Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Проводит ли лед электрический ток

Проводит ли лед электрический ток

Электропроводность льда была определена Джонстоном в 1912 г. Согласно его данным она равна при Т=-10° С и изменяется с изменением температуры по закону Аррениуса.

В связи с обнаружением электропроводности льда встал вопрос о природе носителей заряда: электроны или ионы. Работы Воркмана (1954) и Декроля (1957) показали, что проводимость кристалла льда ионная по крайней мере при высоких температурах.

Ионные дефекты кристалла определяют электропроводность льда, как было показано в работах Бьеррума (1952), Эйгена и Майер (1958) и Эйгена (1964).

В более поздних работах (Риль, 1966 и Джаккард, 1967) были предприняты меры, позволяющие разделить объемную и поверхностную проводимости во льду По их данным при объемная проводимость льда I на порядок меньше вышеприведенного значения и составляет Поверхностная проводимость льда, как

и многие другие свойства поверхности, зависит от температуры немонотонно. Так, от до поверхностная проводимость льда велика и составляет В этом интервале температур поверхность льда покрыта слоем воды, который и определяет поверхностные свойства кристалла. При более низких температурах поверхностная проводимость приобретает значения, близкие к объемной проводимости кристалла.

Так как электропроводность определяется двумя факторами, а именно подвижностью носителей зарядов и их числом, то следующий этап исследования состоял в разделении этих переменных. Реакция диссоциации молекулы воды на ионы и подвижности водных ионов во льду и воде были изучены в работе Эйгена и Майер (1964). К тонкому кристаллическому образцу прилагалось электрическое поле такой величины, чтобы все заряды, которые образуются в образце, достигали электродов (измерялся ток насыщения). Величина тока насыщения в первом приближении пропорциональна константе скорости диссоциации молекулы на ионы и объему образца. Константу скорости рекомбинации они определили методом нарушения равновесия процесса диссоциации мощным электрическим импульсом, имеющим амплитуду 50—150 кв/см

и длительность сек. Проведя измерения и принимая во внимание, что они вычислили Комбинируя данные относительно тока насыщения и электропроводности, они определили подвижность носителей заряда как что существенно выше, чем значение подвижности одновалентных ионов при прочих равных условиях. Более поздние работы школы Мунича (Бальмер 1969), выполненные с системой охранных колец при электродах, которая позволяет устранить поверхностные эффекты, показали, что константа скорости диссоциации молекулы воды во льду I (молекулы в объеме) в три раза меньше, чем значение аналогичной величины, полученное Эйгеном. Для подвижности носителей заряда эти авторы получили значение сек, которое все еще несколько выше значения подвижности одновалентного иона. Анализ температурной зависимости указывает на то, что подвижность носителей заряда во льду слегка возрастает с уменьшением температуры, а энергия активации этого процесса мала и отрицательна.

Измерение подвижности водных ионов из эффекта Холла во льду осложнено малой величиной их подвижности и эффектами электродной поляризации.

Основные результаты относительно свойств дефектов кристалла льда I и электропроводности представлены в табл. 18 и 19.

Таблица 18 Свойства дефектов во льду I при

Таблица 19 (см. скан) Свойства льда при обусловленные диссоциацией молекул воды на ноны (Эйген и др., 1964) — I (Бальмер и др., 1969) — II

Большая величина подвижности носителя заряда во льду и отрицательная энергия активации этого процесса свидетельствуют в пользу того, что во льду имеет место какой-то особый механизм движения водных ионов. Все подходы к решению проблемы подвижности водных ионов во льду основывались до сих пор на данных старой работы Эйгена и Майер и в связи с этим представляют скорее исторический интерес.

Механизм туннельного движения протона по системе водородных связей во льду I был подробно рассмотрен в обзоре Конуэя (1967). При этом предполагалось, что ионные дефекты и перемещаются по решетке кристалла путем туннельных переходов до тех пор, пока они не рекомбинируют. Однако это предположение находится в противоречии с экспериментами Куна и Тюркауфа (1958), Орра и Батлера (1935) по самодиффузии молекул во льду Эти работы показали, что коэффициент самодиффузии молекул одинаков при Но это может быть только в том случае, если молекулы в кристалле льда диффундируют как целые молекулы или группы. Это обстоятельство исключает возможность объединенной совместной диффузии по структуре кристалла ионных дефектов.

Я. И. Френкель (1945) высказывал предположение, что в кристаллах помимо коллективного перемещения атомов и молекул по решетке возможно движение ионов и молекул по каналам кристаллической структуры. Возможность такого механизма движения иона во льду I была рассмотрена (Зацепина, 1969). Как было уже сказано, пустоты канала гексагонального льда допускают движение по ним частиц радиуса 1,2 А. Таким образом, как ионы, так и ионы (ионы имеют радиус (Конуэй, 1968)) могут двигаться по каналам в структуре льда со средней скоростью, определяемой энергией теплового движения. При своем движении ион рассеивается на каркасе, но движение его продолжается до тех пор, пока он случайно не столкнется, с ионом противоположного знака и не произойдет рекомбинация. В результате проведенных оценок было получено значение для константы скорости диссоциации сек,

которое вполне согласуется с экспериментом в пределах точности расчета. Такой механизм движения ионов во льду не противоречит данным по коэффициентам самодиффузии молекул воды.

Большая подвижность водных ионов во льду по сравнению с чужеродными ионами, как это хорошо видно из табл. 20,.

