos, caucho , vidrio, porcelana, madera seca, papel... En términos de conductividad, ocupan una posición intermedia entre los conductores y los dieléctricos Si, Ge, Se, In, As. Diferentes sustancias tienen diferentes propiedades eléctricas, pero según la conductividad eléctrica pueden hacerlo. dividirse en 3 grupos principales: Sustancias
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La naturaleza de la corriente eléctrica en los metales La corriente eléctrica en los conductores metálicos no provoca ningún cambio en estos conductores, excepto su calentamiento. La concentración de electrones de conducción en un metal es muy alta: en orden de magnitud es igual al número de átomos por unidad de volumen del metal. Los electrones de los metales están en movimiento continuo. Su movimiento aleatorio se asemeja al movimiento de las moléculas de un gas ideal. Esto dio motivos para creer que los electrones de los metales forman una especie de gas de electrones. Pero la velocidad del movimiento aleatorio de los electrones en un metal es mucho mayor que la velocidad de las moléculas en un gas (es aproximadamente 105 m/s). Corriente eléctrica en metales.
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Experimento de Papaleksi-Mandelshtam Descripción del experimento: Objetivo: averiguar cuál es la conductividad de los metales. Instalación: bobina sobre varilla con contactos deslizantes, conectada a un galvanómetro. El curso del experimento: la bobina giraba a gran velocidad, luego se detenía bruscamente y se observaba que la aguja del galvanómetro retrocedía. Conclusión: la conductividad de los metales es electrónica. Corriente eléctrica en metales.
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Los metales tienen una estructura cristalina. En los nodos de la red cristalina hay iones positivos que realizan vibraciones térmicas cerca de la posición de equilibrio, y los electrones libres se mueven caóticamente en el espacio entre ellos. El campo eléctrico les imparte aceleración en la dirección opuesta a la dirección del vector de intensidad del campo. Por lo tanto, en un campo eléctrico, los electrones que se mueven aleatoriamente se desplazan en una dirección, es decir, moverse de manera ordenada. - - - - - - - - - - Corriente eléctrica en metales
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Dependencia de la resistencia del conductor de la temperatura A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistividad del conductor. El coeficiente de resistencia es igual al cambio relativo en la resistencia del conductor cuando se calienta en 1K. Corriente eléctrica en metales.
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Conductividad intrínseca de los semiconductores Conductividad de impurezas de los semiconductores Unión p – n y sus propiedades
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Semiconductores Los semiconductores son sustancias cuya resistividad disminuye al aumentar la temperatura. Conductividad intrínseca de los semiconductores Conductividad de impurezas de la unión p-n de los semiconductores y sus propiedades.
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Conductividad intrínseca de los semiconductores Consideremos la conductividad de los semiconductores basados en silicio Si El silicio es un elemento químico de 4 valencias. Cada átomo tiene 4 electrones en la capa externa de electrones, que se utilizan para formar enlaces electrónicos de pares (covalentes) con 4 átomos vecinos. En condiciones normales (bajas temperaturas), no hay partículas cargadas libres en los semiconductores, por lo que el semiconductor no. conducir corriente eléctrica Si Si Si Si Si - - - - - - - - Corriente eléctrica en semiconductores
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Consideremos los cambios en un semiconductor al aumentar la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la energía de los electrones aumenta y algunos de ellos abandonan los enlaces, convirtiéndose en electrones libres. En su lugar quedan cargas eléctricas no compensadas (partículas cargadas virtuales), llamadas agujeros. Si Si Si Si Si - - - - - - + hueco de electrón libre + + - - Corriente eléctrica en semiconductores
Diapositiva 13
Por tanto, la corriente eléctrica en los semiconductores representa el movimiento ordenado de electrones libres y partículas virtuales positivas: los huecos Dependencia de la resistencia de la temperatura R (Ohm) t (0C) metal R0 semiconductor A medida que aumenta la temperatura, aumenta el número de portadores de carga libres. la conductividad de los semiconductores aumenta y la resistencia disminuye. Corriente eléctrica en semiconductores.
