Дайте определение проводников электрического тока и диэлектриков. Какие ткани тела человека можно отнести к проводникам электрического тока и к диэлектрикам?
Контрольная работа №2
Дайте определение проводников электрического тока и диэлектриков. Какие ткани тела человека можно отнести к проводникам электрического тока и к диэлектрикам?
Проводники – это вещества и материалы, которые хорошо проводят электрический ток. Проводниками являются металлы, водные растворы солей (например, поваренной соли), кислот и щелочей. Хорошая электрическая проводимость проводников объясняется наличием в них большого количества свободных заряженных частиц. Так, в металлическом проводнике часть электронов, покинув атомы, свободно перемещается по всему его объему, и количество таких электронов достигает в см 3 . Влажная земля, тела людей и животных хорошо проводят электрический ток, так как содержат вещества, являющиеся проводниками.
Диэлектрики – это вещества, которые плохо проводят электрический ток. Диэлектриками являются некоторые твердые вещества (эбонит, фарфор, резина, стекло и др.), некоторые жидкости (дистиллированная вода, керосин и др.) и некоторые газы (водород, азот и др.). В диэлектриках почти отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому диэлектрики практически не проводят электрический ток.
Биологические ткани являются хорошим проводником электрического тока. Проводимость тела человека (его электрическое сопротивление) является переменной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов. Ткани содержат значительное количество воды (кость – 22%, жир – 30%, мышцы –70%, внутренние органы – 71-88%, печень, мозг – 76-86%, кровь – 92%, секреты — желудочный сак, молоко, пот – 90-99%), и растворённые в ней соли образуют электролиты, которые переносят электрические заряды в виде ионов, заряженных атомов и молекул.
Нервные стволы обладают самой высокой степенью проведению электрического тока. Затем идут сосуды, наполненные жидкостями: кровью и лимфой. Низкочастотные токи поэтому используют при лечении центральной и периферической нервной системы.
Если человек попадает под провод высоковольтного тока, то он пройдет вдоль потоков лимфатической жидкости и кровеносных сосудов, а также по оболочкам нервных стволов. Гладкая мускулатура внутренних органов — плохой проводник тока, а соединительная и костная ткань, сухая кожа вообще его не проводят.
Поэтому при ударе тока может пострадать жизненно важные органы, которые зависят от работы кровеносных сосудов и центральной нервной системы. К ним относятся: сердце, спинной мозг, органы дыхания.
Перечислить факторы, влияющие на количество лекарственного вещества, которое может всосаться в ткани из раствора при проведении процедуры электрофореза. От чего зависит форетическая активность ионов лекарственных веществ? Пути проникновения лекарственного вещества в организм человека.
Барьерные свойства кожи препятствуют свободному передвижению лекарственных ионов, как это имеет место в растворах, а поэтому при чрезкожном электрофорезе в организм вводится лишь небольшая часть нанесенного на прокладку лекарственного вещества. Для различных веществ эта величина существенно колеблется (от 1 до 10 %), но чаще составляет 4-6 %. На количество вводимого электрофорезом лекарства влияют многие факторы: возраст пациента, место проведения процедуры, состояние кожи, концентрация вещества в растворе, используемый растворитель, знак заряда и размеры вводимых ионов, сила тока и продолжительность процедуры. При прочих равных условиях при электрофорезе через слизистые оболочки в организм вводится на 25-50 % лекарства больше, чем через кожу.
Форетическая активность ионов лекарственных веществ зависит как от их структуры, так и от степени электролитической диссоциации. Она неодинакова в различных растворителях и определяется диэлектрической проницаемостью. Наибольшей подвижностью в электрическом поле обладают лекарственные вещества, растворенные в воде (с=81). Для диссоциации веществ, не растворимых в воде, используют водные растворы диметилсульфоксида (ДМСО, е=49), глицерина (е=43) и этилового спирта (е=26). Необходимо подчеркнуть, что введение лекарственных веществ в ионизированной форме существенно увеличивает их подвижность и фармакологический эффект. С усложнением структуры лекарственного вещества его форетическая подвижность существенно уменьшается.
Форетируемые лекарственные препараты проникают в эпидермис и верхние слои дермы. Их слабая васкуляризация приводит к накоплению лекарственных веществ в коже, из которой они диффундируют в интерстиций, фенестрированный эндотелий сосудов микроциркуляторного русла и лимфатические сосуды. Период выведения лекарственного вещества из кожного депо составляет от 3 часов до 15-20 суток. Следовательно, образование кожного депо обусловливает продолжительное пребывание лекарственных веществ в организме и их пролонгированное лечебное действие.