Таблица 20 Подвижность носителей зарядов в растворе

дала основание Эйгену классифицировать лед как «протонный» полупроводник. Экспериментально выпрямляющие свойства растущего кристалла льда были обнаружены Воркманом и Рейнольдсом (1950). Они замораживали водный раствор где концентрация растворенного вещества составляла моля, и обнаружили, что слой льда толщиной

1 см выпрямляет переменный ток от 2 до

Растущий кристалл льда избирательно сорбирует ионы, большую часть которых он оттесняет в жидкую фазу. Следствием избирательной сорбции ионов в районе концентраций примесей моля при медленной скорости роста кристалла см/сек являются большие разности потенциалов, которые возникают между твердой и жидкой фазой в процессе роста кристалла. Эта разность потенциалов для раствора при концентрации соли моля составляет в. Впервые этот эффект был обнаружен и описан Воркманом и Рейнольдсом в 1950 г. Когда концентрации примесей в воде не превышают моля, твердая фаза, как правило, заряжена положительно по отношению к жидкой, за исключением растворов фторидов.

Такие большие значения разности потенциалов между твердой растущей фазой и жидкой водой не могут быть согласованы с узкими зонами распределения зарядов на границе кристалл — жидкость. Это связано с тем, что разрыв даже ковалентных связей и разделение зарядов путем такого процесса привел бы к наибольшему значению возникающего потенциала порядка десятых или единиц вольта. Тем более такой процесс не может определяться разрывом водородных связей на границе раздела. В процессе кристаллизации имеет

место нейтрализация ионов так как их концентрация в твердой фазе на три порядка меньше, чем в жидкой фазе В связи с этим на границе раздела возникает градиент концентраций ионов подвижность которых различна как в жидкой, так и в твердой фазе.

Переходный слой лед — вода имеет аномально большую толщину, сотни ангстрем и обладает различной сорбционной способностью по отношению к различным ионам.

Кроме того разные ионы обладают разными коэффициентами диффузии внутри кристалла.

Все перечисленные эффекты играют определенную роль в эффекте Воркмана — Рейнольдса, весьма интересном кинетическом феномене. Поскольку такого рода процессы могут иметь место и в аксоне и в миофибрилле, мы можем представить себе механизм возникновения биоэлектрических феноменов как следствие движения фазовой границы (Зацепина, 1967).

ПРОВОДИТ ЛИ ЭБОНИТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Эбонит – один из наиболее востребованных поделочных и конструкционных материалов. Он изготавливается из натурального каучука путем вулканизации в присутствии небольшого количества серы. Эбонит достаточно часто используют как заменитель кости, рога и поделочных камней, и применяют для изготовления ножей, мундштуков, различных сувениров, а также браслетов, колец и т.д.

Благодаря такому широкому применению этого материала в бытовых целях, очень важно знать, можно ли использовать материал в электричестве и проводит ли эбонит электрический ток. Этот вопрос мы и рассмотрим далее.

Эбонит – это проводник или диэлектрик?

Как известно, все материалы делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. При этом такое деление является достаточно условным, так как возможность протекания электрического в телах зависит не только от вида вещества, но и от условий окружающей среды, агрегатного состояния, наличия примесей и множества других факторов.

Поэтому чаще всего деление веществ на проводники и диэлектрики принято проводить по величине удельного электрического сопротивления:

  • Для проводников это значение составляет ρ 108 Ом·м.

Полупроводники занимают среднее положение между этими двумя классами и обладают удельным электрическим сопротивлением, равным 10−5 – 108 Ом·м. Однако такое разделение не позволяет точно определить, проводит при данных условиях материал электрический ток или нет.

Понять является ли то или иное вещество проводником, изучив его физические свойства и поведение в электрическом поле. Поэтому, чтобы определить, проводит ли эбонит электрический ток или нет, рассмотрим физические свойства эбонита, а также его поведение в электростатическом поле.

Как определить, проводит ли ток эбонит?

Согласно справочной литературы эбонит обладает следующими физико-механическими свойствами:

  • Плотность материала равна 1,15–1,68 г/см³;
  • Прочность эбонита при растяжении – 52–67 МН/м²;
  • Удельное электрическое сопротивление составляет 1014 –1015 Ом⋅см.

Нас будет интересовать именно удельное сопротивление, так как оно определяет способность эбонита пропускать через себя электрический ток, то есть его электропроводность.

Электропроводность эбонита обратно пропорциональна его удельному электрическому сопротивлению и имеет значения порядка 10–15 –10–14 См. Следовательно, эбонит практически не проводит ток и является диэлектриком с высокими электроизоляционными свойствами.

Также это утверждение можно проверить опытным путем, включив эбонитовое изделие в электрическую цепь. В результате этого эксперимента цепь окажется разомкнутой и ток в ней протекать не будет.

Кроме того, эбонит в электростатических полях поляризуется, что говорит о его принадлежности к диэлектрикам. Это явление подтверждается опытами Фарадея и Франклина. В бытовых условиях также можно проверить данное утверждение. Достаточно потереть изделие из эбонита о кусок шерстяной ткани. В результате трения на поверхности эбонита накапливается отрицательный заряд, то есть происходит поляризация материала. Следовательно, эбонит – диэлектрик, а значит, он не проводит электричество.

Таким образом, проверить, проводит ли эбонит электричество, можно даже в домашних условиях. Для этого достаточно внимательно изучить физические свойства материала и провести опыт с поляризацией тела. Если вещество поляризуется (накапливает на поверхности статический заряд) и обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, то оно является диэлектриком, в противном случае – проводником.

электрические свойства снега

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СНЕГА

Совокупность характеристик, от которых зависит способность снега создавать, удерживать и проводить электрические заряды и электромагнитные поля. Э. с. с. имеют значение при прокладке кабелей ЛЭП в снежном покрове, заземлении энергетических установок, решении проблемы прочности изоляторов и т. п. Их используют при создании приборов для измерения влажности и некоторых других характеристик снега. Э. с. с. зависят от его напряженного состояния, что может быть использовано, напр., для оценки ла винной опасности.