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Impurezas donantes La conductividad intrínseca de los semiconductores es claramente insuficiente para la aplicación técnica de los semiconductores. Por lo tanto, para aumentar la conductividad, se introducen impurezas en los semiconductores puros (dopados), que son donadores y aceptores Si Si - - - As - - - Si - Si - - Al dopar silicio 4-valente Si con arsénico 5-valente As, se forma uno de los 5 electrones del arsénico queda libre. Como lo es un ion positivo. ¡No hay ningún agujero! Un semiconductor de este tipo se denomina semiconductor de tipo n; los principales portadores de carga son los electrones, y la impureza de arsénico que produce electrones libres se denomina impureza donante. Corriente eléctrica en semiconductores.
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Impurezas aceptoras Un semiconductor de este tipo se llama semiconductor tipo p, los principales portadores de carga son huecos y la impureza de indio que produce huecos se llama aceptor. Si el silicio está dopado con indio trivalente, entonces al indio le falta un electrón para formar enlaces con el silicio. es decir. Se forma un hueco. La base da electrones y huecos en igual número. Las impurezas son solo agujeros. Si - Si - In - - - + Si Si - - Corriente eléctrica en semiconductores
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Diapositiva 17
El agua destilada no conduce la electricidad. Sumerge un cristal de sal de mesa en agua destilada y, removiendo ligeramente el agua, cierra el circuito. Nos encontraremos con que se enciende la luz. Cuando la sal se disuelve en agua, aparecen portadores de carga eléctrica libres. Corriente eléctrica en líquidos.
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¿Cómo surgen los libres portadores de cargas eléctricas? Cuando un cristal se sumerge en agua, las moléculas de agua son atraídas por los iones de sodio positivos ubicados en la superficie del cristal por sus polos negativos. Para los iones de cloro negativos, las moléculas de agua giran en polos positivos. Corriente eléctrica en líquidos.
Diapositiva 19
La disociación electrolítica es la descomposición de moléculas en iones bajo la acción de un disolvente. Los únicos portadores de carga móvil en las soluciones son los iones. Un conductor líquido en el que sólo los iones son portadores de carga móviles se llama electrolito. Corriente eléctrica en líquidos.
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¿Cómo pasa la corriente a través del electrolito? Bajemos las placas al recipiente y conéctelas a una fuente de corriente. Estas placas se llaman electrodos. El cátodo es una placa conectada al polo negativo de la fuente. El ánodo es una placa conectada al polo positivo de la fuente. Corriente eléctrica en líquidos.
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Bajo la influencia de las fuerzas del campo eléctrico, los iones cargados positivamente se mueven hacia el cátodo y los iones negativos hacia el ánodo. En el ánodo, los iones negativos ceden los electrones sobrantes y en el cátodo, los iones positivos reciben los electrones faltantes. Corriente eléctrica en líquidos.
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Electrólisis En el cátodo y el ánodo se liberan sustancias que forman parte de la solución electrolítica. El paso de una corriente eléctrica a través de una solución electrolítica, acompañado de transformaciones químicas de la sustancia y su liberación sobre los electrodos, se llama electrólisis. Corriente eléctrica en líquidos.
Diapositiva 23
Ley de la electrólisis La masa m de la sustancia liberada sobre el electrodo es directamente proporcional a la carga Q que pasa a través del electrolito: m = kQ = kIt. Esta es la ley de la electrólisis. El valor de k se llama equivalente electroquímico. Los experimentos de Faraday demostraron que la masa de una sustancia liberada durante la electrólisis depende no sólo de la magnitud de la carga, sino también del tipo de sustancia. Corriente eléctrica en líquidos.