При электрофорезе лекарственные вещества в организм проникают через выводные протоки потовых и сальных желез, межклеточные промежутки, волосяные фолликулы и в меньшей степени — чресклеточно. Патологические процессы и терапевтические воздействия, способствующие разрыхлению межуточного вещества и повышению пористости кожи, ведут к увеличению количества вводимого электрофорезом лекарства.
Во время процедуры лекарственные вещества проникают неглубоко: сразу после элекрофореза основная часть лекарства обнаруживается в эпидермисе и дерме. Более глубокому проникновению лекарств препятствуют барьерные свойства кожи, в особенности ее электрохимическая активность. Разумеется, от процедуры к процедуре глубина электрогенного перемещения вводимого препарата возрастает. К тому же следует иметь в виду, что за счет диффузии часть лекарственных веществ быстро достигает кровеносных и лимфатических сосудов, разносясь ко всем органам и тканям
Читайте также: Постель какая ткань лучше
какие материалы так называются:проводники__________; изоляторы_________?
ПроводниL9;к — вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, углерод (в виде угля и графита) . Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма) . Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.
Проводниками также называют части электрических цепей — соединительные провода и шины.
Микроскопическое описание проводников связано с электронной теорией металлов. Наиболее простая модель описания проводимости известна с начала прошлого века и была развита Друде.
Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов) . К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью
Изолятор — это средство для изоляции (т. е. отделения, обособления, отграничения) чего-либо от остальной среды. Изоляторами называют:
В технике
Диэлектрик — вещество, не проводящее электрический ток, служащее для отделения одного проводника от другого;
Линейный изолятор — устройство для изоляции воздушных линий электропередачи, выполненное из диэлектрика. Один из видов электрического изолятора;
Электрический изолятор — устройство для изоляции проводов, протянутых по воздуху, от несущих конструкций. Выполнен из диэлектрика;
Оптический изолятор;
Металлический изолятор — устройство для волновой изоляции фрагментов длинной линии друг от друга. Не обеспечивает изоляции по постоянному току. Выполнен из металла.
(электролиты)
Проводники, изоляторы и полупроводники
Любое тело состоит из молекул и атомов. Атом включает в себя отрицательно заряженные электроны и положительно заряженное ядро. Электроны в атоме совершают орбитальные вращения вокруг ядра. В том случае, если сумма отрицательно заряженных электронов равна положительному заряду, то атом считается электрически нейтральным. В таблице Менделеева порядковый номер элемента определяется числом электронов атома с нейтральным зарядом. Электрический заряд электрона равен -1,6*10 -19 Кл. Заряд ядра по абсолютному значению равен заряду электрона, умноженному на число электронов атома с нейтральным зарядом.
Электроны атомов, как правило, расположены на внешних или внутренних орбитах. Те электроны, что расположены на внутренних орбитах, относительно прочно связываются с ядром атома. Валентные электроны, т.е. те, которые находятся на внешних орбитах, могут отрываться от атома и находиться в «свободном» состоянии до тех пор, пока не присоединятся к новому атому. Атом, у которого отсутствует какое-либо количество электронов называется ионом с положительным зарядом. А вот атом, к которому присоединились электроны, называется ионом с отрицательным зарядом.
Процесс формирования ионов называется — ионизацией.
Количество «свободных» ионов или электронов, т.е. частиц, переносящих заряд, в единице объема вещества называют концентрацией носителей заряда.
Электрический ток — это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц.
Электропроводность — это способность вещества, под действием электрического поля, проводить через себя электрический ток.
Чем выше концентрация носителей заряда в веществе, тем больше его электропроводность. В зависимости от способности проводить электрический ток, вещества разделяют на 3 группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.
Проводники электрического тока
Проводники — это вещества с высокой электропроводностью. Проводников бывает 2 типа: с электронной проводимостью и ионной проводимостью. К электронной проводимости относятся металлы и их сплавы. В металлах электрический ток создается перемещением электронов. Проходящий через такие проводники ток никак не сказывается на материале и не изменяет его химическую составляющую.
Высокий уровень электропроводности металлов обусловлен тем, что в них много «свободных» электронов, находящихся в состоянии беспорядочного движения и заполняющие объём проводника словно газ. При таком активном движении электроны сталкиваются с ионами неподвижной кристаллической решётки, состоящей из атомов вещества. В следствии чего электроны изменяют направление движения, скорость и свою кинетическую энергию.
Читайте также: Ткань для развивающего кубика своими руками
Если в проводнике 1-го типа есть электрическое поле, то на заряды проводника действуют силы этого поля, упорядочивая их движение. Свободные электроны двигаются не в хаотическом порядке, а в одном направлении противоположно направлению поля (от минусовой клеммы к плюсовой). Данное упорядоченное движение свободных носителей заряда под действием электрического поля является — электрическим током (проводимости).