Э. с. с. начали изучать сравнительно недавно, имеющиеся опытные данные нередко противоречивы. Э. с. с. являются функциями температуры, плотности, фазового состояния и структуры снега, а также частоты электромагнитных волн. Электропроводность снега настолько низка, что по сухому снежному покрову можно прокладывать обнаженный проводник. Электрическое сопротивление R снега в сухом состоянии очень велико и с понижением температуры возрастает: по данным М. Коппа [268], в диапазоне плотности снега от 100 до 600 кг/м 3 при изменении температуры от 0 до —60°С его величина R возрастает на два порядка.

Читать еще:  Пошаговые инструкции по каждому из видов отделки проема двери

Снег, представляя собой совокупность ледяных частиц с промежутками, заполненными воздухом и влагой, фактически состоит из смеси этих веществ, обладающих следующими примерными значениями R для постоянного тока: талая вода (1-4-4)-10 4 Ом-м, воздух у поверхности земли (0,5ч- 1)-10 14 Ом-м, чистый лед 10 е -4- 10 7 Ом-м. Чем меньше плотность снега, тем больше R, т. к. сказывается влияние воздушных промежутков. Кроме того, при прохождении электрического тока через снежный покров на всех поверхностях раздела фаз в снеге возникает поляризация, из-за которой значение R возрастает. Для постоянного тока R сухого снега разной плотности р при температуре —30°С изменяется, согласно М. Коппу, следующим образом:

с кг/м 3 . 570 390 180 130

R Ом-м . . . 2-10 7 5-10« 5.10 9 1,3-10*°

По мере увеличения влажности снега его электрическое сопротивление быстро падает. Получена следующая связь влажности w, плотности р и электрического сопротивления снега R для постоянного тока при температуре, близкой к 0°С:

W % 5 10 15 20 25

О кг/м 1 200 360 420 460 480

R Ом-м 1.7- 10 е 2,2-10« 10′ 7-10 4 5-10 4

У тающего снега значение R сохраняется около 10 4 Ом-м, что на один-два порядка меньше удельного сопротивления воды из полностью растаявшего снега. Это объясняется повышением концентрации солей в жидкой фазе в начале таяния и постепенным ее понижением при продолжении таяния. Влияние примесей в снежном покрове на Э. с. с. исследовано недостаточно. Наблюдаемые пробои изоляторов ЛЭП связаны с отложением снега на их ребрах во время метелей, особенно при температурах воздуха, близких к 0°С.

Малая электропроводность снежного покрова позволяет относить его к диэлектрикам, важнейшей характеристикой которых является диэлектрическая проницаемость — реакция на электрическое поле. Относительная диэлектрическая проницаемость снега характеризуется безразмерным коэф. е, представляющим собой отношение емкостных сопротивлений конденсатора в снеге и в вакууме. Этот коэф. изменяется в широком диапазоне, т. к. снег — диэлектрик с существенно меняющимися электрическими свойствами. Относительная диэлектрическая проницаемость сне га, наряду с проводимостью и коэф. потерь, служит важнейшей физической характеристикой снега, необходимой при изучении снежного покрова методами радиоиитроскопии.

Хорошо известна метелевая электризация снега, которая возникает при электризации снежинок во время метелей и иногда приводит к электрическим разрядам в воздухе, сопровождающимся фиолетово-голубым свечением. Сильные поземки сухого снега могут вызвать свечение остроконечных предметов. Эти явления оказывают влияние на прочность электрической изоляции и качество проводной и беспроводной связи. Электризация движущегося снега возможна при сходе лавин, ночью она иногда вызывает голубовато-белое свечение движущейся массы снега.

От пожара спасет. бензин

КОМПАНИИ И РЫНКИ

ОТ ПОЖАРА СПАСЕТ. БЕНЗИН

ЛЮБИТЕЛЯМ ЕЗДИТЬ С ПОЛУПУСТЫМ БАКОМ ПОСВЯЩАЕТСЯ.

ТЕКСТ / ДМИТРИЙ ЕРЫГИН

Электробензонасос — удивительное создание, почти как жираф в зоопарке. Пока не увидишь — не поверишь, что такое может быть. Действительно, коллекторный электромотор целиком погружается в бензин и спокойно себе крутится — без пожаров, взрывов и прочих «чэпэ». А мы с вами пользуемся его услугами и ездим на впрысковых автомобилях, в том числе на «волгах».

В общем-то, ничего странного. Во-первых, бензин не проводит ток, а, во-вторых, поджечь его без воздуха теоретически невозможно. Однако если вспомнить, что при полупустом баке насос периодически «глотает» воздух, то в голову могут прийти нехорошие мысли.

Основания для беспокойства есть. Бензобаки почти всех отечественных впрысковых автомобилей имеют плоское днище, при этом зазор между топливозаборником и донышком из-за всевозможных технологических погрешностей и конструкторских недоработок иногда достигает 30 мм. Поэтому при торможении, разгоне, а особенно при поворотах наступают моменты бензинового голодания насоса. На практике кратковременные перерывы в подаче топлива начинаются у некоторых моделей уже с половины от уровня бака. А если вы любите вырабатывать бензин до «нуля», то есть постоянно «ездить на лампочке», то. Вот и давайте разберемся, что грозит в этом случае.

Цель экспертизы звучит длинно и угрожающе — «оценить возможность воспламенения и взрыва паров бензина внутри электробензонасосов системы впрыска при их работе, а также определить ресурс в экстремальных условиях бензинового голодания». Что ж, попробуем. Для испытаний берем два электробензонасоса от «Волги» GAZ 3110 с двигателем ЗМЗ-406: 50.1139 производства СОАТЭ (Старый Оскол) и 18.3780 производства ТАТЭ (Тюмень). У «Волги» бак большой, да и расположен он горизонтально — значит, колебания уровня топлива особенно при этом заметны.

Испытания вели по двум основным направлениям.

1. Искробезопасность электрических

цепей питания электробензонасосов

Электронасос 50.1139. Искробезопасен при значении тока. не более 0,5 А! Ничего себе шуточки — ведь рабочий ток изделия вдесятеро больше и составляет примерно 5 А! Шунтирование электродвигателя диодом позволило увеличить значение «безопасного» тока до 1,2 А, но это все равно не Рио-де Жанейро.