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Los gases en su estado normal son dieléctricos porque están formados por átomos y moléculas eléctricamente neutros y, por tanto, no conducen electricidad. Las propiedades aislantes de los gases se explican por el hecho de que los átomos y moléculas de los gases en su estado natural son partículas neutras y sin carga. De aquí queda claro que para que un gas sea conductor, es necesario de una forma u otra introducir o crear en él portadores de carga libres: partículas cargadas. En este caso, son posibles dos casos: o estas partículas cargadas se crean por la acción de algún factor externo o se introducen en el gas desde el exterior (conductividad no independiente), o se crean en el gas por la acción de un campo eléctrico. existente entre los electrodos: conductividad independiente. Corriente eléctrica en gases Corriente eléctrica en gases
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Sólo los gases ionizados que contienen electrones, iones positivos y negativos pueden ser conductores. La ionización es el proceso de separación de electrones de átomos y moléculas. La ionización se produce bajo la influencia de altas temperaturas y diversas radiaciones (rayos X, radioactivos, ultravioleta, rayos cósmicos), debido a la colisión de partículas rápidas o átomos con átomos y moléculas de gas. Los electrones e iones resultantes convierten al gas en un conductor de electricidad. Procesos de ionización: impacto electrónico ionización térmica fotoionización Corriente eléctrica en gases
Diapositiva 27
Tipos de descargas independientes Dependiendo de los procesos de formación de iones en la descarga a diferentes presiones de gas y voltajes aplicados a los electrodos, se distinguen varios tipos de descargas independientes: chispa incandescente arco de corona Corriente eléctrica en gases
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Descarga incandescente La descarga incandescente se produce a bajas presiones (en tubos de vacío). La descarga se caracteriza por una alta intensidad de campo eléctrico y una correspondiente gran caída de potencial cerca del cátodo. Se puede observar en un tubo de vidrio con electrodos metálicos planos soldados en los extremos. Cerca del cátodo hay una fina capa luminosa llamada película luminosa del cátodo Corriente eléctrica en los gases
Descripción de la presentación por diapositivas individuales:
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Descripción de la diapositiva:
Conductividad eléctrica de diversas sustancias. Conductividad electrónica de metales Realizada por Breder Anastasia Utsenitsa 10 clase “A”
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Descripción de la diapositiva:
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Descripción de la diapositiva:
Características de los conductores Un conductor es un cuerpo que conduce corriente eléctrica. Hay conductores del primer y segundo tipo. Todos los metales y sus aleaciones se clasifican como conductores del primer tipo. Soluciones acuosas de ácidos, sales y álcalis - segundo. Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, menos conduce corriente eléctrica y, a la inversa, al disminuir la temperatura, aumenta la conductividad. Los metales con alta conductividad se utilizan para cables, alambres y devanados de transformadores. Los metales y aleaciones de baja conductividad se utilizan en lámparas incandescentes, dispositivos de calefacción eléctrica y reóstatos. El principal parámetro que caracteriza a un conductor es la resistencia eléctrica. Se expresa como la relación entre la caída de tensión en el conductor y la corriente que fluye a través de él y depende de la temperatura ambiente. Un conductor que presenta poca resistencia se considera bueno. Por ejemplo, un conductor de aluminio con una sección transversal de 2,5 milímetros cuadrados deja pasar muchas menos partículas cargadas que un conductor de cobre con un diámetro de 2,5 milímetros cuadrados. Cuando pasa una corriente de 25 amperios (5,5 kilovatios) a través de cada uno, el conductor de cobre se calienta mucho, mientras que el conductor de aluminio se calienta tanto que derrite el aislamiento que lo rodea. En este caso, si no existe protección automática, se produce un cortocircuito.
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Descripción de la diapositiva:
Aplicación de conductores Los conductores se utilizan para poner a tierra instalaciones eléctricas. Las estructuras metálicas de estructuras y edificios se utilizan como conductores de puesta a tierra y conductores de tierra, manteniendo la continuidad y conductividad del circuito. Generalmente se utiliza acero para los conductores de puesta a tierra. Si en otros casos se necesitan puentes flexibles, se utiliza cobre. Los conductores también se pueden utilizar para la ecualización de potencial. Esto juega un papel especial en las naves ganaderas, donde casi siempre hay suelos húmedos y una gran cantidad de estructuras metálicas puestas a tierra de varios tipos. Los animales tocan superficies metálicas mientras están parados sobre una superficie húmeda, recibiendo así impulsos eléctricos. La ganadería se está volviendo ineficaz debido a la baja producción de leche de las vacas. Las consecuencias indeseables se evitan nivelando los potenciales de la superficie del piso y las estructuras metálicas mediante la colocación de conductores de acero redondos conectados a tierra. Los conductores se utilizan en un pararrayos para conducir el rayo al suelo de modo que no cause ningún daño. Existen conductores de alta resistividad que son resistentes a la oxidación. Estos materiales se utilizan en dispositivos de calefacción eléctrica; tienen una alta ductilidad y pueden estirarse hasta formar alambres finos y enrollarse en láminas. Uno de esos conductores es el aluminio.