Проводники 2-го типа представляют собой растворы или расплавы солей, кислот, щелочей и т. п. в которых не завися от прохождения тока наблюдается электролитическая диссоциация.
Электролитическая диссоциация — это процесс распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы.
Положительные ионами выступают водород и ионы металлов. Отрицательные — гидроксильная группа и кислотные остатки.
Данные растворы или расплавы состоящие из ионов, частично или полностью, называются электролитами. Без воздействия внешнее электрическое поля, молекулы и ионы такого проводника будут находиться в состоянии хаотического движения.
При возникновении в таком проводнике электрического поля, движение ионов приобретает направленное упорядоченное движение, т. е. через проводник протекает ток (проводимости). Положительные ионы двигаются по направлению поля, а отрицательные против.
Полупроводники
Полупроводники — это вещества, электропроводность которых зависит от температуры, освещенности, электрических полей и примесей. К таким материалам относят: кремний, теллур, германий, селен, соединения металлов с серой и окислы металлов. Полупроводники отличаются еще и тем, что кроме электронной проводимости имеют и дырочную электропроводность. Дырочная электропроводность вызывается движением «дырок» из-за влияния электрического поля. «Дырки» — это свободные места в атомах, которые не заняты валентными электронами. Это подобно тому, что положительно заряженные частицы перемещаются так же, как и заряды, равные зарядам электронов. На сегодняшний день, использование полупроводников широко распространено в разных устройствах и приборах, например, в фоторезисторах и полупроводниковых диодах.
Электрические диэлектрики
Диэлектрики — это те вещества, в которых при нормальных условиях очень малое количество свободных электрически заряженных частниц. В следствии чего они обладают низкой электропроводностью. К диэлектрикам относятся газы, минеральные масла, лаки и твердые материалы (кроме металлов). Однако, если на диэлектрик будет действовать высокая температура или сильное электрическое поле, то начнется расщепление молекул на ионы, которые потеряют вследствие этого воздействия свои изолирующие свойства.
В чём отличие проводников от диэлектриков, их свойства и сфера применения
Проводники и диэлектрики — физические вещества, имеющие различную степень электропроводимости и по-разному реагирующие на воздействие электрического поля. Противоположные свойства материалов широко используются во всех сферах электротехники.
Что такое проводники и диэлектрики
Проводники — вещества, со свободными электрическими зарядами, способными направленно перемещаться под воздействием внешнего электрического поля. Такими особенностями обладают:
- металлы и их расплавы;
- природный углерод (каменный уголь, графит);
- электролиты — растворы солей, кислот и щелочей;
- ионизированный газ (плазма).
Главное свойство материалов : свободные заряды — электроны у твёрдых проводников и ионы у растворов и расплавов, перемещаясь по всему объёму проводника проводят электрический ток. Под воздействием приложенного к проводнику электрического напряжения создаётся ток проводимости. Удельное сопротивление и электропроводимость — основные показатели материала.
Свойства диэлектрических материалов противоположны проводникам электричества. Диэлектрики (изоляторы) — состоят из нейтральных атомов и молекул. Они не имеют способности к перемещению заряженных частиц под воздействием электрического поля. Диэлектрики в электрическом поле накапливают на поверхности нескомпенсированные заряды. Они образуют электрическое поле, направленное внутрь изолятора, происходит поляризация диэлектрика.
В результате поляризации, заряды на поверхности диэлектрика стремятся уменьшить электрическое поле. Это свойство электроизоляционных материалов называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика.
Характеристики и физические свойства материалов
Параметры проводников определяют область их применения. Основные физические характеристики:
- удельное электрическое сопротивление — характеризует способность вещества препятствовать прохождению электрического тока;
- температурный коэффициент сопротивления — величина, характеризующая изменение показателя в зависимости от температуры;
- теплопроводность — количество тепла, проходящее в единицу времени через слой материала;
- контактная разность потенциалов — происходит при соприкосновении двух разнородных металлов, применяется в термопарах для измерения температуры;
- временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении — зависит от вида металла.
При охлаждении до критических температур удельное сопротивление проводника стремится к нулю. Это явление называется сверхпроводимостью.
Читайте также: Какое свойство возбудимых тканей характеризуется хронаксией
Свойства, характеризующие проводник:
- электрические — сопротивление и электропроводимость;
- химические — взаимодействие с окружающей средой, антикоррозийность, способность соединения при помощи сварки или пайки;
- физические — плотность, температура плавления.
Особенность диэлектриков — противостоять воздействию электротока. Физические свойства электроизоляционных материалов:
- диэлектрическая проницаемость — способность изоляторов поляризоваться в электрическом поле;
- удельное объёмное сопротивление;
- электрическая прочность;
- тангенс угла диэлектрических потерь.
