Провідники та непровідники

Експериментальна установка

В електротехніці електричні провідники є найважливішими компонентами. Непровідники використовують також для ізоляції та захисту від електричного струму.

Питома електропровідність насамперед залежить від речовини. Однак, окрім речовини, певну роль відіграє також температура матеріалу. У цьому експерименті температурна залежність не досліджується.

попередні знання

З повсякденного життя учні мають знати, що, наприклад, у домашньому господарстві дроти електричних проводів мають ізоляційні шари, які захищають людей від небезпечного контакту зі струмопровідними частинами.

Принцип

Електропровідність залежить від речовини, тому йдеться про питому провідність. Залежно від матеріалу електрони більш вільні й тому більш рухливі. У провідних матеріалах (головним чином, у металах) у так званій зоні провідності є кілька електронів, які можуть більш-менш вільно переміщатися в речовині.

Мета навчання

Лампа розжарювання в електричному колі використовується для обмеження струму в твердих матеріалах, а також для того, щоб легко визначити, протікає струм чи ні. Завдяки відносно невеликій довжині та великому діаметру досліджуваних "дротів", значення величини сили струму не відрізняються одне від одного під час вивчення кількох металів. В цьому експерименті важливо лише якісно розпізнати, чи проводить речовина струм, чи ні.

Завдання

Учні підключають металеві та неметалеві матеріали до простого електричного кола і досліджують їхню електропровідність. Досліджуючи провідність вологого шнура, учні повинні не лише переконатися, що звичайна питна вода також проводить електричний струм, але й на власному досвіді зрозуміти, наскільки важливо вибрати найбільш сприятливий діапазон вимірювань.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.

Кабель з ізоляцією

Для того, щоб Ви могли заряджати свій смартфон, необхідно зелектричний кабель, який підключає акумулятор смартфона до електромережі. Але чому Ви не отримаєте удар електричним струмом, коли торкаєтеся до проводу, вставляючи його в розетку? Це можна пояснити тим, що струмопровідні жили кабелю покриті ізоляцією.

У цьому експерименті можна дізнатися, що таке електропровідність і які типові речовини можуть проводити електричний струм, а які - ні.

Зберіть просте розімкнуте електричне коло із затискачами типу "крокодил" і перевірте, які з цих матеріалів проводять електричний струм, а які ні.

• Матеріали (провідники і непровідники) досліджуються один за одним. Це такі матеріали (зверху вниз, як показано на рисунку поруч):
  
  Шнур із бавовни, стрижні з дерева, алюмінію (сріблястий), міді (червонуватий), сталі (як алюміній, але важчий і темніший), вуглецю (чорний), ПВХ (пластик) і скла.

• Закріпіть по черзі окремі стрижні з набору провідників і непровідників у двох затискачах типу "крокодил" (шнур поки не досліджуйте).
• Для кожного стрижня: Спостерігайте за яскравістю лампи і виміряйте силу струму .
• Запишіть результати вимірювань у протокол.

• Змініть експериментальну установку як показано на рисунку. Тепер, нарешті, затисніть шнур із бавовни і перевірте електропровідність бавовни. Запишіть свої спостереження в протокол.
• Вийміть шнур із бавовни, повністю намочіть його водою і знову закріпіть його у затискачах типу "крокодил".
• Спостерігайте за лампочкою і знову виміряйте силу струму. У цьому випадку діапазон вимірювань повинен бути зменшений до 50 мкА.

• Приготуйте розчин солоної води: приблизно 1/2 чайної ложки солі на 100 мл води. Переконайтеся, що сіль повністю розчинилася.
• Знову повністю занурте шнур у воду. Злегка стисніть шнур, щоб переконатися, що він повністю просочився розчином солі.
• Потім проведіть вимірювання так само, як і раніше.
• Після експерименту шнур слід добре промити і висушити.

Яскравість лампи

Речовина

Сталь

Алюміній

Мідь

ПВХ

Скло

Дерево

Вугілля

Введіть виміряні значення в таблицю.

Яскравість лампи

Шнур з бавовни

сухий

з водопровідною водою

із солоною водою

Введіть виміряні значення в таблицю.