Загородный дом: как провести электричество на участок
Мечта о коттедже вот-вот превратится в реальность: уже и деньги на строительство собраны, и времени хватает. Что ж, мечту пора осуществлять. Выбирайте участок – и вперед. Только не забудьте, что будущий дом нужно будет снабдить электричеством. Портал Interfax.by поможет разобраться в том, как выбрать участок, чтобы прокладка электрокабеля не испортила нервы.
Выбираем участок
Грамотно выбранный участок – великое дело. От верного выбора зависит не только ваш комфорт, но и затраты по прокладке коммуникаций.
Прежде всего, определитесь, для чего вам дом. Будет ли он использоваться только в летний сезон, или в нем будут жить постоянно? Потому что в первом случае вам вовсе не обязательно прокладывать все инженерные коммуникации – достаточно позаботиться об электричестве. Если же дом предназначен для постоянного проживания, понадобятся и канализация, и система отопления, и многое другое, к чему привык развращенный цивилизацией белорус.
Проводим электричество
А вот электроэнергия нужна в любом случае. И оказывается, что проведение электричества – наиболее трудоемкий процесс по части коммуникаций.
Время и деньги, которые уйдут на электрификацию загородного дома, опять-таки зависят от того, где находится участок. На отшибе непременно возникнут сложности: современная усадьба (в отличие от дачного дома) потребляет очень много ресурсов, а ближайшая подстанция может не справиться с полноценным энергоснабжением. Поэтому лучше строить дом в поселке, что почти всегда гарантирует мощную электросеть неподалеку.
Не хотите шумных соседей? В этом случае специалисты «Минских электросетей» дают очень простой совет по выбору участка: видите в радиусе 50 м линию электропередачи – смело стройтесь. Если же ЛЭП нет, придется организовывать свою подстанцию. Впрочем, для одного предприятие слишком затратное, поэтому с соседями все равно придется кооперироваться.
Бюрократический ад электрификации
Так или иначе, электрификация участка будет связана с кучей бюрократических проволочек.
Сначала организация энергоснабжения должна выделить мощности и создать технические условия для подключения электричества. В Минске и Минской области этим занимается РУП «Минскэнерго». И уже на этом этапе могут возникнуть проблемы: специалисты ведомства не очень-то охотно консультируют желающих по тонкостям электрификации. Будьте к этому готовы – запаситесь терпением. Возможно, придется много писать в разные инстанции.После этого готовится проект электрических коммуникаций – этим занимается нанятая вами компания. Проект необходимо согласовать по месту жительства с филиалами «Энергосбыта» и «Энергонадзора». Все, теперь можно монтировать. Варианта два: либо кабель пойдет по воздуху, либо его проложат под землей. Второе, известное дело, предпочтительнее: так будет надежнее и безопаснее.
Что нам стоит
Платить будете по отдельности проектировщикам, поставщикам услуг и строителям. Сколько – этого вам на начальном этапе никто не скажет. На все виды работ составляются сметы.
Например, рытье траншеи глубиной в метр для прокладки электрокабеля обойдется минимум в 4 у.е. за погонный метр. Укладка кабеля в траншею – в среднем 2 у.е. за метр. Монтаж обыкновенной розетки будет стоить от 4 до 6 у.е. за штуку – в зависимости от материала стен. Люстру электрики смонтируют за 10 у.е., вентилятор – за 8. Сборка электрического щитка (установка счетчика, автоматов защиты до 12 групп) – от 80 у.е.
Разные, не всегда необходимые, но очень милые сердцу безделушки – тоже недешевое удовольствие. Так, красота в виде светодиодной подсветки фасада стоит от 3 у.е. за погонный метр, установка видеодомофона с монитором и панелью вызова – от 30 у.е.
На всякий случай напомним: приведенные прайсы касаются только услуг – материалы ваши, а это тоже стоит денег. Ну и, конечно, цены могут меняться, как им заблагорассудится. А специалистов выбирайте проверенных.
Юрий Костузик
Подключение электричества
Каждая семья рано или поздно задумывается о собственном участке земли.
На котором можно построить долгожданный дом, баньку, или другие хоз. постройки. После того как Вы стали счастливым обладателем земельного участка, вам необходимо выполнить подключение электричества к участку. И вот на этом моменте могут возникнуть определенные сложности.
Подвод электричества к участку
Для того чтобы выполнить подключение электричества к участку можно либо полностью привлечь специализированную организацию, которая займется подключением электричества под ключ, (что будет крайне удобно), либо некоторые работы выполнить самостоятельно. Если вы хотите немного сэкономить тогда вам по силам попробовать, например электромонтажные работы по подключению электричества самостоятельно. Но затраты все же возникнут на выполнение проектных работ и электрофизических измерений (ЭФИ). Данные виды работ могут выполнить только специализированные организации, которые имеют соответствующие разращение и оборудование. Итак, начнем все по порядку.
Подвод электричества
Для подключения дома или участка к электричеству, на самом начальном этапе необходимо собственнику, или нотариально доверенному лицу обратиться в районные электросети (РЭС) с заявлением на получение технических условий (Т.У.). Данное заявление можно заполнить по месту. После получения технических условий на руки можно приступать к заказу проекта электроснабжения. На основании технических условий и топографической съемки местности разрабатывается и согласовывается проект со всеми заинтересованными организациями (Энергосбыт, Энергонадзор, РЭС). Обычно по времени разработка проекта и его согласование занимает 10-14 дней. После того как проект на руках можно попробовать выполнить монтаж. Далее необходимо получить акт разграничения (выдает РЭС), акт осмотра смонтированного оборудования (выдает Энергонадзор), акт приемки в эксплуатацию прибора учета (выдает Энергосбыт). После получения всех этих разрешений заключается договор с Энергосбытом и в пятидневный срок РЭС как бы обязан вас подключить к линии ВЛ 0,4 кВ.
Подключение электричества к стройплощадке
В последнее время участились случаи обращения граждан на низкое качество смонтированного оборудования и самих электромонтажных работ подрядчиками по подключению электричества. Учитывая, что эти работы пользуются определенным спросом, многие новоиспеченные электрики, или просто разнорабочие пытались занять свою нишу на некоторых объектах. В связи с этим Главный инженер Минского республиканского унитарного предприятия электроэнергетики «МИНСКЭНЕРГО» А.А. Казаков подготовил и отправил информационное письмо во все РЭС. Ниже можно посмотреть разъяснение одному из РЭС.
Для себя можно и нужно выделить, то, что согласно п.5.3.24 СТБ 2331—2014 «Здания и сооружения. Классификация» линии электропередачи напряжением от 0,4 до 10 кВ относятся к третьему классу сложности. Соответственно, при осуществлении строительно-монтажных работ по подключению электроустановок одноквартирных жилых домов, и других капитальных строений граждан к электрическим сетям РУП «Минскэнерго» подрядчик по строительству должен в обязательном порядке иметь следующие подтверждающие документы:
- Действующий аттестат соответствия категории не ниже третьей на право осуществления строительства объектов первого-четвертого классов сложности: — устройство наружных сетей и линий электропередач.
На основании этого разъяснения можно сделать вывод о том что, самостоятельно выполнить и сдать подключение электричества к дому, стройплощадки, будет проблематично. Лучше воспользоваться квалифицированными услугами электрика, с соответствующим аттестатом соответствия.
Стоимость подключение электричества
Стоимость на подключение электричества зависит от степени сложности проекта, материала и оборудования. Ориентировочная стоимость на электромонтажные работы можно посмотреть в разделе цены. За более подробной информацией можно обратиться в раздел контакты.
Комментарии и размещение обратных ссылок в настоящее время закрыты.
Как подключить частный дом к электросети. Порядок действий
Каждый владелец земельного участка в определенный момент начинает задумываться о подведении к нему электричества. Эту работу можно выполнять не только во время строительства загородного дома, но и уже после введения здания в эксплуатацию.
Ещё до того как приступить к подключению сети, следует выяснить мощность, требуемую для полноценного обеспечения электричеством загородного дома, рассчитать расстояние, на котором должны пролегать по отношению к дому электрические сети, а также узнать, имеется ли в этом районе требуемая мощность сети.
Перечень необходимых документов
Если вы твёрдо решили подвести к земельному участку электричество, то первым делом вам необходимо составить заявку определённого образца и обратиться с ней в организацию, в ведение которой входит обслуживание электрических сетей по месту расположения участка.
Вам должны выдать разрешение на подсоединение электричества. Помимо заявления, вам придётся подготовить и копии документов, имеющих подписи нотариуса:
1. Паспорт и идентификационный код.
2. Документы, устанавливающие право собственности на сам участок и дом.
3. Документы на земельный участок и дом.
4. Проект электрификации дома и участка, который должен содержать сведения обо всех энергопотребляющих устройствах и их потребляемой мощности.
6. Разрешение на строительство. Необходимо для подведения электричества на участок, где отсутствуют постройки.
После подготовки вышеназванных документов, их необходимо отправить заказным письмом. Нелишним будет приложить к ним и опись вложенных документов.
В некоторых случаях, к вам могут обратиться с требованием прислать оригиналы определённых документов среди списка вышеперечисленных, чтобы подтвердить указанную информацию. Присланные вами документы будут использоваться организацией в качестве базы для составления технических условий, без которых невозможно осуществить подведение электричества к участку.
В них должны быть отражены технические характеристики ввода электроэнергии в частный дом: имеется в виду однофазный или трехфазный кабель будет использоваться для подвода электричества в дом.
Когда вами будут выполнены все условия этого предписания, вы уже будете иметь полное право приступать к подводу электричества. Важным моментом является и то, что технические условия должны быть выполнены не позднее двух лет с момента их составления.
Иногда, может случиться так, что из-за особенностей технических условий электрических сетей невозможно выполнить подведение электричества к участку. Также, возможна ситуация, когда мощность расчётной нагрузки превосходит номинальный показатель сети.
В таких случаях, организация должна в письменном виде уведомить об этом факте заказчика услуг. При этом обжаловать решение не представляется возможным.
Что должно быть в проекте электрификации частного дома
К разработке проекта внешней электрификации частного дома можно приступать лишь по завершении составления технических условий организацией, которая занимается обслуживанием электросетей.
При создании проекта организация опирается в качестве базы на технические условия электрификации земельного участка. Чтобы выполнить подобную работу, потребуется следующее:
• Геодезический или ситуационный план участка, к которому необходимо подвести электричество. Этот документ должен содержать сведения относительно расположения воздушных и кабельных линий, а помимо этого коммуникаций.
• Проект узла учёта электричества. В нём должны быть отражены сведения о номинальном значении вводного автомата и тока установленного ограничителя напряжения.
• Проект подключения СИП кабеля, подводимого от опоры линии к узлу учёта, трансформаторной подстанции, расположенной на участке, или подземной прокладки кабеля.
• Расчёт и разработка проекта заземления.
• В случае подвода трехфазных сетей, процедура расчёта мощности трансформатора, а также выполнение расчётов пропускной способности сети и распределительного устройства вместе с распределительным шкафом типа ПР.
• Обязательным требованием является получение одобрения на документацию у организации, в ведение которой входит обслуживание электрических сетей по местонахождению подключаемого дома. В некоторых случаях может потребоваться получение согласия от местных властей.