Электронасос 18.3780. Искробезопасен при значении тока 0,4 А. Очень приятно, но при таком токе насос не проворачивается даже без топлива. Рабочие токи изделия — около 5 А.

Предварительные безрадостные выводы: электрические цепи обоих насосов искроопасны как в рабочем режиме питания, так и при коротком замыкании линии питания. Электрические разряды, возникающие при аварийной коммутации этих цепей, способны воспламенить бензиновую паровоздушную смесь в горючей концентрации.

В общем-то, первого вывода уже достаточно для того, чтобы подумать, а стоит ли менять «карбюратор на инжектор», но доведем дело до конца. Оценим ресурс насосов при работе в парах бензина.

2. Воспламенение и взрыв паров

бензина внутри корпуса насоса

от электрических разрядов,

возникающих при коммутации

а также от нагретых поверхностей.

Электронасос 50.1139. При напряжении питания 13,2 В ток потребления составлял 5,2 А. Спустя пять минут после начала эксперимента насос перестал качать смесь. Еще через 7 минут электродвигатель встал, при этом ток в цепи возрос до 11,9 А. Корпус насоса стал усиленно нагреваться, и температура корпуса превысила 230°С, что, вероятно, приведет к воспламенению паров бензина. Вскрытие показало, что у насоса срезана приводная муфта, выплавилась упорная шайба ротора, которая заклинила ротор в статоре (фото 3–6).

Электронасос 18.3780. При напряжении питания 13,2 В потребляемый ток равен 4,53 А. Через 16 минут после начала эксперимента появился шум, свидетельствующий о ненормальной работе бензонасоса, при этом ток возрос до 10,5 А. Через шесть минут насос сдох. Разрушилась соединительная муфта, и потребляемый ток электродвигателя снизился до 1,24 А (двигатель начал крутиться вхолостую). Затем электромотор проработал во взрывоопасной среде еще 460 минут. На последней внутри оболочки бензонасоса произошел взрыв с последующим выходом открытого пламени. Горение было остановлено только после прекращения подачи смеси и снятия электропитания. Повреждения: прорвана сетка фильтра, поврежден насос и сломана муфта привода насоса.

Пора делать окончательные безрадостные выводы. Исправно работающие электробензонасосы системы впрыска типа 50.1139 и 18.3780 особых неприятностей не сулят — смесь не воспламеняется, корпуса не греются. Однако при отклонениях от нормы (читай — при работе «всухомятку») возможны серьезные неприятности: электрические цепи их питания искроопасны и реально способны воспламенить пары бензина, когда насос начинает «хватать воздух».

Отказ электронасосов, сопровождающийся заклиниванием электродвигателя, может привести к разогреву корпуса до температуры самовоспламенения паров бензина. Ток короткого замыкания насоса 50.1139 составляет 11,9 А, а у предохранителя, защищающего эту цепь, номинал 15 А. Отсюда вывод: если вовремя не выключить зажигание, то придется менять, как минимум, жгут проводки. Кстати, самым живучим в насосе является электродвигатель — его ресурс в режиме «Ихтиандр на берегу» составляет от 12 до 460 минут, но сам насос к этому времени давно перестает исполнять свои обязанности.

Хочется что-то посоветовать, и в первую очередь — владельцам впрысковых «волг». А что тут скажешь, кроме банального «не ездите с полупустым баком»? И прислушивайтесь к «голосу» насоса — вполне возможно, что он уже стонет.

Изготовитель / СОАТЭ, Старый Оскол

Цена / около 900 руб.

Изготовитель / ТАТЭ, Тюмень

Цена / около 1000 руб.

Для справки. Испытания проводились по ГОСТ Р 51330.10–99. Использовали взрывную камеру, заполняемую испытательной взрывоопасной смесью. Коммутация цепи осуществлялась стандартным искрообразующим механизмом МЭК.

Для справки. В качестве испытательной взрывоопасной смеси

использовалась активизированная водородно-кислородная смесь.

Насос 50.1139 имеет разборную конструкцию.

Насос 18.3780 после вскрытия: комплект деталей.

Насос 50.1139. Видны остатки соединительной муфты и упорного кольца.

Насос 50.1139. Видны остатки соединительной муфты и упорного кольца.

Насос 18.3780: ротор электродвигателя с насосом (видна сломанная соединительная муфта).

Порванная сетка бензонасоса 18.3780.

Вскрытие показало, что насос 50.1139 не погиб окончательно, а лишь слегка «подклинил».

Классификация материалов по отношению к способности проводить электрический ток

При появлении в нашей жизни электричества, мало кто знал о его свойствах и параметрах, и в качестве проводников использовали различные материалы, было заметно, что при одной и той же величине напряжения источника тока на потребителе было разное значение напряжения. Было понятно, что на это влияет вид материала применяемого в качестве проводника. Когда ученные занялись вопросом по изучению этой проблемы они пришли к выводу, что в материале носителями заряда являются электроны. И способность проводить электрический ток обосабливается наличием свободных электронов в материале. Было выяснено, что у некоторых материалов этих электронов большое количество, а у других их вообще нет. Таким образом существуют материалы, которые хорошо проводят электрический ток, а некоторые не обладают такой способностью.
Исходя из всего выше сказанного, все материалы поделились на три группы:

  • проводники;
  • полупроводники;
  • диэлектрики;

Каждая из групп нашла широкое применение в электротехнике.

Проводники

Проводниками являются материалы, которые хорошо проводят электрический ток, их применяют для изготовления проводов, кабельной продукции, контактных групп, обмоток, шин, токопроводящих жил и дорожек. Подавляющее большинство электрических устройств и аппаратов выполнена на основе проводниковых материалов. Мало того, скажу, что вся электроэнергетика не могла б существовать не будь этих веществ. В группу проводников входят все металлы, некоторые жидкости и газы.