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Descripción de la diapositiva:
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Descripción de la diapositiva:
La prueba experimental de que la corriente en los metales es creada por electrones libres la proporcionó en experimentos L.I. Mandelstam y N.D. Papaleksi (1912, los resultados no se publicaron), así como T. Stewart y R. Tolman (1916). Descubrieron que cuando una bobina que gira rápidamente se detiene repentinamente, surge una corriente eléctrica en el conductor de la bobina, creada por partículas cargadas negativamente: los electrones.
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Descripción de la diapositiva:
Movimiento de electrones en un metal Los electrones, bajo la influencia de una fuerza constante que actúa sobre ellos desde un campo eléctrico, adquieren una cierta velocidad de movimiento ordenado. Esta velocidad no aumenta más con el tiempo, porque Desde el lado de los iones de la red cristalina, una cierta fuerza de frenado actúa sobre los electrones. Esta fuerza es similar a la fuerza de arrastre que actúa sobre una piedra cuando se hunde en el agua. Es imposible construir una teoría cuantitativa satisfactoria del movimiento de los electrones en un metal basándose en las leyes de la mecánica clásica. El hecho es que las condiciones para el movimiento de los electrones en un metal son tales que la mecánica clásica de Newton no es aplicable para describir este movimiento.
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Descripción de la diapositiva:
Diapositiva 2
La corriente eléctrica puede fluir en cinco medios diferentes:
Metales Vacío Semiconductores Líquidos Gases
Diapositiva 3
Corriente eléctrica en metales:
La corriente eléctrica en los metales es el movimiento ordenado de electrones bajo la influencia de un campo eléctrico. Los experimentos muestran que cuando fluye corriente a través de un conductor metálico, no se transfiere ninguna sustancia y, por lo tanto, los iones metálicos no participan en la transferencia de carga eléctrica.
Diapositiva 4
Los experimentos de Tolman y Stewart aportan evidencia de que los metales tienen conductividad electrónica.
Una bobina con una gran cantidad de vueltas de alambre delgado se hizo girar rápidamente alrededor de su eje. Los extremos de la bobina se conectaron mediante cables flexibles a un sensible galvanómetro balístico G. La bobina desenrollada se frenó bruscamente y en el circuito surgió una corriente de corta duración debido a la inercia de los electrones.
Diapositiva 5
Conclusión: 1. Los portadores de carga en los metales son electrones;
2. el proceso de formación de portadores de carga: socialización de los electrones de valencia; 3.la intensidad de la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia del conductor: se cumple la ley de Ohm; 4. Aplicación técnica de la corriente eléctrica en metales: devanados de motores, transformadores, generadores, cableado interior de edificios, redes de transmisión de energía, cables eléctricos.
Diapositiva 6
Corriente eléctrica en el vacío.
El vacío es un gas muy enrarecido en el que el camino libre medio de una partícula es mayor que el tamaño del recipiente, es decir, la molécula vuela de una pared del recipiente a la otra sin chocar con otras moléculas. Como resultado, no hay portadores de carga libres en el vacío y no se produce corriente eléctrica. Para crear portadores de carga en el vacío se utiliza el fenómeno de la emisión termoiónica.
Diapositiva 7
La EMISIÓN TÉRMICA DE ELECTRONES es el fenómeno de “evaporación” de electrones de la superficie de un metal calentado.
Una espiral de metal recubierta con óxido metálico se lleva al vacío, se calienta con una corriente eléctrica (circuito incandescente) y los electrones se evaporan de la superficie de la espiral, cuyo movimiento se puede controlar mediante un campo eléctrico.
Diapositiva 8
La diapositiva muestra la inclusión de una lámpara de dos electrodos.
Esta lámpara se llama diodo de vacío.
Diapositiva 9
Este tubo de electrones se llama TRIODIO de vacío.