Как проводят электричество на участок
Необходимо иметь в виду, что обязанность по подключению электричества за границами земельного участка ложится на плечи организации по электросетям, а сами работы проводятся на основании проектной документации.
Подведение электричества на участке должно быть выполнено непосредственно его владельцем. Расходы на выполнение монтажных работ могут быть различными. Расчёт стоимости осуществляется в каждом случае индивидуально.
Особенность подвода электросетей к участку заключается в том, что эти работы проводятся в несколько этапов. Обязательным требованием является выполнение всех технических предписаний и согласования проекта внешнего подключения:
• подвод электричества к участку и дому;
• подтверждение работоспособности приборов, которые будут использоваться для контроля расхода электроэнергии;
• подвод к дому электричества, установления на приборы учёта пломб;
• составление акта о выполненных работах;
• подписание договора на поставку электричества.
После получения одобрения о подводе электричества приступают непосредственно к прокладке кабеля и разводке электричества в частном доме.
Правила подключения
Если планируется подводить однофазную линию, то желательно использовать кабель с минимальным сечением 6 мм с медной жилой или 16 мм с алюминиевой жилой.
Обязательным условием является наличие надёжной изоляции проводов, которая не должна предусматривать повреждений и перегибов.
В основе работы лежит подведение под опоры электросети двух кабелей, среди которых один будет выступать фазой, а другой нулём.
Важно, чтобы кабели располагались на безопасном расстоянии относительно друг друга: если они подводятся к кирпичной стене, то оно должно составлять не менее 50 мм, в случае прокладки к деревянным конструкциям здания кабели размещают на расстоянии 100 мм друг от друга.
Отверстие в стене, через которое будет вводиться кабель, необходимо заделать, используя для этого негорючие материалы, например, цементный или бетонный раствор. После этого переходят к подключению кабелей к ВРУ или же прибору контроля потребления энергии. Здесь необходимо ориентироваться непосредственно на проект.
Важным моментом является то, что при удалении подводимого к электричеству участка относительно опор электролинии на расстояние более 25 метров потребуется установить дополнительные столбы.
Важно выдержать минимальную высоту от земли до ввода кабеля в стену, которая должна составлять 2,75 метра. Оптимальной от точки ввода кабеля до ближайшего окна, будет считаться высота не менее 1,5 метра.
Важно помнить: не стоит проводить к частному дому, даче или участку электричество, не имея на руках разрешения на проведение подобных работ. Это же касается и увеличения мощности уже подведённой линии электросети или устройства контроля расхода электроэнергии. Подобные действия считаются незаконными и предусматривают штрафные санкции.
Если дом или участок был подключён к электричеству без наличия разрешения, то очень сложно придать этим работам законный характер. Процедура легализации потребует гораздо больших расходов, нежели в случае подключения электричества к участку услугами лицензированной организации в соответствии с планом, учитывающим особенности технических условий.
Темы исследовательских проектов по физике
Приведенные ниже темы исследовательских работ по физике являются примерными, их можно брать за основу, дополнять, расширять и изменять по собственному усмотрению, в зависимости от собственных интересных идей и увлечений.
Занимательная тема исследования поможет ученику углубить свои знания по предмету и окунуться в мир физики.
Любые темы проектов по физике по фгос можно выбрать из списка перечисленных тем для любого класса общеобразовательной школы и раздела физики. В дальнейшем, руководитель проводит консультации для более точного определения темы проекта. Это поможет ученику сконцентрироваться на самых важных аспектах исследования.
На страничке можно перейти по ссылкам на интересные темы проектов по физике для 5 класса, 6 класса, 7 класса, 8 класса, 9 класса, 10 и 11 класса и темы для старших классов на свет, оптику, световые явления и электричество, на темы проектов по ядерной физике и радиации.
Представленные темы исследовательских работ по физике для 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 класса будут интересны школьникам, которые увлекаются биографией физиков, любят проводить эксперименты, паять, не равнодушны к механике, электронике и другим разделам физики.
Приобретённые навыки станут не только основой для последующей исследовательской деятельности, но и пригодятся в быту. К данным разделам тем проектных работ по физике можно перейти по ссылкам ниже.
Темы исследовательских работ на свет, оптику, электричество, ядерную физику
Помимо вышеупомянутых разделов с темами проектных работ по физике рекомендуем школьникам просмотреть общие и довольно актуальные и интересные темы проектов по физике, перечисленные ниже на данной странице нашего сайта. Предложенные темы являются общими и могут быть использованы на разных образовательных уровнях.
Темы проектов по физике
Примерные темы проектов по физике для учащихся школы:
А.Д. Сахаров – выдающийся ученый и правозащитник современности.
Авиационные модели свободного полета.
Автожиры
Агрегатные состояния вещества.
Актуальные проблемы физики атмосферы.
Акустический шум и его воздействие на организм человека.
Алфёров Жорес Иванович.
Альберт Эйнштейн — парадоксальный гений и «вечный ребенок».
Анализ отказов микросборки.
Андронный коллайдер: миф о происхождении Вселенной.
Анизотропия кристаллов
Анизотропия физических свойств монокристаллов.
Аномальные свойства воды
Античная механика
Аристотель — величайший ученый древности.
Артериальное давление
Архимед — величайший древнегреческий математик, физик и инженер.
Аспекты влияния музыки и звуков на организм человека.
Атмосферное давление — помощник человека.
Атмосферное давление в жизни человека.
Аэродинамика на службе человечества
Аэродинамика полосок бумаги, или «И все-таки она вертится!»
Аэродинамические трубы.
Баллистическое движение.
Батисфера
Биолюминесценция
Биомеханика кошки.
Биомеханика человека
Биомеханические принципы в технике.
Бионика. Технический взгляд на живую природу.
Биоскафандр для полета на другие планеты.
Биофизика человека
Биофизика. Колебания и звуки
Бумеранг
В небесах, на земле и на море. (Физика удивительных природных явлений).
В погоне за циклом Карно.
В чем секрет термоса.
В.Г. Шухов – великий русский инженер.
В.К. Рентген – открытия, жизненный путь.
Вакуум на службе у человека
Вакуум. Энергия физического вакуума.
Введение в физику черных дыр.
Вертикальный полет
Ветер как пример конвекции в природе.
Ветер на службе у человека
Взаимные превращения жидкостей и газов. Фазовые переходы.
Взаимосвязь полярных сияний и здоровья человека.
Взвешивание воздуха
Виды загрязнений воды и способы очищения, основанные на физических явлениях.
Виды топлива автомобилей.
Виды шумового загрязнения и их влияние на живые организмы.
Визуализация звуковых колебаний в трубе Рубенса.
Виртуальные лабораторные работы на уроках физики.
Вихревые образования.
Вклад Блеза Паскаля в создание методов изучения окружающего мира.
Вклад М.В. Ломоносова в развитие физической науки.
Влажность воздуха и влияние ее на жизнедеятельность человека.
Влажность воздуха и ее влияние на здоровье человека.
Влажность. Определение содержания кислорода в воздухе.
Влияние внешних звуковых раздражителей на структуру воды.
Влияние громкого звука и шума на организм человека.
Влияние звука на живые организмы
Влияние звука на песок. Фигуры Хладни.
Влияние звуков, шумов на организм человека.
Темы исследовательских работ по физике
Примерные темы исследовательских работ по физике для учащихся школы:
Влияние излучения, исходящего от сотового телефона, на организм человека.
Влияние изменения атмосферного давления на посещаемость занятий и успеваемость учащихся нашей школы.
Влияние невесомости на жизнедеятельность организмов.
Влияние качества воды на свойства мыльных пузырей.
Влияние лазерного излучения на всхожесть семян гороха.
Влияние магнитного и электростатического полей на скорость и степень прорастания семян культурных растений.
Влияние магнитного поля на прорастание семян зерновых культур.
Влияние магнитного поля на рост кристаллов.
Влияние магнитной активации на свойства воды.
Влияние магнитных бурь на здоровье человека
Влияние механической работы на организм школьника.
Влияние наушников на слух человека
Влияние обуви на опорно-двигательный аппарат.
Влияние погоды на организм человека
Влияние скоростных перегрузок на организм человека.
Влияние сотового телефона на здоровье человека.
Влияние температуры на жидкости, газы и твёрдые тела.
Влияние температуры окружающей среды на изменение снежных узоров на оконном стекле.
Влияние торсионных полей на деятельность человека.
Влияние шума на организм учащихся.
Вода — вещество привычное и необычное.
Вода в трех агрегатных состояниях.
Вода и лупа
Водная феерия: фонтаны
Водород — источник энергии.
Водяные часы
Воздух, который нас окружает. Опыты с воздухом.
Воздухоплавание
Волшебные снежинки
Волшебство мыльного пузыря.
Вращательное движение твердых тел.
Вредное и полезное трение
Время и его измерение
Всегда ли можно верить своим глазам, или что такое иллюзия.
Выращивание и изучение физических свойств кристаллов медного купороса.
Выращивание кристаллов CuSo4 и NaCl, исследование их физических свойств.
Выращивание кристаллов в домашних условиях.
Выращивание кристаллов из разных видов соли.
Выращивание кристаллов поваренной соли и сахара в домашних условиях методом охлаждения.
Высокоскоростной транспорт, движимый и управляемый силой электромагнитного поля.
Давление в жидкости и газах.
Давление твердых тел
Дары Прометея
Двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель Стирлинга — технологии будущего.
Движение в поле силы тяжести.
Движение воздуха
Денис Габор
Джеймс Клерк Максвелл
Динамика космических полетов
Динамическая усталость полимеров.
Диффузия в домашних опытах
Диффузия в природе
Диффузия и ювелирные украшения
Доильный аппарат «Волга»
Единицы измерения физических величин.
Её величество пружина.
Железнодорожная цистерна повышенной ёмкости.
Женщины — лауреаты Нобелевской премии по физике.
Живые сейсмографы
Жидкие кристаллы
Жизнь и достижения Б. Паскаля
Жизнь и изобретения Джона Байрда
Жизнь и творческая деятельность М.В. Ломоносова.
Жизнь и творчество Льва Николаевича Термена.
Жизнь и труды А.Ф. Иоффе
Зависимость времени закипания воды от её качества.
Зависимость коэффициента поверхностного натяжения моторного масла от температуры.
Зависимость коэффициента поверхностного натяжения мыльного раствора от температуры.
Зависимость скорости испарения воды от площади поверхности и от ветра.
Зависимость сопротивления тела человека от состояния кожного покрова.
Загадки кипящей жидкости
Загадки неньютоновской жидкости.
Загадки озоновых дыр
Загадочная лента Мёбиуса.
Закон Архимеда. Плавание тел.
Закон Паскаля и его применение
Значение паровой машины в жизни человека.
Игорь Яковлевич Стечкин
Из истории летательных аппаратов
Изготовление действующей модели паровой турбины.
Измерение больших расстояний. Триангуляция.
Измерение влажности воздуха и устройства для ее корректировки.
Измерение вязкости жидкости
Измерение плотности твердых тел разными способами.