Так же стоит упомянуть, что среди проводников есть супер проводники, сопротивление которых практически равно нулю, такие материалы очень редки и дороги. И проводники с высоким сопротивлением — вольфрам, молибден, нихром и т.д. Такие материалы используют для изготовления резисторов, нагревательных элементов и спиралей осветительных ламп.

Но львиная доля в электротехнической сфере принадлежит рядовым проводникам: медь, серебро, алюминий, сталь, различные сплавы этих металлов. Эти материалы нашли самое широкое и огромное применение в электротехнике, особенно это касается меди и алюминия, так как они сравнительно дешевы, и их применение в качестве проводников электрического тока наиболее целесообразно. Даже медь ограничена в своем использовании, её применяют в качестве обмоточных проводов, многожильных кабелях, и более ответственных устройствах, еще реже встречаются медные шинопроводы. А вот алюминий считается королем среди проводников электрического тока, пускай он обладает более высоким удельным сопротивлением чем медь, но это компенсируется его весьма низкой стоимостью и устойчивостью к коррозии. Он широко применяется в электроснабжении, в кабельной продукции, в воздушных линиях, шинопроводах, обычных проводах и т.д.

Полупроводники

Полупроводники, что-то среднее между проводниками и полупроводниками. Главной их особенностью является их зависимость проводить электрический ток от внешних условий. Ключевым условием является, наличие различных примесей в материале, которые как раз-таки обеспечивают возможность проводить электрический ток. Так же при определенной компоновку двух полупроводниковых материалов. На основе этих материалов на данный момент, произведено множество полупроводниковых устройств: диоды, светодиоды, транзисторы, семисторы, тиристоры, стабисторы, различные микросхемы. Существует целая наука, посвященная полупроводникам и устройствам на их основе: электронная техника. Все компьютеры, мобильные устройства. Да что там говорить, практически вся наша техника содержит в себе полупроводниковые элементы.

К полупроводниковым материалам относят: кремний, германий, графит, гр афен, индий и т.д.

Диэлектрики

Ну и последняя группа материалов, это диэлектрики, вещества не способные проводить электрический ток. К таким материалам относят: дерево, бумага, воздух, масло, керамика, стекло, пластмассы, полиэтилен, поливинилхлорид, резина и т.д. Диэлектрики получили широкое применение благодаря своим качествам. Их применяют в качестве изолирующего материала. Они предохраняют соприкосновение двух токоведущих частей, не допускают прямого прикосновения человека с этими частями. Роль диэлектриком в электротехнике не менее важна чем роль проводников, так как обеспечивают стабильную, безопасную работу всех электротехнических и электронных устройств. У всех диэлектриков существует предел, до которого они не способны проводить электрический ток, его называют пробивным напряжением. Это такой показатель, при котором диэлектрик начинает пропускать электрический ток, при этом происходит выделение тепла и разрушение самого диэлектрика. Это значение пробивного напряжения для каждого диэлектрического материала разное и приведено в справочных материалах. Чем он выше, тем лучше, надежней считается диэлектрик.

Параметром, характеризующим способность проводить электрический ток является удельное сопротивление R, единица измерения [Ом] и проводимость, величина обратная сопротивлению. Чем выше этот параметр, тем хуже материал проводит электрический ток. У проводников он равен от нескольких десятых, до сотен Ом. У диэлектриков сопротивление достигает десятков миллионов ом.

Все три вида материалов нашли широкое применение в электроэнергетике и электротехнике. А так же тесно взаимосвязаны друг с другом.

Электрические свойства снега и льда

Великий русский ученый М.В. Ломоносов первым оценил особые электрические свойства льда. В результате опытов по электризации льда он установил, что из него «выскакивает огонь с треском, буде он (лед) не имеет в себе воздушных пузырьков и по бокам не мокр. Им можно зажечь нефть». Способность льда при натирании наэлектризовываться некоторые ученые XVIII века пытались использовать (не совсем удачно) для изготовления электростатических машин трения. Известный русский физик В.В. Петров первый ставил опыты по изучению электропроводности льда.

Читать еще:  Плюсы и минусы при светодиодном освещении для квартиры

При продувании надо льдом воздуха, очищенного от пыли и других взвешенных примесей, лед не электризуется. Если же направить на плоскую поверхность льда капельно-паровой поток, то в результате столкновения капелек воды со льдом происходит обмен зарядом и возникает положительная электризация льда и отрицательная воды. Однако, если лед покрывается пленкой воды, электризация прекращается.

При продувании надо льдом воздуха, содержащего капельки тумана нашатырного спирта, каждый литр воздуха приобретает заряд около 2·10-11 кулона. В особо плотных аммиачных туманах этот заряд может увеличиться вдвое. Лед в этих условиях получает такой же по величине заряд, но противоположный по знаку. Положительная электризация льда наблюдается и при продувании надо льдом печной сажи.

Продавливание воды через специально устроенные в образцах льда капилляры приводит к положительной электризации у льда и отрицательной у воды. Как правило, при трении о другие тела (стекло, сталь, медь) лед приобретает положительный заряд, а эти тела — отрицательный.

Но бывают и исключения. Так, при продувании сухого снега через сильно оксидированную железную решетку, у которой выход электронов за ее пределы, благодаря оксидированию поверхности облегчен, снег заряжается отрицательно.

При плавлении льда заряд находящегося над ним воздуха возрастает за счет выделения электрических зарядов из пузырьков воздуха, захваченного льдом ранее (при замерзании). Присутствие во льду примесей щелочей уменьшает и при достаточных концентрациях полностью ликвидирует дополнительную электризацию воздуха при плавлении льда.