Tiene un tercer electrodo: una rejilla, cuyo signo de potencial controla el flujo de electrones.
Diapositiva 10
Conclusiones: 1. portadores de carga – electrones;
2. el proceso de formación de portadores de carga – emisión termoiónica; 3. No se cumple la ley de Ohm; 4.aplicación técnica: tubos de vacío (diodo, triodo), tubo de rayos catódicos.
Diapositiva 11
Corriente eléctrica en semiconductores.
Cuando se calientan o se iluminan, algunos electrones pueden moverse libremente dentro del cristal, de modo que cuando se aplica un campo eléctrico, se produce un movimiento direccional de los electrones. Los semiconductores son un cruce entre conductores y aislantes. Los semiconductores son sustancias sólidas cuya conductividad depende de las condiciones externas (principalmente calefacción e iluminación).
Diapositiva 12
A medida que disminuye la temperatura, disminuye la resistencia de los metales. En los semiconductores, por el contrario, la resistencia aumenta al disminuir la temperatura y cerca del cero absoluto se convierten prácticamente en aislantes.
Dependencia de la resistividad ρ de un semiconductor puro de la temperatura absoluta T.
Diapositiva 13
Conductividad intrínseca de los semiconductores.
Los átomos de germanio tienen cuatro electrones débilmente unidos en su capa exterior. Se les llama electrones de valencia. En una red cristalina, cada átomo está rodeado por sus cuatro vecinos más cercanos. El enlace entre átomos de un cristal de germanio es covalente, es decir, se realiza mediante pares de electrones de valencia. Cada electrón de valencia pertenece a dos átomos. Los electrones de valencia en un cristal de germanio están mucho más fuertemente unidos a los átomos que en los metales; Por tanto, la concentración de electrones de conducción a temperatura ambiente en los semiconductores es muchos órdenes de magnitud menor que en los metales. A temperatura cercana al cero absoluto en un cristal de germanio, todos los electrones están ocupados en la formación de enlaces. Un cristal así no conduce corriente eléctrica.
Diapositiva 14
Formación de un par electrón-hueco.
Al aumentar la temperatura o la iluminación, algunos de los electrones de valencia pueden recibir energía suficiente para romper los enlaces covalentes. Entonces aparecerán electrones libres (electrones de conducción) en el cristal. Al mismo tiempo, se forman vacantes en los lugares de ruptura de los enlaces, que no están ocupados por electrones. Estas vacantes se denominan "huecos".
Diapositiva 15
Conductividad de impurezas de semiconductores.
La conductividad de los semiconductores en presencia de impurezas se denomina conductividad de impurezas. Hay dos tipos de conductividad de impurezas: conductividad electrónica y conductividad de huecos.
Diapositiva 16
Conductividad electrónica y de huecos.
Si la impureza tiene una valencia mayor que la del semiconductor puro, entonces aparecen electrones libres. Conductividad: electrónica, impureza donante, semiconductor tipo n. Si la impureza tiene una valencia inferior a la del semiconductor puro, entonces aparecen roturas de enlaces (agujeros). La conductividad es un hueco, una impureza aceptora, un semiconductor tipo p.
Diapositiva 17
Conclusiones: 1. portadores de carga: electrones y huecos;
2. el proceso de formación de portadores de carga: calentamiento, iluminación o introducción de impurezas; 3. No se cumple la ley de Ohm; 4.aplicación técnica – electrónica.
Diapositiva 18
Corriente eléctrica en líquidos.
Los electrolitos se denominan comúnmente medios conductores en los que el flujo de corriente eléctrica va acompañado de la transferencia de materia. Los portadores de cargas libres en los electrolitos son iones con carga positiva y negativa. Los electrolitos son soluciones acuosas de ácidos, sales y álcalis inorgánicos.
Diapositiva 19
La resistencia de los electrolitos disminuye al aumentar la temperatura, ya que el número de iones aumenta al aumentar la temperatura.
Gráfico de resistencia del electrolito versus temperatura.
