Определение электропроводности предметов

В современном мире существует много электроприборов, электрический ток используется повсюду. Почти с самого рождения детей учат правилам безопасности, чтобы уберечь себя от удара электрическим током.

Поэтому важно знать, что существуют материалы, которые проводят электрический ток, и те, которые его не проводят.

Данная исследовательская работа проведена для того, чтобы определить какие материалы являются проводниками, а какие - диэлектриками. Для этого собрано простое устройство, которое работает от батарейки. Поэтому его использование безопасно.

Целью данной работы является исследование электропроводности различных материалов.

Гипотеза: при небольшой помощи взрослых ребенок может создать безопасное устройство для определения электропроводности предметов.

Были поставлены следующие задачи:

Выяснить, что такое электропроводность.
Сделать устройство для определения электропроводности материалов.
Среди предметов, используемых каждый день, найти проводники и изоляторы.

Для достижения цели работы и выполнения поставленных задач были применены следующие методы: изучение литературы, эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ полученных данных.

Историческая справка о проблеме

Электропроводность – это способность материалов проводить электрический ток.

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Проводники – это материалы, которые проводят электрический ток, а диэлектрики – это материалы, которые его не проводят. Предметы, изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами.

В проводнике содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.

Проводящими электрический ток веществами являются металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока.

Диэлектрик не содержит внутри свободные электрические заряды. В изоляторах электрический ток невозможен.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

В 17 веке после того как Уильям Гильберт установил, что многие тела обладают способностью электризоваться при их натирании, в науке считалось, что все тела по отношению к электризации делятся на два вида: на способные электризоваться при трении, и на тела, не электризующиеся при трении.

Только в первой половине 18 века было установлено, что некоторые тела обладают, кроме того, способностью распространять электричество. Первые опыты в этом направлении были проведены английским физиком Греем. В 1729 г. Грей открыл явление электрической проводимости. Он установил, что электричество способно передаваться от одних тел к другим по металлической проволоке. По шелковой же нити электричество не распространялось. Именно Грей разделил вещества на проводники и непроводники электричества. Только в 1739г. было окончательно установлено, что все тела следует делить на проводники и диэлектрики.

Впервые провел исследование проводимости диэлектриков Кулон. Он показал, что любой изолятор обладает малой, определенной для каждого вещества электропроводимостью. Одновременно с Кулоном исследованием электропроводимости веществ занимался Кавендиш. В его записках, относящихся к 1775 г., найдены уже сравнительные численные результаты. Так, например, Кавендиш установил, что железная проволока проводит ток лучше, чем дистиллированная вода. Интересно, что роль измерительного прибора при этом играло физиологическое ощущение тока.

Английский физико-химик Гемфри Дэви в 1821 г. установил, что проводимость металлических проводников уменьшается при их нагревании. Таким образом была впервые установлена зависимость проводимости от температуры.

Так же исследования электропроводимости провел Фарадей в 1833 г. Он показал, что все вещества в большей или меньшей степени проводят ток, поэтому абсолютной изоляции не существует. В результате многочисленных опытов Фарадей установил, что проводимость диэлектриков растет при нагревании, а при переходе через точку плавления все твердые диэлектрики становятся проводниками.

Английский ученый Гаррис в 1834 г. показал, что проводимость воздуха не изменяется при нагревании.

Изучение проводимости металлов стало важной технической проблемой в связи с развитием мировой системы телеграфной связи. Естественно возник вопрос об увеличении проводимости металлов. Физическая теория не давала ответа на этот вопрос, ибо был неизвестен механизм электропроводимости. В конце XIX в., после открытия электрона, начала развиваться электронная теория проводимости. Начало теории дал в 1900 г. немецкий физик Пауль Друде.

Эксперименты

Для определения электропроводности материалов я решил сделать робота из картона, проволоки и светодиода. Внутри робота будет спрятана батарейка, подключенная к светодиоду и антенкам из проволоки.

Для сборки корпуса робота я распечатал на картоне шаблоны из интернета и вырезал их (см. Приложение 1).

Затем приступил к сборке. В голове робота я сделал несколько отверстий и вставил туда светодиод и антенны из проволоки. Закрепил их при помощи клеевого пистолета (см. Приложение 2).

Для соединения батарейки, антенн и светодиода проводами я хотел использовать изоленту, но у меня не получилось надежное соединение, поэтому я попросил папу помочь мне с паяльником.

В результате мы соединили светодиод с батарейкой и с одной из антенн, вторая антенна была присоединена к батарейке (см. Приложение 3). Получилась электрическая цепь.

Затем я закончил сборку робота, спрятав внутри него батарейку и провода (см. Приложение 4).

Далее я приступил к исследованию электропроводности материалов. Что бы определить является предмет проводником или изолятором, я использовал антенны робота.

Если антеннами касаться предмета, проводящего электрический ток, электрическая цепь замыкается и светодиод загорается. Ток течет через светодиод, затем по проводу к проводнику, а от проводника – по другому проводу к батарейке.

Если антенны дотрагиваются до изолятора, то замкнутой цепи не получается, ток не течет, и светодиод не загорается.

Для исследования я использовал разные предметы, применяемые в обычной жизни: металлическую линейку, ножницы, карандаш, ручку, пластмассовую линейку и иглу для шитья.

Когда антенн касались ножницы, металлическая линейка и игла, светодиод загорался, электрическая цепь замыкалась. Значит эти предметы являются проводниками электрического тока. Когда для эксперимента я использовал карандаш, ручку и пластмассовую линейку, светодиод не загорался. Значит эти предметы являются изоляторами (см. Приложение 5).

Заключение

В ходе исследования была достигнута цель работы, подтверждена гипотеза и выполнены поставленный задачи.

При небольшой помощи взрослого, я собрал робота, позволяющего безопасно определить электропроводность материалов.

На доступных предметах я провел эксперимент и выяснил какие предметы, используемые в обычной жизни, являются проводниками электрического тока, а какие – изоляторами.

Используемая литература

«Класс!ная физика». Проводники и диэлектрики. Электрический ток в металлах и электролитах. Web: http://class-fizika.ru/8_21.html
Вся физика. Научно-образовательный проект. Проводники и диэлектрики. Web: http://sfiz.ru/materials/elektrodin/51
К истории изучения электрической проводимости веществ. Web: http://www.eduspb.com/node/1853
Электропроводность. Проводники и изоляторы. http://energetika.in.ua/ru/books/book-2/part-3/section-5/5-2
Робот из бумаги. Web: http://www.prorobot.ru/myrobot/roboti_is_bumagi.php

Пока бьют часы

А. Усачев. Что значит выражение "Белые мухи"?

Невидимое письмо

Прекрасное далёко

Новый снимок Юпитера