Измерение температуры на уроках физики
Измерение ускорения свободного падения
Изобретения Герона в области гидродинамики
Изобретения Леонардо да Винчи, воплощенные в жизнь.
Изучение звуковых колебаний на примере музыкальных инструментов.
Изучение свободных механических колебаний на примере математического и пружинного маятников.
Изучение свойств постоянных магнитов.
Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей.
Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей.
Илья Усыскин — прерванный полет
Инерция – причина нарушения правил дорожного движения.
Исаак Ньютон
Испарение в природе и технике.
Испарение и влажность в жизни живых существ.
Испарение и конденсация в живой природе
Использование тепловой энергии свечи в бытовых условиях.
Исследование атмосферных явлений.
Исследование движения капель жидкости в вязкой среде.
Исследование движения по окружности
Исследование зависимости периода колебаний тела на пружине от массы тела.
Исследование поверхностного натяжения.
Исследование поверхностных свойств воды.
Исследование способов измерения ускорения свободного падения в лабораторных условиях.
Исследование теплопроводности жира.
Исследование физических свойств почвы пришкольного участка.
Как управлять равновесием.
Квантовые свойства света.
Колокольный звон с физической точки зрения.
Коррозия металлов
Космические скорости
Космический мусор
Красивые тайны: серебристые облака.
Криогенные жидкости
Лауреаты Нобелевской премии по физике.
Леонардо да Винчи — художник, изобретатель, ученый.
Люстра Чижевского
Магнитная жидкость
Магнитное поле Земли и его влияние на человека.
Магнитные явления в природе
Междисциплинарные аспекты нанотехнологий.
Метеорная опасность для технических устройств на околоземной орбите.
Механика сердечного пульса
Мир невесомости и перегрузок.
Мир, в котором мы живем, удивительно склонен к колебаниям.
Мифы звездного неба в культуре латиноамериканских народов.
Мобильный телефон. Вред или польза?!
Моделирование физических процессов
Модель электродвигателя постоянного тока.
Мой прибор по физике: ареометр.
Молниеотвод
Мыльные пузыри как объект исследования поверхностного натяжения.
Нанобиотехнологии в современном мире.
Нанодиагностика
Наноструктурированный мелкозернистый бетон.
Нанотехнологии в нашей жизни.
Невесомость
Об использовании энергии ветра.
Ода вращательному движению
Озон — применение для хранения овощей.
Опасность электромагнитного излучения и защита от него.
Определение высоты местности над уровнем моря с помощью атмосферного давления.
Определение коэффициента взаимной индукции.
Определение коэффициента вязкости жидкости.
Определение коэффициента поверхностого натяжения воды с различными примесями.
Определение плотности тела неправильной формы.
Определение условий нахождения тела в равновесии.
Определение центра тяжести математическими средствами.
Относительность движения
Очевидное и невероятное при взаимодействии стекла и воды.
П.Л. Капица. Облик ученого и человека.
Парадоксы учения Лукреция Кара.
Плавание тел
Плавление и отвердевание тел.
Плазма.
Плазма – четвертое состояние вещества.
Плотность и плавучесть тела
Поверхностное натяжение воды.
Поверхностное натяжение воды в космосе.
Приливы и отливы
Применение информационных технологий при изучении криволинейного движения.
Применение силы Архимеда в технике.
Применение ультразвука в медицине.
Принцип относительности Галилея.
Простые механизмы в сельском хозяйстве.
Пушка Гаусса
Радиоволны в нашей жизни
Радиоприемник с регулируемой громкостью.
Развитие ветроэнергетики
Рафинирование селена методом вакуумной дистилляции.
Реактивная тяга
Реактивное движение в современном мире.
Реактивные двигатели
Резонанс при механических колебаниях.
Роберт Гук и закон упругости
Роль рычагов в жизни человека и его спортивных достижениях.
Свойства соленой воды. Море у меня в стакане.
Сегнерово колесо
Сила притяжения
Сила трения.
Сила трения в природе.
Современные средства связи. Сотовая связь.
Создание индикаторов течения воды, плотностью равных плотности воды.
Способы определения массы тела без весов.
Способы очищения воды, основанные на физических принципах.
Суда на подводных крыльях — одно из изобретений К.Э. Циолковского.
Тайны наклонной башни Демидовых
Такой ли пустой космический вакуум?
Температура нити накала
Тепловой насос
Трение в природе и технике.
Ультразвук в медицине
Ультразвук в природе и технике.
Устройство оперативной памяти.
Ускорители элементарных части: взгляд в будущее.
Феномен гениальности на примере личности Альберта Энштейна.
Ферромагнитная жидкость
Физик Гастон Планте.
Физика землетрясений и регистрирующая их аппаратура.
Физика и акустика помещений
Физика смерча. Смерч на службе человека.
Химия и цвет
Цунами. Причины возникновения и физика процессов.
Чем дизельный двигатель лучше бензинового?
Чуть больше о смерче
Экологический паспорт кабинета физики.
Экспериментальные методы измерения ускорения свободного падения.
Эксперименты с неньютоновской жидкостью.
Энергетика: вчера, сегодня, завтра.
Энергетические возможности магнитогидродинамического эффекта.
Энергия будущего
Энергосберегающие лампы: «за» или «против».
Янтарь в физике.
Перейти к разделам:
Исследовательские работы по физике
Этапы исследовательской работы
Если Вы решили разместить ссылку на эту страницу, установите у себя на сайте, блоге или форуме один из представленных ниже кодов:
Код ссылки на страницу «Темы исследовательских работ по физике для учеников«:
<a href=»http://obuchonok.ru/node/1125″ target=»_blank»>Темы исследовательских работ по физике</a>
Код ссылки на форум:
[URL=http://obuchonok.ru/node/1125]Темы исследовательских работ по физике[/URL]
Какие материалы проводят электричество? — Scientific American
Ключевые концепции
Электричество
Дирижер
Изолятор
Введение
Электричество питает многие устройства, которые вы используете каждый день. Эти устройства состоят из схем, от очень простых (например, лампа с одной лампочкой) до очень сложных (например, в компьютере). Попробуйте этот проект, чтобы построить свою собственную простую схему и использовать ее, чтобы проверить, какие обычные домашние материалы проводят электричество.
Фон
Вы, наверное, часто слышите слово «электричество», но что оно означает на самом деле? В повседневном использовании электричество обычно относится к электрически заряженным частицам (называемым электронами), движущимся по металлическим проводам. Поток электричества называется током. Металлы, как правило, очень хорошие проводники, что означает, что они легко пропускают ток. Материалы, которые не пропускают ток, называются изоляторами. Большинство неметаллических материалов, таких как пластик, дерево и резина, являются изоляторами.Вы заметите это, если когда-нибудь подключили что-нибудь к розетке. Штыри на вилке и провод внутри шнура металлические, но они окружены пластиковой или резиновой изоляцией, поэтому вы не получите ударов током при прикосновении к шнуру!
Электричество требует полного «контура» для прохождения тока. Это называется замкнутым контуром. Вот почему у настенных розеток есть два контакта, а у батарей два конца (положительный и отрицательный), а не один. Вы подключаете их обоих к цепи, и это создает полный цикл.Если контур вообще разорван, он становится разомкнутым, и ток не течет.
В этом проекте вы построите свою простую схему, разобрав фонарик (разумеется, с разрешения). Вы будете использовать свою схему в качестве тестера, чтобы определить, являются ли домашние материалы проводниками или изоляторами. Когда вы подключаете цепь к проводнику, вы создаете замкнутую цепь и лампочка фонарика включается. Если вы подключите цепь к изолятору, у вас все равно будет разрыв, поэтому лампочка останется выключенной.
Материалы
- Фонарик (разборный)
- Батарейки для фонарика
- Три куска провода, которые можно разрезать и зачистить (дополнительную информацию см. В разделе «Процедура»).
- Линейка с метрическими размерами
- Изолента (и / или резинки)
- Ножницы или нож (и помощь взрослого)
- Ассортимент металлических и неметаллических бытовых материалов, которые можно проверить в вашей схеме
Подготовка
- Для этого проекта вам понадобится три куска провода от старого электронного устройства.У вас может быть ящик для мусора, полный старых зарядных устройств для сотовых телефонов — они отлично подойдут. Вы также можете купить проволоку в хозяйственных магазинах или в магазинах для рукоделия.
- Отрежьте три куска проволоки длиной не менее 10 сантиметров каждый.
- Попросите взрослого срезать ножницами или острым ножом примерно один сантиметр изоляции с концов каждого провода, обнажив металл внутри. (Для этого также существует специальный инструмент, называемый устройством для зачистки проводов. Вы или взрослый можете использовать их, если они есть.)
- Разберите фонарик. Удалите батарейки. Если есть возможность, открутите «головку» (ту часть, которая держит лампочку) и снимите тумблер. Большинство фонарей можно легко разобрать вручную, но для этого вам может потребоваться другой инструмент (например, отвертка) и / или помощь взрослого.
- Осторожно: Электричество от розеток очень опасно и может быть смертельно опасным. Никогда не разрезайте провод и не открывайте электронное устройство, подключенное к розетке.
Процедура
- Осмотрите фонарик изнутри и попытайтесь проследить цепь. Помните, что электричество требует протекания замкнутого контура. Схема в фонарике обычно идет от одного конца батарейного отсека через выключатель, затем через лампочку и обратно к другому концу батарейного отсека. Вы можете найти схему?
- Ваша первая цель — подключить батарейный отсек к лампочке двумя проводами.Возможно, вам придется немного повозиться — не все фонарики одинаковы. Сложно ли создать свой новый замкнутый контур?
- Батарейный отсек должен иметь положительный (+) и отрицательный (-) полюс. Изолентой прикрепите один конец провода к металлическим частям на каждом конце батарейного отсека. Обязательно плотно прижмите провода, чтобы они хорошо соприкасались. ( Совет: Если батарейки просто входят в корпус фонарика, а не удерживаются на месте зажимами или пружинами, используйте резиновые ленты, чтобы удерживать их вместе встык. когда вы снимаете их с фонарика.)
- Теперь найдите два металлических контакта на корпусе лампы и соедините другие концы проводов с изолентой. Совет: Иногда вся внутренняя часть корпуса фонаря металлическая, и это служит одним из контактов. Удалось ли создать цепь и заставить лампочку загореться?
- Если вы правильно установили контакты, то лампочка должна загореться. Если лампочка не горит, не волнуйтесь! Вы можете проверить несколько вещей:
- У вас может быть светодиодный фонарик.LED означает светоизлучающий диод. Светодиод — это особый тип лампочки, которая действует как односторонний клапан для электричества. Он загорается только тогда, когда его положительная (+) и отрицательная (-) стороны подключены правильно. Попробуйте изменить способ подключения двух проводов к аккумуляторной батарее и посмотрите, загорается ли он.
- Другая причина, по которой у вас может не светиться свет, заключается в том, что ваши провода могут плохо контактировать с металлом в цепи фонарика. Попробуйте зажать точки контакта пальцами или используйте что-нибудь, например, миниатюрные прищепки или зажимы для бумаг, чтобы сжать соединения.