Изоляционные материалы характеризуются по следующим параметрам:
- электрические — величина пробивного напряжения, электрическая прочность;
- физические — термостойкость;
- химические — растворимость в агрессивных средствах, влагостойкость.
Виды и классификация диэлектрических материалов
Изоляторы подразделяются на группы по нескольким критериям.
Классификация по агрегатному состоянию вещества:
- твёрдые — стекло, керамика, асбест;
- жидкие — растительные и синтетические масла, парафин, сжиженный газ, синтетические диэлектрики (кремний- и фторорганические соединения хладон, фреон);
- газообразные — воздух, азот, водород.
Диэлектрики могут иметь природное или искусственное происхождение, иметь органическую или синтетическую природу.
К органическим природным изоляционным материалам относят растительные масла, целлюлоза, каучук. Они отличаются низкой термо и влагостойкостью, быстрым старением. Синтетические органические материалы — различные виды пластика.
К неорганическим диэлектрикам естественного происхождения относятся: слюда, асбест, мусковит, флогопит. Вещества устойчивы к химическому воздействию, выдерживают высокие температуры. Искусственные неорганические диэлектрические материалы — стекло, фарфор, керамика.
Почему диэлектрики не проводят электрический ток
Низкая проводимость обусловлена строением молекул диэлектрика. Частицы вещества тесно связаны друг с другом, не могут покинуть пределы атома и перемещаться по всему объёму материала. Под воздействием электрического поля частицы атома способны слегка расшатываться — поляризоваться.
В зависимости от механизма поляризации, диэлектрические материалы подразделяются на:
- неполярные — вещества в различном агрегатном состоянии с электронной поляризацией (инертные газы, водород, полистирол, бензол);
- полярные — обладают дипольно-релаксационной и электронной поляризацией (различные смолы, целлюлоза, вода);
- ионные — твёрдые диэлектрики неорганического происхождения (стекло, керамика).
Диэлектрические свойства вещества непостоянны. Под воздействием высокой температуры или повышенной влажности электроны отрываются от ядра и приобретают свойства свободных электрических зарядов. Изоляционные качества диэлектрика в этом случае понижаются.
Надёжный диэлектрик — материал с малым током утечки, не превышающим критическую величину и не нарушающим работу системы.
Где применяются диэлектрики и проводники
Материалы применяются во всех сферах деятельности человека, где используется электрический ток: в промышленности, сельском хозяйстве, приборостроении, электрических сетях и бытовых электроприборах.
Выбор проводника обусловлен его техническими характеристиками. Наименьшим удельным сопротивлением обладают изделия из серебра, золота, платины. Использование их ограничено космическими и военными целями из-за высокой себестоимости. Медь и алюминий проводят ток несколько хуже, но сравнительная дешевизна привела к их повсеместному применению в качестве проводов и кабельной продукции.
Чистые металлы без примесей лучше проводят ток, но в ряде случаев требуется использовать проводники с высоким удельным сопротивлением — для производства реостатов, электрических печей, электронагревательных приборов. Для этих целей используются сплавы никеля, меди, марганца (манганин, константан). Электропроводность вольфрама и молибдена в 3 раза ниже, чем у меди, но их свойства широко используются в производстве электроламп и радиоприборов.
Твёрдые диэлектрики — материалы, обеспечивающие безопасность и бесперебойную работу токопроводящих элементов. Они используются в качестве электроизоляционного материала, не допуская утечки тока, изолируют проводники между собой, от корпуса прибора, от земли. Примером такого изделия являются диэлектрические перчатки, про которые написано в нашей статье.
Жидкие диэлектрики используют в конденсаторах, силовых кабелях , циркулирующих системах охлаждения турбогенераторов и высоковольтных масляных выключателей. Материалы применяют в качестве заливки и пропитки.
Газообразные изоляционные материалы. Воздух — естественный изолятор, одновременно обеспечивающий отвод тепла. Азот применяется в местах, где недопустимы окислительные процессы. Водород применяется в мощных генераторах с высокой теплоёмкостью.
Слаженная работа проводников и диэлектриков обеспечивает безопасную и стабильную работу оборудования и сетей электроснабжения. Выбор конкретного элемента для поставленной задачи зависит от физических свойств и технических параметров вещества.
Какая проводка лучше — сравнение медной и алюминиевой электропроводки
Как работает пьезоэлемент и что это такое пьезоэффект
Что такое электрический ток простыми словами
Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение
Что такое электрическая ёмкость, в чём измеряется и от чего зависит
Какие существуют виды источников электрического тока?