Во время низовых метелей крупные кристаллы льда заряжаются отрицательно, а более мелкая Снежная пыль — положительно. Свежевыпавший снег во всех случаях обнаруживает более значительную электризацию, чем уже слежавшийся. При взвихривании снежной пыли в воздухе может возникать объемный заряд до 1-8 кулон м3. Особенно сильные электрические поля (до 100 в/см) наблюдаются во время снежных метелей в полярных и высокогорных областях, где за счет электризации антенн сухим снегом весьма усиливаются помехи радиосвязи — pppa.ru. Сталкиваясь с проводами линий телефонной или телеграфной связи, снежинки из метельных потоков передают им свой заряд. При хорошей изоляции от земли, заряд может накопиться такой большой, что в прилегающем воздухе возникнет коронный разряд.

Покоритель Джомолунгмы Н. Тенсинг в 1953 году в районе Южного Седла этой горной вершины на высоте 7,9 км над уровнем моря при температуре — 30°C и сухом ветре до 25 м/сек наблюдал сильную электризацию обледеневших брезентовых палаток, вставленных одна в другую. Пространство между палатками было наполнено при этом многочисленными электрическими искрами.

Любопытно отметить, что в сильных электрических полях кристаллы льда растут в виде тонких нитей, вытягивающихся вдоль поля. Наиболее сильные поля разрывают эти нити на множество мелких ледяных осколков.

Движение лавин в горах в безлунные ночи иногда сопровождается зеленовато-желтым свечением, благодаря чему лавины становятся видимыми. Обычно световые явления наблюдаются у лавин, которые движутся по снежной поверхности, и не наблюдаются у лавин, проносящихся по скалам. По-видимому, причиной свечения лавин является коронный электрический разряд наэлектризованных масс снега. На озерах Антарктики во время полярной ночи иногда возникает свечение при разламывании крупных масс озерного льда. Свечение это — результат электрического разряда, возникающего при разрушении льда.

Известную ясность в вопрос сильной электризации ледяных кристаллов во время метелей может внести рассмотрение фотоэффекта с поверхности льда. «Лабораторные исследования, показали, что фотоэлектрическая чувствительность льда значительно выше, чем у воды, и составляет около 70% фотоэлектрической чувствительности окиси меди, а для длины волны около 0,7 микрона перекрывает ее. Согласно другим данным, фотоэлектрическая чувствительность льда составляет 0,1-0,05 фотоэлектрической чувствительности цинка. Все это говорит о том, что лед имеет сравнительно высокую фотоэлектрическую чувствительность и легко может отдавать свои электроны при контакте с другими телами с меньшей чувствительностью к фотоэффекту.

Заряжение, кристаллов льда во время снежных метелей можно, объяснить за счет обмена зарядом при контакте между собой плоской грани одного кристалла льда с острым выступом другого. Допустим, что выступ на плоской грани кристалла имеет форму цилиндра — pppa.ru. Тогда электрическое поле, создаваемое периферическими электронами поверхности твердого тела в верхней части выступа будет в 2 раза больше, чем над плоской поверхностью. Если над первым выступом — цилиндром расположить второй с вдвое меньшим радиусом, над вторым — третий и т.д. вплоть до последнего выступа атомных размеров, то у конца последнего выступа электрическое поле окажется примерно в 10 раз большим, чем над плоской поверхностью.

Таким образом при контакте выступа одного кристалла льда с плоской поверхностью другого поверхностным электрическим полем электроны будут перегоняться с выступа на плоскость. Так как у мелких кристаллов относительное количество выступов больше, чем у крупных, то при контакте первые будут заряжаться положительно, а вторые отрицательно.

В поле силы тяжести затем происходит разделение зарядов. Более тяжелые кристаллы с отрицательным зарядом опускаются вниз, а более легкая снежная пыль с положительным зарядом остается взвешенной в воздухе. Таким образом во время снежных метелей у земной поверхности могут возникать сильные электрические поля, а вблизи зарядившихся от снега наземных объектов — коронные и даже искровые электрические разряды.

Источник информации: сайт pppa.ru

Другие источники по теме:
Информационные источники

1. Богородский В.В., Рудаков В.Н. Электромагнитные параметры снега, льда, пресной и морской воды / Применение радиофизических методов в океанографии и ледовых исследованиях. – Л., 1964.

2. Слуцкер Б.Д. О зависимости электрических характеристик снега от частоты / Теория и техника радиолокации, радионавигации и радиосвязи в гражданской авиации. –Рига: РКИИГА, 1978.

3. Кузьмин П.П. Физические свойства снежного покрова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1957.

4. Финкильштейн М.И., Лазарев Э.И., Чижов А.Н. Радиолокационные ледомерные съемки рек, озер,водохранилищ. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981.

5. Богородский В.В. Физические методы исследования ледников. – Л.: Гидрометеоиздат, 1968.

6. Лед и снег / Под ред. У.Д. Кингерн. – М.: Мир, 1977.

Проводит ли соленая вода ток. Дистиллированная вода проводит ток? Обосновать сможете? А то не все электрики это знают