- Теперь у вас должна быть рабочая цепь. По сути, вы вынули батарею и лампочку из корпуса фонарика и воссоздали схему, используя два провода. Вы можете использовать эту схему для проверки электропроводности бытовых материалов, добавив третий провод.
- Отсоедините провод от одного конца аккумуляторной батареи. Это создает разрыв цепи, и ваша лампочка должна погаснуть.
- Приклейте один конец третьего провода к этому концу аккумуляторной батареи. Теперь ваша схема должна состоять из трех проводов, два из которых имеют свободные концы.
- Соедините два свободных конца проводов вместе. Это должно снова создать замкнутую цепь, и ваша лампочка должна включиться.
- Проверьте, являются ли материалы проводящими, прикоснувшись к ним обоими свободными концами провода одновременно.
- Что произойдет, если вы прикоснетесь к металлическим предметам, например, к скрепкам или алюминиевой фольге? Если лампочка загорается, означает ли это, что материал является проводником или изолятором?
- Что произойдет, если вы прикоснетесь к неметаллическим предметам, таким как дерево, пластик или резина? Лампа горит или не горит?
- Extra: Можете ли вы найти в своем доме неметаллические проводящие материалы?
Наблюдения и результаты
После того, как вы разобрали фонарик, может потребоваться небольшая работа, чтобы реконструировать фонарик.Однако вы сможете заставить фонарик работать без выключателя питания, подключив батарейный отсек непосредственно к лампочке с помощью двух проводов. Добавление третьего провода позволяет создать «тестера». Когда вы касаетесь металлического предмета свободными концами провода, лампочка должна загореться, как обычно. Это работает, потому что металлические предметы являются проводниками, поэтому они создают замкнутую цепь. Когда вы касаетесь изоляционных материалов, таких как пластик, резина и дерево, цепь остается разомкнутой, поэтому лампочка остается выключенной, потому что ток не течет.
Иногда бывает трудно найти неметаллические проводящие материалы. К некоторым фонарикам подойдет графитовый стержень карандаша. Но графит имеет очень высокое сопротивление по сравнению с металлами, поэтому лампа может казаться очень тусклой или вообще не загораться.
Уборка
Соберите фонарик, если вам снова понадобится его использовать, или оставьте самодельный тестер проводимости!
Больше для изучения
Какие материалы являются лучшими проводниками, от друзей науки
Движущиеся электроны и заряды, от Physics4Kids
Выработка электричества с помощью лимонной батареи, от Scientific American
Научные мероприятия для всех возрастов, от друзей науки
Это мероприятие предоставлено вам в сотрудничестве с Science Buddies
Наука об электричестве — У.S. Управление энергетической информации (EIA)
Все состоит из атомов
Для понимания электричества полезны некоторые основные сведения об атомах. Атомы — это строительные блоки вселенной. Все во Вселенной состоит из атомов — каждая звезда, каждое дерево и каждое животное. Человеческое тело состоит из атомов. Воздух и вода тоже состоят из атомов. Атомы настолько малы, что миллионы их поместятся на булавочной головке.
Атомы состоят из еще более мелких частиц
Центр атома называется ядром .Ядро состоит из частиц, называемых протонов и нейтронов . Электроны вращаются вокруг ядра в оболочках . Если бы ядро было размером с теннисный мяч, атом был бы размером со сферу диаметром около 1450 футов или размером с один из крупнейших спортивных стадионов в мире. Атомы — это в основном пустое пространство.
Если бы невооруженный глаз мог видеть атом, он был бы немного похож на крошечное скопление шаров, окруженное гигантскими невидимыми пузырями (или оболочек ).Электроны будут на поверхности пузырьков, постоянно вращаясь и перемещаясь, чтобы держаться как можно дальше друг от друга. Электроны удерживаются в своих оболочках с помощью электрической силы.
Протоны и электроны атома притягиваются друг к другу. Оба они несут в себе электрического заряда . Протоны имеют положительный заряд (+), а электроны — отрицательный заряд (-). Положительный заряд протонов равен отрицательному заряду электронов.Противоположные заряды притягивают друг друга. Атом находится в равновесии, когда в нем равное количество протонов и электронов. Нейтроны не несут заряда, и их количество может меняться.
Число протонов в атоме определяет вид атома, или элемента , которым он является. Элемент — это вещество, состоящее из одного типа атомов. Периодическая таблица элементов показывает элементы с их атомными номерами — количеством протонов, которые они имеют. Например, каждый атом водорода (H) имеет один протон, а каждый атом углерода (C) имеет шесть протонов.
Электричество — это движение электронов между атомами
Электроны обычно остаются на постоянном расстоянии от ядра атома в точных оболочках. Ближайшая к ядру оболочка может содержать два электрона. Следующий снаряд может вместить до восьми штук. Внешние оболочки могут вместить даже больше. Некоторые атомы с большим количеством протонов могут иметь до семи оболочек с электронами в них.
Электроны в ближайших к ядру оболочках обладают сильной силой притяжения к протонам.Иногда электроны в самых внешних оболочках атома не обладают сильной силой притяжения к протонам. Эти электроны можно вытолкнуть со своих орбит. Применение силы может заставить их переходить от одного атома к другому. Эти перемещающиеся электроны представляют собой электричество.
В природе существует статическое электричество
Молния — это форма электричества. Молния — это электроны, перемещающиеся из одного облака в другое, или электроны, прыгающие из облака на землю. Вы когда-нибудь испытывали шок, когда дотрагивались до предмета после прогулки по ковру? От этого объекта к вам прыгнул поток электронов.Это называется статическим электричеством .
Вы когда-нибудь заставляли волосы встать дыбом, натирая их воздушным шариком? Если да, то вы стерли с воздушного шара несколько электронов. Электроны переместились в ваши волосы из воздушного шара. Электроны пытались уйти подальше друг от друга, двигаясь к кончикам ваших волос. Они толкались или отталкивались друг от друга, заставляя ваши волосы шевелиться. Подобно тому, как противоположные заряды притягиваются друг к другу, как заряды отталкиваются.
Последнее обновление: 8 января 2020 г.
Научные принципы
Научные принципыПроводники, изоляторы и полупроводники:
Все материалы обладают электрическими свойствами, которые позволяют им быть организован в три широкие категории: проводники, изоляторы и полупроводники.Металлы (чистые элементы и сплавы) обычно являются проводниками. из электричество. Тысячи миль алюминиевых и медных проводов пересечь страна приносит электричество в наши дома и на работу. А относительно небольшое количество неметаллических веществ также можно отнести к классу проводники. Кроме того, очень немногие керамические соединения демонстрируют необычные свойство сверхпроводимость при низкой температуре жидкого азота или ниже.В неметаллические элементы и их соединения относятся к классу электрические изоляторы. Большинство керамических и пластмассовых материалов не проводят электричество. под обычные обстоятельства. Пластиковые покрытия часто встречаются покрытие меди провода, чтобы защитить пользователя от ударов и предохранить устройства от короткого замыкания. кругооборот. Керамические ручки используются там, где электрические провода прикреплены к электрические столбы или к задней части дома. Третья группа материалов, полупроводники, банка быть понятым из их имени, оказаться где-то посередине между проводники и изоляторы.
Хотя чистые элементы, такие как кремний, играют важную роль в много полупроводниковые приборы, это чаще всего используется путем добавления очень маленький, но контролируемое количество примесей с целью изменения его свойств. Материалы на основе кремния преобладают в полупроводниковой промышленности и в электронные устройства, такие как компьютеры и калькуляторы, но ряд Другие также широко используются соединения, в том числе GaAs (или галлий арсенид), который материал, используемый в лазере проигрывателя компакт-дисков.Некоторые другие комбинации элементы, проявляющие полупроводниковые свойства, указаны на периодический таблицу ниже (см. рисунок 1). В чтениях и лабораторных занятиях что следует, акцент делается на том, что такое полупроводниковые материалы, как они использовал, что свойства, которыми они обладают, и почему они ведут себя именно так.
Рисунок 1: элементов, найденных в элементарных и составных полупроводники. Группа IV — элементарные полупроводники.Составные полупроводники может быть сформирован объединение групп III и V или II и VI.
Электрическая проводимость:
Электропроводность — это функция способности материала нести электрический ток. Электропроводность () материала равна определенный взяв обратную величину измеренного электрического сопротивление (R) к поток электричества в длине (L) материала, деленный на площадь поперечного сечения (A).
См. Рисунок 2 для сравнения проводимости материалов. Проводимость зависит от температуры. При повышении температуры проводимость металл уменьшается. Напротив, проводимость чистого полупроводники и изоляторов увеличивается при повышении температуры. Контроль и изменение проводимость материалов — одна из проблем, стоящих перед электронный материаловеды.
Рисунок 2: Электропроводность некоторых распространенных материалы.При приложении электрического поля электроны могут проходить через материал, если есть пустые состояния во внешних (валентных) оболочках атомов которые составляют материал. Электрон не будет легко перемещаться между атомами если есть не вакантное состояние аналогичной энергии в принимающем атоме для него оккупировать. Мы моделируем пустое и заполненное состояния (энергия электронов уровни) с использованием квантовая теория. Один атом имеет электроны, локализованные около сам.An атомная орбиталь одного атома может перекрываться с атомной орбиталь другого атом, образующий две молекулярные орбитали. Один, называемый связью молекулярный орбитальный, имеет низкую энергию, а другой с более высокой энергией — называется антисвязывающая молекулярная орбиталь. Поскольку все больше и больше атомов собираются в сформировать сплошной, количество связывающих и антисвязывающих орбиталей около та же энергия увеличивается, и они начинают приобретать характеристики энергия группа.(См. Рисунок 3). Энергетические различия между орбитали в полоса небольшая. Электроны могут свободно перемещаться между этими орбиталями. в пределах энергетическая зона, пока орбитали не полностью заняты. Самый высокий занятая энергетическая зона называется валентной зоной. Но есть это регион который отделяет валентную зону от зоны проводимости где есть нет орбиталей. Электроны не могут иметь такую энергию. В изоляторы, эта запрещенная зона относительно велика, и в полупроводниках энергетический разрыв составляет средний.
Рисунок 3: Энергетические зоны металлов, полупроводников и изоляторы. Для изоляторы и полупроводники, нижняя полоса называется валентная полоса а верхняя полоса называется зоной проводимости. В нижняя энергетическая полоса в металл частично заполнен электронами.
Атомы, образующие металлические проводники, имеют много частично и полностью незанятый уровни с близкими энергиями: большое количество подвижных зарядов перевозчики может перемещаться по материалу, когда электрический потенциал (напряжение) равно применяемый.В полупроводнике или изоляторе валентная зона имеет вид полностью заполнены электронами в связующих состояниях, так что проводимость не может происходить. Там на соседних атомах отсутствуют вакантные уровни с одинаковой энергией. В абсолютный ноль, его антисвязывающие состояния (зона проводимости) полностью пусты. Есть нет электронов, проводящих электричество. Вот почему изоляторы не мочь поведение. В случае полупроводников при повышении температуры электроны в валентная зона приобретает достаточно энергии для продвижения через энергия разрыв »в зону проводимости.Когда это происходит, эти повышенные электроны могут двигаться и проводить электричество. Чем меньше ширина запрещенной зоны, тем легче это для электронов переходить в зону проводимости.