Diapositiva 20
Fenómeno de electrólisis
Esta es la liberación de sustancias incluidas en los electrolitos en los electrodos; los iones cargados positivamente (aniones) bajo la influencia de un campo eléctrico tienden al cátodo negativo, y los iones cargados negativamente (cationes) tienden al ánodo positivo. Los iones ceden electrones adicionales (reacción de oxidación). En el cátodo, los iones positivos reciben los electrones faltantes (reacción reductora).
Diapositiva 21
Leyes de electrólisis de Faraday.
Las leyes de la electrólisis determinan la masa de una sustancia liberada durante la electrólisis en el cátodo o ánodo durante todo el período de paso de la corriente eléctrica a través del electrolito. k es el equivalente electroquímico de una sustancia, numéricamente igual a la masa de la sustancia liberada sobre el electrodo cuando una carga de 1 C pasa a través del electrolito.
Diapositiva 22
Conclusión: 1. portadores de carga: iones positivos y negativos;
2. proceso de formación de portadores de carga – disociación electrolítica; Tres electrolitos obedecen la ley de Ohm; 4. Aplicación de la electrólisis: producción de metales no ferrosos (eliminación de impurezas - refinado) - producción de recubrimientos sobre metal (niquelado, cromado, dorado, plateado, etc.) - producción de recubrimientos pelables (relieve); copias).
Diapositiva 23
Corriente eléctrica en gases.
Carguemos el condensador y conectemos sus placas al electrómetro. La carga en las placas del capacitor permanece indefinidamente; no hay transferencia de carga de una placa del capacitor a otra. Por tanto, el aire entre las placas del condensador no conduce corriente.
En condiciones normales, ningún gas conduce corriente eléctrica. Calentamos ahora el aire en el espacio entre las placas del condensador introduciendo en él un quemador encendido. El electrómetro indicará la aparición de corriente, por lo que a altas temperaturas parte de las moléculas del gas neutro se descompone en iones positivos y negativos. Este fenómeno se llama ionización de gases.
Diapositiva 24
El paso de una corriente eléctrica a través de un gas se llama descarga.
La descarga que existe bajo la acción de un ionizador externo no es autosostenida. Si la acción del ionizador externo continúa, después de un cierto tiempo se establece la ionización interna (ionización por impacto de electrones) en el gas y la descarga se vuelve independiente.
Diapositiva 25
Tipos de autodescarga:
CHISPA RESPLANDOR CORONA ARCO
Diapositiva 26
Descarga de chispa
Con una intensidad de campo suficientemente alta (aproximadamente 3 MV/m), aparece una chispa eléctrica entre los electrodos, que tiene la apariencia de un canal de bobinado brillante que conecta ambos electrodos. El gas cerca de la chispa se calienta a una temperatura alta y de repente se expande, lo que provoca la aparición de ondas sonoras y escuchamos un crujido característico.
Diapositiva 27
Iluminación. Un fenómeno natural hermoso y peligroso, el rayo, es una descarga de chispas en la atmósfera.
Ya a mediados del siglo XVIII se sugirió que las nubes de tormenta transportaban grandes cargas eléctricas y que el relámpago era una chispa gigantesca, que no se diferenciaba excepto en tamaño de la chispa entre las bolas de una máquina eléctrica. Así lo señaló, por ejemplo, el físico y químico ruso Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711-1765), quien, entre otras cuestiones científicas, se ocupó de la electricidad atmosférica.
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Arco eléctrico (descarga de arco)
En 1802, el físico ruso V.V. Petrov (1761-1834) descubrió que si unes dos trozos de carbón a los polos de una batería eléctrica grande y, al poner en contacto los carbones, los separas ligeramente, se formará una llama brillante entre los extremos de los carbones, y Los extremos de las brasas se pondrán al rojo vivo y emitirán una luz cegadora.
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Referencias:
1. Kabardin O.F. Física: Referencia. materiales. Libro de texto manual para estudiantes. – 5ª ed., revisada. y adicional – M.: Educación, 2003. sitio web
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Presentación sobre el tema: “Corriente eléctrica en diversos medios”.
Realizada por Alisa Kravtsova, ML No. 1, Magnitogorsk, 2009.
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La corriente eléctrica puede fluir en cinco medios diferentes:
Metales Vacío Semiconductores Líquidos Gases
Diapositiva 3
Corriente eléctrica en metales:
La corriente eléctrica en los metales es el movimiento ordenado de electrones bajo la influencia de un campo eléctrico. Los experimentos muestran que cuando fluye corriente a través de un conductor metálico, no se transfiere ninguna sustancia y, por lo tanto, los iones metálicos no participan en la transferencia de carga eléctrica.
Diapositiva 4
Los experimentos de Tolman y Stewart aportan evidencia de que los metales tienen conductividad electrónica.
Una bobina con una gran cantidad de vueltas de alambre delgado se hizo girar rápidamente alrededor de su eje. Los extremos de la bobina se conectaron mediante cables flexibles a un sensible galvanómetro balístico G. La bobina desenrollada se frenó bruscamente y en el circuito surgió una corriente de corta duración debido a la inercia de los electrones.
Diapositiva 5
Conclusión: 1. Los portadores de carga en los metales son electrones;
2. el proceso de formación de portadores de carga: socialización de los electrones de valencia; 3.la intensidad de la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia del conductor: se cumple la ley de Ohm; 4. Aplicación técnica de la corriente eléctrica en metales: devanados de motores, transformadores, generadores, cableado interior de edificios, redes de transmisión de energía, cables eléctricos.
Diapositiva 6
Corriente eléctrica en el vacío.
El vacío es un gas muy enrarecido en el que el camino libre medio de una partícula es mayor que el tamaño del recipiente, es decir, la molécula vuela de una pared del recipiente a la otra sin chocar con otras moléculas. Como resultado, no hay portadores de carga libres en el vacío y no se produce corriente eléctrica. Para crear portadores de carga en el vacío se utiliza el fenómeno de la emisión termoiónica.
Diapositiva 7
La EMISIÓN TÉRMICA DE ELECTRONES es el fenómeno de “evaporación” de electrones de la superficie de un metal calentado.
Una espiral de metal recubierta con óxido metálico se lleva al vacío, se calienta con una corriente eléctrica (circuito incandescente) y los electrones se evaporan de la superficie de la espiral, cuyo movimiento se puede controlar mediante un campo eléctrico.
Diapositiva 8
La diapositiva muestra la inclusión de una lámpara de dos electrodos.
Esta lámpara se llama diodo de vacío.
Diapositiva 9
Este tubo de electrones se llama TRIODIO de vacío.
Tiene un tercer electrodo: una rejilla, cuyo signo de potencial controla el flujo de electrones.
Diapositiva 10
Conclusiones: 1. portadores de carga – electrones;
2. el proceso de formación de portadores de carga – emisión termoiónica; 3. No se cumple la ley de Ohm; 4.aplicación técnica: tubos de vacío (diodo, triodo), tubo de rayos catódicos.
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Corriente eléctrica en semiconductores.
Cuando se calientan o se iluminan, algunos electrones pueden moverse libremente dentro del cristal, de modo que cuando se aplica un campo eléctrico, se produce un movimiento direccional de los electrones. Los semiconductores son un cruce entre conductores y aislantes.
Los semiconductores son sustancias sólidas cuya conductividad depende de las condiciones externas (principalmente calefacción e iluminación).
Diapositiva 12
A medida que disminuye la temperatura, disminuye la resistencia de los metales. En los semiconductores, por el contrario, la resistencia aumenta al disminuir la temperatura y cerca del cero absoluto se convierten prácticamente en aislantes.
Dependencia de la resistividad ρ de un semiconductor puro de la temperatura absoluta T.
Diapositiva 13
Conductividad intrínseca de los semiconductores.
Los átomos de germanio tienen cuatro electrones débilmente unidos en su capa exterior. Se les llama electrones de valencia. En una red cristalina, cada átomo está rodeado por sus cuatro vecinos más cercanos. El enlace entre átomos de un cristal de germanio es covalente, es decir, se realiza mediante pares de electrones de valencia. Cada electrón de valencia pertenece a dos átomos. Los electrones de valencia en un cristal de germanio están mucho más fuertemente unidos a los átomos que en los metales; Por tanto, la concentración de electrones de conducción a temperatura ambiente en los semiconductores es muchos órdenes de magnitud menor que en los metales. A temperatura cercana al cero absoluto en un cristal de germanio, todos los electrones están ocupados en la formación de enlaces. Un cristal así no conduce corriente eléctrica.
Diapositiva 14
Formación de un par electrón-hueco.
Al aumentar la temperatura o la iluminación, algunos de los electrones de valencia pueden recibir energía suficiente para romper los enlaces covalentes. Entonces aparecerán electrones libres (electrones de conducción) en el cristal. Al mismo tiempo, se forman vacantes en los lugares de ruptura de los enlaces, que no están ocupados por electrones. Estas vacantes se denominan "huecos".
Diapositiva 15
Conductividad de impurezas de semiconductores.
La conductividad de los semiconductores en presencia de impurezas se denomina conductividad de impurezas. Hay dos tipos de conductividad de impurezas: conductividad electrónica y conductividad de huecos.
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Conductividad electrónica y de huecos.
Si la impureza tiene una valencia mayor que la del semiconductor puro, entonces aparecen electrones libres. Conductividad: electrónica, impureza donante, semiconductor tipo n.
Si la impureza tiene una valencia inferior a la del semiconductor puro, entonces aparecen roturas de enlaces (agujeros). La conductividad es un hueco, una impureza aceptora, un semiconductor tipo p.
Diapositiva 17
Conclusiones: 1. portadores de carga: electrones y huecos;
2. el proceso de formación de portadores de carga: calentamiento, iluminación o introducción de impurezas; 3. No se cumple la ley de Ohm; 4.aplicación técnica – electrónica.
Diapositiva 18
Corriente eléctrica en líquidos.
Los electrolitos se denominan comúnmente medios conductores en los que el flujo de corriente eléctrica va acompañado de la transferencia de materia. Los portadores de cargas libres en los electrolitos son iones con carga positiva y negativa. Los electrolitos son soluciones acuosas de ácidos, sales y álcalis inorgánicos.
Diapositiva 19
La resistencia de los electrolitos disminuye al aumentar la temperatura, ya que el número de iones aumenta al aumentar la temperatura.
Gráfico de resistencia del electrolito versus temperatura.
Diapositiva 20
Fenómeno de electrólisis
Se trata de la liberación sobre los electrodos de sustancias incluidas en los electrolitos; Los iones cargados positivamente (aniones) bajo la influencia de un campo eléctrico tienden al cátodo negativo, y los iones cargados negativamente (cationes) tienden al ánodo positivo. En el ánodo, los iones negativos ceden electrones adicionales (reacción de oxidación). En el cátodo, los iones positivos reciben los electrones faltantes (reacción de reducción).
Diapositiva 21
Leyes de electrólisis de Faraday.
Las leyes de la electrólisis determinan la masa de una sustancia liberada durante la electrólisis en el cátodo o ánodo durante todo el período de paso de la corriente eléctrica a través del electrolito.
k es el equivalente electroquímico de una sustancia, numéricamente igual a la masa de la sustancia liberada sobre el electrodo cuando una carga de 1 C pasa a través del electrolito.
Diapositiva 22
Conclusión: 1. portadores de carga: iones positivos y negativos;
2. el proceso de formación de portadores de carga: disociación electrolítica; Tres electrolitos obedecen la ley de Ohm; 4. Aplicación de la electrólisis: producción de metales no ferrosos (eliminación de impurezas - refinación); galvanoplastia: obtención de revestimientos sobre metal (niquelado, cromado, dorado, plateado, etc.); galvanoplastia: producción de recubrimientos pelables (copias en relieve).
Diapositiva 23
Corriente eléctrica en gases.
Carguemos el condensador y conectemos sus placas al electrómetro. La carga en las placas del capacitor permanece indefinidamente; no hay transferencia de carga de una placa del capacitor a otra. Por tanto, el aire entre las placas del condensador no conduce corriente. En condiciones normales, ningún gas conduce corriente eléctrica. Calentamos ahora el aire en el espacio entre las placas del condensador introduciendo en él un quemador encendido. El electrómetro indicará la aparición de corriente, por lo que a altas temperaturas parte de las moléculas del gas neutro se descompone en iones positivos y negativos. Este fenómeno se llama ionización de gases.