Представьте себе 40000 банок, в каждую из которых налито по 1 л дистиллированной воды. В первую банку добавляем 1 мг соли, во вторую — 2 мг, в третью — 3 мг и так дале, в сорокатысячную банку 40 г. Попробовав воду из первой, второй банки каждый скажет, что она несоленая. Точно также каждый скажет, что в сорокатысячной банке вода очень соленая, содержание соли в ней даже выше, чем в морской. А что сказать про сотую, двухсотую, восьмисотую, двухтысячную? Начиная с какой банки воду можно считать соленой?
Точно так же и с электропроводностьью воды. Если в литре воды растворить 40 мг NaOH, то концентрации ионов Na (+) и ОН (-) будут равны 10^ (-3) моль/л, а концентрация ионов Н (+) 10^ (-11) моль/л. Про такой раствор все скажут, что он проводит ток. Теперь рассмотрим идеальную, химически чистую воду. Из-за самоионизации она содержит некоторое количество ионов Н (+) и ОН (-) . Конечно они в какой-то степени гидратированы, но это не имет значения. При 22 градусах Цельсия концентрации ионов Н (+) и ОН (-) равны 10^ (-7) моль/л, при 100 градусах Цельсия концентрация ионов примерно в 5 раз выше, что-то около 10^ (-6, 3) моль/л. Большинство людей утверждают, что дистиллированная, а тем боле — химически чистая вода не проводит ток. Но ведь ионы в ней есть, а раз есть ионы, они проводят ток. Вот, если к примеру взять химически чистый углеводород, например, гексан. Он не подвергается самоионизации, в нем нет никаких ионов, и он точно не проводит ток, даже чисто теоретически. White Rabbit привела значения удельной проводимости дистиллята, бидистиллята и деионизированной воды. Они очень малы, но не равны нулю. Так, значит даже деионизированная вода, хоть и очень плохо, но все же проводит ток. А если ввиду малости проводимости считать, что она практически не проводит, то с какого же значения удельной проводимости считать, что раствор проводит ток? С 8, 15, 20, а может с 70 или с 800 мкСм/см? Если подходить к вопросу чисто формально, то даже идеально химически чистая вода проводит ток, с практической точки зрения — не проводит. А где поставить границу? Ситуация та же самая, что и при определении солености воды в вышеприведенном примере с 40000 банок с растворами соли. Так что, как в той песне «Думайте сами, решайте сами, иметь или не иметь».

Читать еще:  Как самостоятельно установить сплит

5 годов назад от Дарья Гаврилова

дистилированная вода не проводит ток, так как сама водя является диэлектриком, а свойства проводить эл. ток получает от примесей. Дистилированная же вода примесей не имет. И я не электрик, тяфк.

5 годов назад от Дядя_Никита

Полностью очищенная вода — хороший диэлектрик и совершенно не проводит ток. Переносчиком тока в воде являются ионы.
Правильне говорить в Вашем случае все же не о дистилляте, а о деионизованной воде. Дистиллят все же имет в малых количествах токопроводящие примеси.

5 годов назад от галина клыкова

Кто знает формулу воды еще со времен школьной поры? Конечно же, все. Вероятно, что из всего курса химии у многих, кто потом не изучает ее специализированно, только и остается знание того, что обозначает формула H 2 O. Но сейчас мы максимально подробно и глубоко постараемся разобраться, Какие ее главные свойства и почему именно без нее жизнь на планете Земля невозможна.

Вода как вещество

Молекула воды, как мы знаем, состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Ее формула записывается так: H 2 O. Данное вещество может иметь три состояния: твердое — в виде льда, газообразное — в виде пара, и жидкое — как субстанция без цвета, вкуса и запаха. Кстати, это единственное вещество на планете, которое может существовать во всех трех состояниях одновременно в естественных условиях. Например: на полюсах Земли — лед, в океанах — вода, а испарения под солнечными лучами — это пар. В этом смысле вода аномальна.

Еще вода — это самое распространенное вещество на нашей планете. Она покрывает поверхность планеты Земля почти на семьдесят процентов — это и океаны, и многочисленные реки с озерами, и ледники. Большая часть воды на планете соленая. Она непригодна для питья и для ведения сельского хозяйства. Пресная вода составляет всего два с половиной процента от всего количества воды на планете.

Вода — это очень сильный и качественный растворитель. Благодаря этому химические реакции в воде проходят с огромной скоростью. Это же ее свойство влияет на обмен веществ в человеческом организме. Общеизвестный факт, что тело взрослого человека на семьдесят процентов состоит из воды. У ребенка этот процент еще выше. К старости этот показатель падает с семидесяти до шестидесяти процентов. Кстати, эта особенность воды наглядно демонстрирует, что основой жизни человека есть именно она. Чем воды в организме больше — тем он здоровее, активнее и моложе. Потому ученые и медики всех стран неустанно твердят, что пить нужно много. Именно воду в чистом виде, а не заменители в виде чая, кофе или других напитков.

Вода формирует климат на планете, и это не преувеличение. Теплые течения в океане обогревают целые континенты. Это происходит за счет того, что вода поглощает очень много солнечного тепла, а потом отдает его, когда начинает остывать. Так она регулирует температуру на планете. Многие ученые говорят, что Земля давно бы остыла и стала камнем, если бы не наличие такого количества воды на зеленой планете.

Свойства воды

У воды есть много очень интересных свойств.

Например, вода — это самое подвижное вещество после воздуха. Из школьного курса многие, наверняка, помнят такое понятие, как круговорот воды в природе. Например: ручеек испаряется под воздействием прямых солнечных лучей, превращается в водяной пар. Далее, этот пар посредством ветра, переносится куда-либо, собирается в облака, а то и в и выпадает в горах в виде снега, града или дождя. Далее, с гор ручеек вновь сбегает вниз, частично испаряясь. И так — по кругу — цикл повторяется миллионы раз.

Также у воды очень высокая теплоемкость. Именно из-за этого водоемы, тем более океаны, очень медленно остывают при переходе от теплого сезона или времени суток к холодному. И наоборот, при повышении температуры воздуха вода очень медленно нагревается. За счет этого, как и упоминалось выше, вода стабилизирует температуру воздуха на всей нашей планете.

После ртути вода обладает самым высоким значением поверхностного натяжения. Нельзя не заметить, что случайно пролитая на ровной поверхности капля иногда становится внушительным пятнышком. В этом проявляется тягучесть воды. Еще одно свойство проявляется у нее при понижении температуры до четырех градусов. Как только вода остывает до этой отметки, она становится легче. Поэтому лед всегда плавает на поверхности воды и застывает корочкой, покрывая собой реки и озера. Благодаря этому в водоемах, замерзающих зимой, не вымерзает рыба.