Аналогия:
Может помочь аналогия для объяснения этого процесса проведения. Представлять себе а автомагистраль в Лос-Анджелесе с четырьмя полосами местного движения и четырьмя полосами движения. выражать полосы, идущие на север (направление, противоположное электрическому полю). Теперь представлять себе что строительство остановило движение на всех скоростных полосах (валентная полоса).Между тем местные полосы движения (зона проводимости) полностью закрыты. пустой потому что все решили ехать по экспресс-полосам, чтобы ехать быстрее. Никто не может двигаться по экспресс-полосам, а на местных полосах нет машин так что никто попадает куда угодно. Неожиданно футбольная команда LA Raiders (жара энергия) выходит другого автобуса застрял в пробке и решает поднять машину барьер (энергетическая щель) в местные переулки. Чем выше барьер, медленнее команда поднимет машины через барьер, и меньшее количество машин доберется до двигаться.Каждый раз, когда автомобиль поднимается над барьером, он начинает двигаться так «текущий поток» начинается. Каждый раз, когда автомобиль снимается с полосы скоростного движения, другие машины могут двигаться в отверстие, которое он оставляет, поэтому немного тока также переносится там (в валентная зона). Обратите внимание, что автомобиль на местных полосах движется по противоположный направление от дыры осталось позади! К сожалению, машины в местный время от времени полосы сходятся на съездах, и въезжают новые машины. экспресс полосы, чтобы заполнить дыры, поэтому только ограниченное количество тока может поток.
Эта аналогия хорошо подходит для объяснения проводимости в чистом виде. (внутренний) полупроводники, в которых носители заряда происходят из химических облигации в само вещество. Тепловая энергия в полупроводнике увеличивает количество электроны продвигаются в пустую зону проводимости; в вакансии (или дырок), создаваемые в этом процессе, обеспечивают подвижность электронов в валентная полоса через материал. При высоких температурах эти полупроводники относительно хорошие проводники, потому что в в зона проводимости и отверстия в валентной зоне, доступные для движение электронов.Но при низких температурах собственные полупроводники являются изоляторами. так как количество электронов и дырок уменьшается. При абсолютном нуле внутренний полупроводник не имел бы электронов в зоне проводимости. Однако наиболее важные полупроводники относятся к внешнему типу, где некоторые примесь (другой элемент) была намеренно добавлена в твердо для увеличить проводимость. Свойства внешнего полупроводники регулируется наличием этих примесей.
Допинг:
Легирование может дать два типа полупроводников в зависимости от элемент добавлен. Если элемент, используемый для легирования, имеет хотя бы еще один валентный электрон чем основной полупроводник, то n-тип (отрицательный тип) полупроводник создан. Например, если добавлен мышьяк к кремнию кристалл, мышьяк имеет на один валентный электрон (5) больше, чем кремний (4). Этот дополнительный электрон может переносить ток.Итак, как атом в Си как машина, которая решает выехать на местные переулки Лос-Анджелеса. автострада с скоростные полосы забиты. С кремнием или другой группой IV полупроводники, любые член Группы V (азот не используется) мог образовывать n-тип полупроводник. Если полупроводник легирован элементом, имеющим хотя бы один меньше электронов чем основной материал, то р-тип (положительный тип) полупроводник. Например, если кремний легирован с участием алюминия (три валентных электрона), в валентная полоса.Опять же, любой член Группы III мог легировать основной полупроводник из Группа IV и показать тот же эффект. Твердое тело будет иметь «положительное» отверстие в его электронный структура, которая двигалась бы в направлении, противоположном электрону поток . Таким образом, будет сформирован полупроводник p-типа. Это было бы как если бы футбол команда подняла машину и поставила ее на середину между скоростные полосы и местные переулки. Допинг не может быть применен до такой степени, что беспокоит кристаллическая структура основного полупроводника.Допинг делается в диапазон частей на миллион концентраций, но может достигать нескольких частей за тысячу. Полупроводник, легированный до нескольких частей на тысячу уровней, имеет проводимость близко к плохому металлу. Обдумываемый вопрос о рисунке 4: Почему уровни примесей n-типа и p-типа немного отличаются от уровни в собственном полупроводнике?
Рисунок 4: Полупроводник p-типа и n-типа.Пятый валентный электрон примеси n-типа может легко перейти в проводимость группа и носить Текущий. В полупроводнике p-типа электроны легко продвинулся в вакантный уровень в допанте. Это создает дыру в валентная полоса, которая может переносить ток, двигаясь в направлении, противоположном электронный поток.
Концепция отверстия:
Пара дополнительных аналогий может помочь объяснить эту дыру. концепция.Для На первый вам понадобится шесть стульев и пять студентов. Расстановка шесть стульев и попросите пять учеников сесть в ряд, оставив стул на право вакантный. Предположим, что клеммы внешнего тока положительны к право и отрицательный слева. Поскольку поток возбужденных электронов движется сквозь кристалл к положительному выводу, поэтому электроны из связанного перемещение сайта по направлению к положительному выводу в соседнее отверстие, в результате чего отверстие мигрировать к отрицательной клемме.Попросите учеников (электронов) двигаться один стул вправо; обратите внимание, что пустой стул (положительное отверстие) имеет взолнованный, фактически слева.
Для второй демонстрации требуется стеклянная пробирка, наполненная глицерин и закупорены. Обязательно оставьте пузырьки воздуха внутри закрытой пробкой. трубка. В глицерин представляет собой электроны, а воздушный пузырь представляет собой положительный дыры. Поскольку трубка переворачивается, и электроны движутся в своих направление (вниз — в данном случае из-за силы тяжести, но из-за положительной клеммы в электронный сценарий), воздушный пузырек движется в обратном направлении (вверх — из-за плотности различия в этом случае, но из-за влечения к отрицательному терминал в электрический шкаф.) После этих двух демонстраций должно быть ясно, что полупроводниковые дырки и электроны движутся в противоположных направлениях. направления.
Рисунок 5: Схема пузырька (дыры), движущегося вверх в перевернутый пробирка с глицерином.Применение и исследования:
Строительный блок большинства полупроводниковых устройств включает в себя объединение р-тип и Области n-типа в p-n переходы. Представьте себе, что приносит вместе двое кристаллы, один из которых n-типа, а другой p-типа.Некоторые из электроны от потока n-типа к материалу p-типа. В точке где p-тип и n-типа встречаются (интерфейс) электроны с n-стороны заполняют дыры на p-сторона и нарастание противоположно заряженных ионов, и таким образом потенциал через барьерные формы. Это накопление заряда называется потенциал перехода. Барьер предотвращает дальнейшую миграцию электроны и чистый ток равен нулю.
Если на p-n переход с отрицательным Терминал соединен с n-областью, а p-область соединена с положительный клемма, электроны будут течь к положительной клемме, в то время как отверстия потекут к отрицательной клемме.Это называется вперед смещение и токи. Однако если положительный вывод подключен к n-типу и отрицательному, подключенному к p-типу, a обратное смещение формы и отсутствие текущих потоков из-за наращивания потенциала барьер. В Другими словами, эти устройства должны быть включены в электрическую цепь. с Соблюдайте полярность, иначе они не будут работать. Это приложение п-п переход используется во многих электронных устройствах. На рисунке 6 показан формирование потенциал на p-n переходе.На рисунке 7 показан эффект форварда. и отрицательный смещение на p-n переходе.
Рисунок 6: p-n переход до и после двух материалов. принес в контакт. Когда два материала помещаются вместе, электроны из n-сторона совмещаем с отверстиями на p-стороне. Этот приводит к положительному заряд на n-стороне перехода и отрицательный заряд накопление на сторона p. Это разделение зарядов создает соединение потенциал.Примечание: На стыке нет электронов и дырок, у них есть в сочетании с каждым Другие.
Рисунок 7: p-n-переход при прямом и обратном смещении. Обратите внимание, что в смещение вперед, шлагбаум понижается, а в обратное смещение, барьер поднят.
Обдумываемый вопрос: в каждом случае на Рисунке 7, какая сторона подключен к положительный полюс внешнего источника напряжения? Будут электроны или дыры нести ток, когда соединение имеет такое расположение?
Электронные устройства:
Есть много электронных устройств, которые работают с комбинациями п-п переходы, такие как диоды, солнечные элементы и транзисторы.В этом раздел краткое будет дано объяснение каждого из этих основных устройств.
Диод представляет собой приложение с p-n-переходом, которое действует как выпрямитель для преобразование переменного тока в постоянный. Это связано с способность диода пропускать ток в одном направлении, но не в Другие.
Солнечные элементы представляют собой устройства с p-n-переходом, которые используют солнечный свет для создания электрические энергия. Это энергия фотонов Солнца, которая вызывает в электроны продвигаются в зоны проводимости и несут Текущий.Однако ток, производимый солнечным элементом, невелик. Это требует много солнечных ячеек, чтобы производить ток, достаточный для выполнения крупномасштабной работы. Если выход энергии от солнечных батарей может быть увеличено, солнечная энергия может быть использована для больше, чем отдельные, изолированные приложения.
Транзисторы — еще одно применение p-n перехода. Транзисторы, в отличие от диоды содержат более одного p-n перехода. Из-за этого транзистор может использоваться в цепи для усиления небольшого напряжения или тока в больший или работает как двухпозиционный переключатель.Транзисторы бывают двух основных типов: биполярный переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). Примерно 95% всех электронных систем используют один или оба этих типа устройств.
БЮТ состоят из трех слоев легированных материалов, либо n-p-n или п-н-п в конфигурация. BJT действует как бугорок или плотина в открытом ручье. контролировать количество пропущенного тока; таким образом, по мере того, как бугорок опускается, больше текущий может поток.В BJT высота выпуклости регулируется основанием ток в полупроводник. BJT был изобретен в 1948 году Джоном Бардином, Уолтер Бриттен и Уильям Шокли с использованием германия. BJT остались Только важных трех терминальных полупроводниковых устройств около дюжины годы спустя их изобретение, и помогли запустить современную электронику эпоха.
С начала 1960-х годов полевой транзистор считается одним из самых важный устройства в твердотельной технике.В настоящее время многие из применения BJT были заменены металл-оксидными полупроводниковыми полевыми транзисторами. (МОП-транзисторы). Полевые МОП-транзисторы теоретизировались много лет, прежде чем они смогли стать изготовлено. Причина, по которой полевые МОП-транзисторы не могли быть изготовлены, заключалась в том, что ученые не еще развит методы выращивания высококачественного диоксида кремния (SiO 2 ) на кремний. Полевой транзистор функционирует больше как ворота для управления потоком тока (например, клапан на кран).Полевые транзисторы относительно просты в изготовлении по сравнению с BJT, и они зарекомендовали себя как чрезвычайно быстрые и надежные переключатели в миниатюрных размерах. схема компоненты с гораздо меньшим энергопотреблением, чем у BJT. Самый современный микропроцессоры основаны на устройствах FET — от чипов Pentium в ПК до процессоров супер компьютеры. Транзисторы, диоды и другие электронные устройства объединены в множество различных шаблонов для формирования современных интегральных схем.
Интегральная схема (ИС) была рабочей лошадкой «микроэлектроника эпоха », начавшаяся в конце 1950-х гг.Эти чипы, как правило, сделаны из кремний состоят из комбинаций четырех основных электрических областей. Эти регионы содержат резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы. С 1971 г. Крупномасштабная интеграция (СБИС) позволила миллионы таких регионов быть изготовлен на микросхеме размером всего один квадратный сантиметр. Не только эти элементы схемы становятся меньше, они тоже становятся быстрее. Например современный типичный настольный компьютер на базе Pentium может выполнять десятки миллионы операций в секунду, тогда как современные суперкомпьютеры оценен в гигафлопс (миллиарды операций в секунду).Терафлоп (триллионы из операций в секунду) машины будут готовы к производству 2000 год.
Свойства и обработка электронных материалов:
Преобладание электронных материалов в данной информации возраст должен в часть нескольких фундаментальных научных открытий в девятнадцатый век. Для большинства современных полупроводниковых устройств требуется химическая элементы кремний, германий или галлий (в сочетании с мышьяком), но ни у одного из них не было был изолированные или идентифицированные до 1824 г.Хотя кремний второй самый изобилие элемента в земной коре, оказалось очень трудно отдельный из его природных соединений, таких как диоксид кремния в обычном песке и другие силикатные минералы. Благодаря настойчивости и изобретательности шведский химик по имени Наконец Берцелиус получил неуловимый кремний. Он прореагировал кремнием тетрафторид с металлическим калием и химически восстановил его от его состав чтобы впервые получить элемент кремний.
SiF 4 + 4K —> 4KF + SiБолее чем в десять тысяч раз более редким, чем кремний, существование галлий и германий даже не подозревался, пока таблица элементов было предложено Менделеева в 1868 году. В течение двух десятилетий открытие и характеристика из этих элементов ясно показали, что таблица Менделеева является инструментом, не только для запись химической информации, а также для прогнозирования результатов химического исследовать.Наконец, эти же два элемента вместе с кремний, который предоставил полигон для исследования полупроводников несколько десятилетия спустя.
Согласно очень общим тенденциям свойств на периодической стол, это может быть продемонстрировали, что элементы приобретают металлический характер, когда собираться в слева от точки (строки) или вниз по семейству (столбец). Таким образом было бы ожидал что самые металлические элементы будут находиться в нижнем левом углу угол стол и наименее металлический в правом верхнем углу.Это сделано довольно очевидно, отображая иллюстрированную таблицу Менделеева. Существует постепенный переход свойств с металлических на неметаллические при переходе к право через период и до семьи. Линия разделения обычно размещен на стол в виде лестничного узора с элементами падающий на сторона этой линии слабо классифицируется как полупроводники. Видеть Рисунок 8.
Рисунок 8: Периодическая таблица элементов.Элементы к слева от жирная линия — металлы, а справа — неметаллы. Выделенные элементы являются элементарными полупроводниками или используются в составе полупроводники.
В центре репрезентативных элементов IV группы (углерод семья) элементы были обнаружены некоторые очень важные свойства, которые средний между металлическим и неметаллическим. Возможно, имеет наибольшее значение это характеристика полупроводника.Исключая свинец (и олово ниже его температура перехода), все остальные элементы в семействе могут иметь их атомы расположены так же, как и в алмазе (чистый углерод). В этом форма, углерод обладает очень высоким сопротивлением потоку электричества; таким образом это может считается плохим проводником и классифицируется как электрический изолятор. С другой стороны, олово в его обычном кристаллическом расположении на комната температура, имеет относительно низкое сопротивление потоку электричество; таким образом это достаточно хороший электрический проводник, когда он металлическая форма.Однако олово имеет температуру перехода, выше которой кристалл алмаза структура и гораздо более плохой проводник. И чистый кремний, и чистый германий ведут себя как идеальные изоляторы при абсолютном нуле (-273 C), но при умеренном температуры их сопротивление потоку электричества уменьшается измеримо. Так как они никогда не становятся хорошими дирижерами, они классифицируются как электрические полупроводники.
При выборе полупроводникового материала для электронных приложений, ряд факторов необходимо учитывать.Первостепенное значение имеет собственная запрещенная зона размер (разница в энергии между валентностью и проводимостью) группы). Кроме того, обычные химические и физические свойства основной материал и его соединения также играют важную роль. Кремний имеет преимущество образует защитный поверхностный оксид при нагревании в кислороде. Кремний также формирует стабильные проводящие соединения со многими другими элементами, в том числе металлы, которые помочь произвести к нему стабильные электрические контакты.
Как и углерод, кремний имеет четыре электрона, которые можно использовать для связь, и это называется четырехвалентным. Кремний образует несколько соединений, которые аналогичны с углеродом, например, силан (SiH 4 ) соответствует метан (CH 4 ), и тетрахлорид кремния с четыреххлористым углеродом. В этих соединения, оба углерод и кремний сосредоточены между четырьмя другими равномерно распределенный элементы, образующие тетраэдрическую геометрию молекулы.В своем расширенные соединения как силикаты в кварце, каждый атом кремния окружен четыре кислорода атомы в открытой тетраэдрической сетке. Когда кремний очищается в это элементарной формы, он имеет молекулярную геометрию, подобную алмазу где каждый Атом кремния окружен четырьмя другими атомами, которые окружены четыре и так в расширенной сети.
Материалы на основе арсенида галлия очень полезны в оптоэлектронике. потому что они позволяют высокоэффективное поглощение и излучение света.Будущее исследования будут сосредоточиться на максимальном использовании полезных свойств каждого из этих материалы смешивание и наслоение их для улучшения оптоэлектронной чувствительности, потребляемая мощность и скорость передачи сигнала.
Производство полупроводников состоит из двух основных этапов. схемы для компьютеры и другие электронные устройства, рост и производство. Во-первых, это необходимо для выращивания почти идеальных кристаллов полупроводника материал, который нарезаются на тонкие плоские диски, называемые вафлями.Второй шаг, устройство изготовление, включает в себя формирование схем, травление или депонирование компоненты схемы на пластине, а затем секционирование большего вафли в куски меньшего размера, называемые штампами. Изготовление устройств может иногда задействовать более ста шагов.
Рост кристалла:
Выращиваются крупные монокристаллы полупроводников (Si и GaAs). из расплава используя технику Чохральского.Сырье (чистое, как возможно) помещают в тигель и нагревают до температуры выше его плавления точка. А затравочный кристалл помещается в расплавленный полупроводник и извлекается. медленно в вращающаяся мода. Этот метод можно использовать для выращивания кристаллов как большой как двенадцать дюймов в диаметре. Конечный кристалл имеет цилиндрическую форму и должен быть разрезан на тонкие диски с помощью алмазной пилы. Эти вафли затем отполированный используя крошку из очень твердых и мелких частиц, таких как кремнезем (SiO 2 ).Из-за характер процесса затвердевания, окончательный твердый полупроводник чище чем сырье, которое было использовано для его производства. См. Рисунок 9.
Рисунок 9: Техника Чохральского для выращивания одиночных кристалл полупроводники.
Изготовление схемы:
После того, как полупроводниковые пластины достаточной чистоты были изготовлено, схема элементы необходимо размещать на поверхности. Добавлены элементы схемы к пластина с использованием травления или осаждения.Пример использования травление в изготовление схемы было бы травлением нескольких тысяч Ангстремы (10 -8 см) полупроводника между каждым устройством, эффективно изоляция устройств друг от друга. Потому что маленькие столовые сформированный как Результат этого процесса называется мезоизоляцией. Большинство схем элементы однако они осаждаются, имплантируются или выращиваются на поверхности. Эти может включать изоляторы (например, SiO 2 выращивается при изготовлении полевых МОП-транзисторов) или металлы (например,грамм.. Алюминий наносится для подключения устройств к микросхеме.) Допанты могут быть имплантировали на поверхность пластины и позволяли диффундировать в материал нагревая его. И травление, и осаждение требуют процесса, называемого фотолитография. На рисунке 9 показан типичный процесс фотолитографии. используется для мезы изоляции, а на рисунке 10 показано осаждение металла. После многих на пластине сформированы устройства, они разделены на отдельные фишки с помощью процесса секционирования.
Рисунок 10: Типичный процесс фотолитографии для изоляции устройства на микросхеме. На этапе А тонкий слой светочувствительного полимер помещается на чип. На этапе B свет выборочно освещает часть полимер. Неэкспонированная часть снимается в проявке. процесс на этапе C. незащищенная поверхность чипа стравливается химический процесс в шаге D. Наконец, на этапе E, оставшийся полимер удаляется, оставляя месу нетравленный полупроводник, окруженный протравленной областью.
Рисунок 11: Нанесение металла на полупроводник. По шагам A и B, Чип покрыт светочувствительным полимером и свет обнажает полимер в область, в которой металл должен быть помещен на микросхему. В шаг C, открытая область удаляется в процессе, называемом развивается. Металл покрывает поверхность на этапе D. Это делается путем испарения металла и позволяя пар конденсироваться на поверхности полупроводника.Когда оставшийся полимер удаляется на этапе E, металл остается только в области незащищенный полимер.
Резюме полупроводника:
Полупроводниковые приборы теперь ежедневно влияют на нашу жизнь. Несмотря на то что изоляторы и проводники полезны сами по себе, полупроводники, такие поскольку кремний и арсенид галлия кардинально изменили способ в котором миллиарды людей живут. Их промежуточная способность проводить электричество в комнатная температура делает их очень полезными для электронных Приложения.Для Например, современная компьютерная индустрия стала возможной благодаря способность кремниевые транзисторы для работы в качестве быстрых переключателей включения / выключения.
У всех материалов есть энергетические зоны, в которых могут существовать их электроны. В металлах, валентная зона частично заполнена, и электроны могут двигаться сквозь материал. Однако в полупроводниках существует запрещенная зона, которая существует, и электроны не могут легко перепрыгнуть через зазор при низких температурах. В выше температуры, большее количество электронов полупроводника может перепрыгнуть через зазор; И его соответственно повышается проводимость.Электрические свойства также могут быть измененным легирование (добавление примесей к полупроводниковому материалу). Этот тоже является одним из их большие активы.
Добавление примесей в полупроводниковый материал может привести к двум другой типы электрического поведения. Это так называемые n (отрицательные) и р материалы (позитивного) типа. Элементы группы V, такие как мышьяк, добавлены в кремний или германий производит n-тип за счет своего дополнительного валентного электрона.III группа такие материалы, как бор, производят p-тип, поскольку они имеют только три валентность электроны. Когда материал n-типа соединен с p-типом материал, устройство демонстрирует поведение диода. То есть ток может течь в одном направление через интерфейс, но не через другой.
Диоды не только действуют как выпрямители, они также привели к развитие транзистор. Биполярный переходной транзистор (BJT) — это диод с в третьих добавлен материал для создания второго интерфейса.Либо npn, либо pnp типы существуют, но их основная работа по сути такая же, как у двух диодов подключен к друг с другом. Правильное смещение напряжений на каждом диод устройство может допускать большое усиление тока. Сегодня металл окись полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFETS) заменили BJT во многих Приложения. Теперь миллионы транзисторов можно разместить на одиночный кремний микросхема или интегральная схема. Эти микросхемы IC более надежны и потреблять меньше мощности, чем большие схемы на электронных лампах прошлого.
Производство электронных устройств состоит из двух основных этапов. из сырых материалы. Сначала полупроводник расплавляется и затравочный кристалл используется, чтобы возьмите большой кристалл чистого твердого полупроводника из жидкость. Вафли полупроводники нарезаются и полируются. Далее схема узор вытравлен или нанесены с использованием фотолитографического процесса. Наконец, отдельные фишки отделены от оригинальной пластины.
Скорость электронных вычислений также значительно увеличилась с появлением интегрированный схема. Время цикла современных компьютеров теперь измеряется в наносекунды. Оптоэлектронные (лазерные диоды) исследования расширяют уже существующие огромная ставка на какая информация может быть передана. В общем, полупроводники продолжать продвигать технический прогресс в 21 век.
Следующая тема: Список литературы
Полупроводники Содержание
MAST Home Page
Проводит ли стекло электричество? — Задайте вопрос стеклу
Как правило, стекло очень плохо проводит электричество, по крайней мере, когда оно холодное.
«Лампочки, рентгеновские трубки и многие другие электротехнические изделия изготовлены из стекла. Одна из причин, по которой стекло выбрано для этих изделий, заключается в его превосходной электроизоляционной способности. Стекло, как и другие изоляционные материалы, обеспечивает высокое сопротивление прохождению Это свойство называется объемным удельным сопротивлением, когда оно измеряет сопротивление потоку электричества по всему телу стекла, и удельное поверхностное электрическое сопротивление, когда оно измеряет сопротивление потоку вдоль поверхности.«
«Объемное сопротивление стекла примерно в 10 18 (миллион, миллион, миллион) раз больше, чем у меди … Проводимость или способность проводить электричество обратно пропорциональна удельному сопротивлению». ОТ: Адамс, П. Брюс, Все о стекле. Корнинг, Нью-Йорк: Corning Glass Works, 1984, стр. 14.
Однако ответить на ваш вопрос не так просто. Стекло проводит электричество в горячем состоянии, но не в холодном состоянии.
Вот объяснение Роберта Х. Брилла, заслуженного ученого-исследователя Музея стекла Корнинга:
«Я считаю, что ответ кроется в физических и структурных изменениях, которые происходят на молекулярном уровне, когда стекло нагревается до повышенных температур.Чтобы проводить электричество, материал должен иметь несколько заряженных частиц, которые являются мобильными и могут перемещаться через материал при приложении к нему напряжения. (Например, электроны быстро и легко перемещаются через металл, а катионы и анионы легко перемещаются через водные растворы.) При комнатной температуре стекло можно рассматривать как состоящее из гигантской и непрерывной трехмерной сетки кремния и кислорода. атомы соединены прочными ковалентными связями. Между ними расположены положительно заряженные катионы натрия и кальция, удерживаемые ионными связями.Они связаны с заряженными атомами кислорода, свисающими с кремний-кислородных цепочек, составляющих сеть. Все прочно удерживается на месте, потому что все химические связи очень сильны. Это то, что делает стекло в целом жестким материалом. Кинетическая энергия, которой обладают все атомы, в основном имеет форму колебаний. Если стекло нагревается, некоторые из более слабых химических связей разрываются (те, которые несколько искажены, потому что стекло не превратилось в правильную симметричную кристаллическую решетку). Таким образом, стекло начинает слегка размягчаться.При дальнейшем повышении температуры следующие самые слабые связи разрываются, и стекло становится еще мягче. В какой-то момент структура разрушилась до такой степени, что положительно заряженные катионы (Na +, K +, Ca ++, Fe +++ и т. Д.) Могут освободиться и стать подвижными. Это означает, что они могут двигаться сквозь размягченное стекло. Движение заряженных частиц составляет электрическую проводимость, и тогда на электродах, создающих электрическое поле, могут происходить окислительно-восстановительные реакции. По мере того, как стекло нагревается, оно становится более жидким (его вязкость уменьшается), и ионы могут двигаться быстрее.Таким образом, в отличие от металлических проводников, проводимость размягченного стекла увеличивается с температурой, а не уменьшается. Надеюсь, это поможет. Это хороший способ проиллюстрировать, что поведение, которое мы наблюдаем на макроуровне, можно визуализировать (я надеюсь, правильно) на том, что происходит на молекулярном уровне ».
10.1 Электрические цепи и токи | Передача энергии в электрических системах
Вероятно, вы уже знакомы с компонентами электрической цепи из предыдущих классов.Вы помните, что у нас есть особый способ рисования компонентов цепи на электрической схеме? У каждого компонента есть свой символ.
Рассмотрим подробнее источники энергии в электрических цепях.
Ячейки
Электрические элементы являются источником энергии для электрической цепи. Откуда эта энергия?
Внутри клетки находится ряд химикатов. Эти химические вещества хранят потенциальной энергии .Когда ячейка находится в замкнутом контуре, химические вещества вступают в реакцию друг с другом. В результате электронам дается потенциальная энергия, необходимая для того, чтобы начать движение по цепи. Когда электроны движутся, они обладают как потенциальной, так и кинетической энергией. Электрический ток — это движение электронов по проводящим проводам.
Ячейки бывают разных размеров. Ячейки разного размера обеспечивают электрическую цепь разным количеством энергии. Типы ячеек, которые вы будете использовать в игрушках, фонариках и других небольших приборах, варьируются по размеру от AAA, AA, C, D до 9-вольтных размеров.Элементы AAA, AA, C и D обычно имеют номинальное напряжение 1,5 В, но элементы большего размера имеют большую емкость. Это означает, что более крупные клетки прослужат дольше, прежде чем станут «плоскими». Клетка становится плоской, когда она больше не может поставлять энергию посредством своих химических реакций.
Батареи разного размера.Когда мы покупаем элементы в магазине, их обычно называют батареями. Это может немного сбивать с толку, потому что на самом деле батарея состоит из двух или более ячеек, соединенных вместе. Поэтому, когда мы ссылаемся на батарею на принципиальных схемах, нам нужно нарисовать две или более ячейки, соединенные вместе.
Это задание — хорошая возможность как для групповой, так и для индивидуальной работы. Учащиеся могут проводить исследования в группе, а затем писать свои абзацы индивидуально. Разные учащиеся в одной группе могут иметь разные центры утилизации, расположенные ближе всего к месту их проживания. Вы можете оценить как качество их письменного ответа, так и точность их информации.
Не работающие аккумуляторы нельзя выбрасывать в мусорные баки.Их нужно утилизировать.
ИНСТРУКЦИЯ:
Узнайте, почему батареи нельзя выбрасывать в обычные мусорные баки. Напишите абзац, чтобы объяснить, почему.
Батареи содержат токсичные химические вещества, которые могут просачиваться в почву и загрязнять окружающую среду.Разные батареи содержат разные вещества. Свинцово-кислотные батареи, используемые в автомобилях и других транспортных средствах, особенно вредны для окружающей среды.
Узнайте, где можно утилизировать аккумуляторы в вашем районе. Запишите подробные сведения о центре (ах), ближайшем к вашему месту жительства.
Этот ответ будет полностью зависеть от того, где живет ученик.В некоторых районах будет практически нет доступа к специализированным пунктам сбора, но в большинстве магазинов Pick ‘n Pay, Spar и Woolworths теперь есть контейнеры для утилизации аккумуляторов, и в стране есть различные компании, которые также предлагают эту услугу. Большинство городских свалок также перерабатывают батареи отдельно.
Резисторы
Что такое резисторы? Чтобы разобраться, что это такое, давайте сначала вспомним о проводниках и изоляторах.
Мы специально изучаем электричество, поэтому теперь мы можем говорить о электрических проводниках и изоляторах . Электрический проводник — это вещество, которое позволяет электрическому заряду проходить через него. Изолятор — это вещество, которое не позволяет электрическому заряду проходить через него.
Вспомните нашу модель металлической проволоки и то, как электроны могут перемещаться по проволоке. Металлический провод — проводник электричества. Запишите некоторые материалы, не проводящие электричество.
Некоторые материалы, не проводящие электричество, — это пластик, стекло и керамика.
Как вы думаете, почему большинство проводящих проводов окружено пластиком?
Это связано с тем, что пластик является электрическим изолятором и поэтому изолирует провод.
Резисторы немного того и другого.Они позволяют электронам проходить через них, но не облегчают задачу. Говорят, что противостоят движению электронов. Следовательно, резисторы влияют на электрический ток в цепи.
Принесите в школу чайник, чтобы учащиеся могли видеть элемент внутри чайника. Также используйте большую лампу накаливания, чтобы показать им нить накаливания в лампе в качестве примера резисторов.
Но зачем нам сопротивляться движению электронов? Резисторы могут быть чрезвычайно полезными.Подумайте о чайнике. Если вы заглянете внутрь, то увидите большую металлическую катушку.
Заглядывая внутрь чайника.Эта металлическая спираль является нагревательным элементом. Если вы включите чайник, элемент нагревается и нагревает воду. Элемент представляет собой большой резистор. Когда электроны проходят через резистор, они затрачивают много энергии на преодоление сопротивления. Эта энергия передается окружающей среде в виде тепла. Это тепло полезно для нас, поскольку оно нагревает нашу воду.
Первый электрический свет был сделан в 1800 году человеком по имени Хэмфри Дэви. Он изобрел электрическую батарею, и когда он подключил к ней провода и кусок углерода, углерод засветился, как углеродный резистор, производящий свет.
Изобретатель Томас Эдисон экспериментировал с тысячами различных материалов резисторов, пока в конце концов не нашел подходящий материал, чтобы лампочка светилась более 1500 часов.
Хороший пример использования резисторов — лампочки. Давайте подробнее рассмотрим различные части лампочки, чтобы увидеть, как она работает.
Постарайтесь приготовить несколько ламп накаливания, чтобы учащиеся могли подержать их и посмотреть. В качестве дополнения вы можете попросить учащихся изучить использование аргона, а не обычного воздуха в качестве газа внутри лампочки.Аргон используется потому, что он является инертным газом и предотвращает окисление нити накала, тем самым продлевая срок ее службы.
Вопросы этого задания будут обсуждаться и отвечать на них в процессе их выполнения в классе. Учащиеся могут не знать ответов, но после обсуждения того, как с ними работает электрическая лампочка, они должны написать свои собственные ответы.
Лампа накаливания.МАТЕРИАЛЫ:
ИНСТРУКЦИЯ:
- Если у вас есть лампочки, внимательно изучите различные детали, в противном случае посмотрите фотографии, представленные здесь.
- Прочтите информацию о том, как работает лампочка, и определите пронумерованные детали.
- Ответьте на следующие вопросы.
Лампа накаливания означает излучение света в результате нагрева.
Схема частей лампочки.Как работает лампочка.
Лампочка представляет собой герметичный закрытый стеклянный корпус (номер 1).В основании лампы находятся два металлических контакта (цифры 7 и 10), которые подключаются к концам электрической цепи. Металлические контакты прикреплены к двум жестким проводам (номера 3 и 4).
Эти провода прикреплены к тонкой металлической нити. Посмотрите на лампочку. Можете ли вы идентифицировать нить накала? Это номер 2 на диаграмме. Нить накала сделана из вольфрамовой проволоки. Это элемент с высоким сопротивлением.
ВОПРОСЫ:
Когда электроны движутся через нить накала, они испытывают высокое сопротивление.Это означает, что они передают большую часть своей энергии нити накала, когда проходят через нее. Энергия передается окружающей среде в виде тепла и яркого света. Опишите передачу энергии в этой лампочке.
Электрическая энергия передается в тепло и свет.
Какова полезная выходная энергия и каковы потери энергии в этой лампочке?
Свет — это полезная мощность, а тепло — потерянная мощность.
Вы видите, что нить свернута в спираль? Как вы думаете, почему это так? Обсудите это со своим классом и учителем.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это дополнительный вопрос, так как учащиеся будут рассматривать только факторы, влияющие на сопротивление позже, поэтому обсудите это в классе.Это сделано для того, чтобы вольфрам большей длины поместился в небольшом пространстве, чтобы увеличить сопротивление и, следовательно, яркость лампы.
Нить накала закреплена на стеклянной ножке (номер 5). Есть два небольших опорных троса, чтобы удерживать нить (номер 6). Как вы думаете, почему стебель сделан из стекла?
Стекло — это электрический изолятор, поэтому он не проводит электричество, и весь ток проходит через нить накала.
Внутренняя часть цоколя лампы сделана из изоляционного материала. Это желтая часть, обозначенная цифрой 8. С внешней стороны металлический проводящий колпачок, к которому прикреплен провод под номером 7. Почему прикреплен провод? на 7 контактирует с металлическим проводящим колпачком?
Это сделано для того, чтобы электрический ток мог проходить через электрический контакт под номером 10, а затем через провод под номером 7, который касается внутренней части металлического изоляционного колпачка.
Если у вас в классе есть лампа, вкрутите лампу в лампу и включите ее, чтобы наблюдать за свечением нити накала и за тем, как она нагреется.
Ссылка в поле «Посетить» представляет собой интерактивное руководство и набор заданий и викторин для проверки электрических цепей и принципиальных схем.
Сопротивление, которое вещество оказывает цепи, измеряется в омах (Ом). Если мы хотим использовать резисторы для управления током, нам нужно знать величину сопротивления. На фото показано несколько распространенных резисторов.
Некоторые общие резисторы.Вы видите, что на резисторах есть полосы разного цвета? Это не только для того, чтобы они выглядели приятными для глаз. Цветные полосы на самом деле являются кодом, который сообщает нам сопротивление резистора.У нас также есть резисторы, в которых мы можем сами регулировать сопротивление. Это называется переменным резистором. Вы уже видели символ для рисования резистора на принципиальной схеме. Нарисуйте электрическую схему в пространстве ниже с двумя лампочками, двумя ячейками, открытым выключателем и резистором.
Схема ученика должна выглядеть следующим образом:
Электрический ток может иметь различные эффекты.Давайте узнаем больше о том, что это такое.
Почему алюминиевая фольга проводит электричество? — Видео и стенограмма урока
Проводники и изоляторы
Прежде чем мы узнаем, что делает алюминиевую фольгу проводником, нам нужно узнать, что делает любой материал проводящим. Что касается электропроводности, материалы обычно можно разделить на две категории: проводники и изоляторы. Проводники — это материалы, которые позволяют электронам свободно перемещаться через них при приложении заряда.Изоляторы в данном случае — это не тот тип, который согревает ваш дом, а скорее изоляторы в этом контексте — это материалы, которые не позволяют электронам свободно перемещаться через них при приложении заряда. Другими словами, электричество легко проходит через проводники, но не через изоляторы.
Итак, что определяет, протекают ли электроны через материал при приложении этого заряда? Это связано с самыми удаленными электронами в атомах материала. Твердые материалы состоят из атомов, связанных друг с другом, образуя узор, называемый решеткой.Каждый атом состоит из одного ядра, окруженного облаком электронов. Внешние электроны известны как валентных электронов . Является ли материал проводником или изолятором, зависит от того, насколько хорошо они удерживают валентные электроны.
Валентные электроны изолятора прочно связаны со своим родительским атомом. Когда на изолятор подается заряд, валентные электроны сохраняют свои позиции. Поскольку заряду некуда деваться, электричество не может проходить через материал.В проводнике валентные электроны не связаны прочно со своим родительским атомом. Когда к проводнику прикладывается заряд, он сбивает валентный электрон с его родительского атома. Затем этот только что свободный электрон отталкивает валентный электрон от другого атома и так далее. Это создает цепную реакцию движущихся электронов, называемую электронным током в проводнике.
Проводимость алюминиевой фольги
Итак, теперь, когда мы знаем, как работают проводники, что делает алюминиевую фольгу хорошим проводником? Оказывается, не только алюминиевая фольга, но и делает все металлы хорошими проводниками.Когда создаются металлические связи, они освобождают валентные электроны от своих родительских атомов. Эти свободных электрона текут через решетку металла в случайных направлениях. Посмотрите на эту диаграмму, появившуюся здесь:
Красные кружки представляют собой свободные электроны в алюминии, текущие в случайных направлениях вокруг атомов, представленных синими кружками. Когда в металл вводится заряд, свободные электроны немедленно переходят из случайных направлений в одно направление.Это создает электрический ток в металле. Как и все другие металлы, алюминий из-за этого является отличным проводником. Фактически, это четвертый лучший дирижер после золота, меди и серебра.
Что касается вида фольги, то оказалось, что это неважно. Невозможно придать алюминию форму, чтобы он не был проводником. Неважно, есть ли у вас алюминиевый блок, фольга, проволока или любая другая форма. Все они дирижеры по тем же причинам, что и те, которые мы рассмотрели в этом уроке.
Резюме урока
Хорошо, прежде чем мы подведем итоги, давайте рассмотрим важную информацию из этого урока. Алюминиевая фольга, как известно, является проводником электричества, что означает, что электроны могут свободно перемещаться через материал, когда к нему приложен заряд. В этом отличие от изоляторов , которые не позволяют зарядам свободно проходить через них.
Что определяет, является ли объект проводником или изолятором, так это то, насколько сильно атомы, составляющие материал, удерживают свои внешние электроны, называемые валентными электронами .Проводники слабо удерживают валентные электроны. При приложении заряда валентные электроны отделяются от атомов в цепной реакции, создавая электрический ток через проводник. Изоляторы прочно удерживают свои валентные электроны. При приложении заряда валентные электроны изолятора не отделяются, и ток не течет.
Алюминий — хороший проводник, потому что это металл. В металлах валентные электроны уже отделены металлическими связями между атомами.Мы называем эти электроны, которые разрывают связь со своим атомом , свободными электронами . Они легко начинают двигаться всякий раз, когда к металлу прикладывают заряд. Нарезка алюминия на фольгу не влияет на это свойство. Алюминий всегда будет проводником, независимо от его формы.
Проводников — Изоляторы — Полупроводники — Основы — Полупроводниковые технологии от А до Я
Электронная зонная структура — это энергетическая схема для описания проводимости проводников, изоляторов и полупроводников.Схема состоит из двух энергетических зон (валентной зоны и зоны проводимости) и запрещенной зоны. Валентные электроны, которые служат носителями заряда, расположены в валентной зоне, в основном состоянии зона проводимости не занята электронами. Между двумя энергетическими зонами есть запрещенная зона, ее ширина влияет на проводимость материалов.
Энергетические диапазоны
Если мы рассмотрим отдельный атом, согласно модели Бора у атомов есть резко различные энергетические уровни, которые могут быть заняты электронами.Если есть несколько атомов бок о бок, они взаимозависимы, дискретные уровни энергии разветвляются. В кристалле кремния содержится примерно 10 23 атомов на кубический сантиметр, так что отдельные энергетические уровни больше не различимы друг от друга и, таким образом, образуют широкие диапазоны энергий.
Уровни энергии атомов, находящихся во взаимозависимости с другими атомами
Ширина энергетических зон зависит от того, насколько сильно электроны связаны с атомом.Валентные электроны на самом высоком энергетическом уровне сильно взаимодействуют с электронами соседних атомов и могут быть сравнительно легко решены из атома; при очень большом количестве атомов один электрон больше не может быть отнесен к одному единственному атому. В результате энергетические зоны отдельных атомов сливаются в непрерывную полосу, валентную зону.
Энергетические зоны атомов, находящихся во взаимозависимости с другими атомами
Ленточная модель проводников
В проводниках валентная зона либо не полностью занята электронами, либо заполненная валентная зона перекрывается с пустой зоной проводимости.Как правило, оба состояния возникают одновременно, поэтому электроны могут перемещаться внутри частично заполненной валентной зоны или внутри двух перекрывающихся зон. В проводниках отсутствует запрещенная зона между валентной зоной и зоной проводимости.
Ленточная модель изоляторов
В изоляторах валентная зона полностью занята электронами за счет ковалентных связей. Электроны не могут двигаться, потому что они «заперты» между атомами. Для достижения проводимости электроны из валентной зоны должны перейти в зону проводимости.Это предотвращает появление запрещенной зоны, которая находится между валентной зоной и зоной проводимости.
Только при значительных затратах энергии (если это вообще возможно) можно преодолеть запрещенную зону; что приводит к незначительной проводимости.
Зонная модель полупроводников
Даже в полупроводниках есть запрещенная зона, но по сравнению с изоляторами она настолько мала, что даже при комнатной температуре электроны из валентной зоны могут подниматься в зону проводимости. Электроны могут свободно перемещаться и действовать как носители заряда.Кроме того, каждый электрон также оставляет за собой дыру в валентной зоне, которая может быть заполнена другими электронами валентной зоны. Таким образом, в валентной зоне появляются блуждающие дыры, которые можно рассматривать как носители положительного заряда.
Всегда есть пары электронов и дырок, так что отрицательных зарядов столько же, сколько положительных, полупроводниковый кристалл в целом нейтрален. Чистый нелегированный полупроводник известен как собственный полупроводник. На кубический сантиметр приходится около 10 10 свободных электронов и дырок (при комнатной температуре).
Поскольку электроны всегда находятся в наиболее низком энергетическом состоянии, они падают обратно в валентную зону и рекомбинируют с дырками, если отсутствует подача энергии. При определенной температуре устанавливается равновесие между электронами, поднимающимися в зону проводимости, и электронами, падающими назад. С повышением температуры количество электронов, которые могут перепрыгивать через запрещенную зону, увеличивается, и, таким образом, увеличивается проводимость полупроводников.
Модель ремешка
Поскольку ширина запрещенной зоны представляет собой определенную энергию, соответствующую определенной длине волны, пытаются изменить ширину выборочно, чтобы получить определенные цвета светоизлучающих диодов (LED).Этого можно добиться, комбинируя разные материалы. Арсенид галлия (GaAs) имеет ширину запрещенной зоны 1,4 эВ (электрон-вольт при комнатной температуре) и, таким образом, излучает красный свет.
Собственная проводимость кремния не представляет интереса для функционирования компонентов, поскольку она зависит, среди прочего, от подводимой энергии.