Вода, как проводник электроэнергии

Вначале стоит узнать о том, что такое электропроводность (воды в том числе). Электропроводность — это способность какого-либо вещества проводить через себя электрический ток. Соответственно, электропроводность воды — это возможность воды проводить ток. Эта способность непосредственно зависит от количества солей и иных примесей в жидкости. Например, электропроводность дистиллированной воды почти сведена к минимуму из-за того, что такая вода очищена от различных добавок, которые так нужны для хорошей электропроводности. Отличный проводник тока — это вода морская, где концентрация солей очень велика. Еще электропроводность зависит от температуры воды. Чем значение температуры выше — тем большая электропроводность у воды. Эта закономерность выявлена благодаря множественным опытам ученых-физиков.

Измерение электропроводности воды

Есть такой термин — кондуктометрия. Так называют один из методов электрохимического анализа, основанного на электрической проводимости растворов. Применяют этот метод для определения концентрации в растворах солей или кислот, а также для контроля состава некоторых промышленных растворов. Вода обладает амфотерными свойствами. То есть в зависимости от условий она способна проявлять как кислотные, так и основные свойства — выступать и в роли кислоты, и в роли основания.

Прибор, который используют для этого анализа, имеет очень сходное название — кондуктометр. С помощью кондуктометра измеряется электропроводность электролитов, находящихся в растворе, анализ которого ведется. Пожалуй, стоит объяснить еще один термин — электролит. Это вещество, которое при растворении или плавлении распадается на ионы, за счет чего впоследствии проводится электрический ток. Ион — это электрически заряженная частица. Собственно, кондуктометр, взяв за основу определенные единицы электропроводности воды, определяет ее удельную электропроводность. То есть он определяет электропроводность конкретного объема воды, взятого за начальную единицу.

Еще до начала семидесятых годов прошлого столетия для обозначения проводимости электричества использовали единицу измерения «мо», это была производная от другой величины — Ома, являющейся основной единицей сопротивления. Электропроводимость — это величина, обратно пропорциональная сопротивлению. Сейчас же она измеряется в Сименсах. Получила свое название данная величина в честь ученого-физика из Германии — Вернера фон Сименса.

Сименс

Сименс (обозначаться может как См, так и S) — это величина, обратная Ому, являющаяся единицей измерения электрической проводимости. Один См равен электрической проводимости любого проводника, сопротивление которого равно 1 Ом. Выражается Сименс через формулу:

  • 1 См = 1: Ом = А: В = кг −1 ·м −2 ·с³А², где
    А — ампер,
    В — вольт.

Теплопроводность воды

Воду под давлением используют для раскалывания, проламывания и даже для резки горных пород. Это активно используется при строительстве туннелей, подземных помещений, складов, метро.

Заключение

Из статьи следует, что вода по своим свойствам и функциям — самое незаменимое и поразительное вещество на Земле. Зависит ли жизнь человека или любого другого живого существа на Земле от воды? Безусловно, да. Способствует ли это вещество ведению научной деятельности человеком? Да. Обладает ли вода электропроводностью, теплопроводностью и иными полезными свойствами? Ответ тоже «да». Иное дело, что воды на Земле, а тем более воды чистой, все меньше и меньше. И наша задача — сохранить и обезопасить ее (а значит, и всех нас) от исчезновения.

О том, почему вода проводит ток, ученые спорят уже более двух столетий.

Так как молекулы воды не имеют заряда, то и электричество они не проводят. Поэтому дистиллированная вода считается диэлектриком, то есть ток она не проводит. Но если в воду добавить даже очень небольшое число ионов, ее электропроводность резко вырастает и она становится полноценным проводником. Всем известно, что вода и электричество — весьма опасное сочетание.

Чтобы в этом разобраться, нужно представить атом, который состоит из протонов, нейтронов и электронов. Соотношение нейтронов и электронов определяют заряд атома. Если число протонов больше, чем электронов, заряд положительный, если наоборот — отрицательный. Поскольку атомы стремятся к нейтральному заряду, они отдают или забирают электроны. При переходе электрона от отрицательно заряженного атома к атому с положительным зарядом образуется электрический ток.
Молекулы дистиллированной воды заряда не имеют. Однако такая вода встречается нечасто.

Вся вода, которая течёт из-под крана, содержится в реках, озёрах и морях, — это минеральный раствор той или иной концентрации. В ней содержатся как положительно (кальций, магний, натрий, железо), так и отрицательно (хлор, сульфат, карбонат) заряженные частицы, поэтому такая вода хорошо проводит ток, и тем лучше, чем больше концентрация минеральных солей.

Когда через воду проходит ток, атомам кислорода при этом почти не приходится двигаться. Этот процесс можно сравнить с знаменитой «колыбелью» Ньютона, набором подвешенных шариков, выстроенных в линию. Если поднять один из них и ударить им по линии, только концевые шарики будут двигаться, а остальные будут стоять на месте.

В начале 19 века немецкий химик Теодор Гротгус предложил теорию, которая объясняла то, почему вода пропускает через себя ток и почему электричество может разлагать ее на водород и кислород. Он посчитал, что молекулы воды могут захватывать лишние протоны и передавать их друг другу, подобно палочке в эстафете, благодаря формированию новых водородных и ковалентных связей и их быстрому распаду. Как выглядят молекулы воды, участвующие в обмене протонами, до настоящего времени никто не знал, так как проследить за этим процессом крайне сложно из-за его скоротечности и крайне малых масштабов, на которых протекает эта реакция.

Йельским химикам удалось решить эту задачу, обнаружив, что подобные реакции замедляются и становятся видными для инструментов при исполнении двух условий – охлаждения небольшого количества молекул воды почти до абсолютного нуля и использования только «тяжелой» воды – молекул, состоящих из обычного кислорода и дейтерия, тяжелого изотопа водорода.
Подсвечивая такие молекулы при помощи лучей инфракрасного лазера и наблюдая за изменениями в их спектре, ученые смогли увидеть, как свободные ионы дейтерия присоединяются к тяжелой воде, и как они «перепрыгивают» на соседнюю с ней молекулу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector