XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Волшебное электричество: Проводники и диэлектрики

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Зарубин П.С. 1

---

1НЧОУ СОШ «Светоч» имени А. Доронина г.-к. Анапа, 3"А" класс

Дьякон Е.Н. 1

---

1НЧОУ СОШ «Светоч» имени А. Доронина г.-к. Анапа

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. В современном мире электричество играет огромную роль. Оно обеспечивает работу множества устройств и приборов, делает нашу жизнь комфортной и удобной. Однако для передачи электричества необходимо наличие проводников — материалов, способных свободно пропускать электрический ток.

Проводники — это вещества, обладающие электронной проводимостью, то есть способные переносить электрические заряды. К ним относятся металлы, электролиты и некоторые полупроводники. Благодаря своим свойствам, проводники широко используются в различных отраслях промышленности, науке и технике.

Изучение свойств и применения проводников является актуальным и важным для обеспечения безопасности и надёжности работы электрических систем. Электрические провода и кабели обеспечивают передачу электроэнергии от источника к потребителям, обеспечивая работу промышленных предприятий, жилых домов и других объектов. Однако неправильное обращение с электрическими проводами может быть опасным и привести к пожарам и другим аварийным ситуациям.

Объект исследования: процесс проведения электрического тока различными веществами.

Предмет исследования: проводники и диэлектрики.

Цель исследования: изучить физические свойства проводников и диэлектриков, узнать, как они работают. Познакомиться с использованием проводников в быту для помощи человеку.

Задачи исследования:

1. Определить, какие материалы способны проводить ток, а какие нет

2. Провести опыты для проверки электропроводности различных материалов.

3. Сделать выводы на основе проведенных опытов.

Гипотеза: предположим, что не все материалы являются проводниками электрического тока.

Методы исследования:

1. Просмотр книг, энциклопедий, интернет-ресурсов для детей

2. Проведение опытов

3. Наблюдение

4. Обобщение

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. 1. Проводники и диэлектрики

Мы знаем, что существуют материалы, которые проводят ток. Например, металлические жилы в электропроводах, по которым двигается электрический ток. Благодаря этому мы можем пользоваться компьютером, телевизором, утюгом, феном и другими электроприборами. Кроме этого, есть материалы, которые ток не проводят. Одним из них является резина. Ее используют при изготовлении специальных рукояток для отверток, которыми пользуются электрики. Также не проводит ток изолента, поэтому ее широко используют при ремонте электропроводки (проводов, по которым идет ток).

Электрические проводники — это материалы, способные проводить электрический ток благодаря наличию свободных заряженных частиц. К ним относятся металлы, сплавы металлов, электролиты (растворы солей, кислот и щелочей), ионизированные газы и плазма.

Металлы являются лучшими проводниками электрического тока, так как в них электроны могут свободно перемещаться между атомами и ионами кристаллической решётки.

Среди неметаллов хорошими проводниками являются углерод и графит.

Благодаря своим свойствам, проводники широко используются в различных отраслях промышленности, науке и технике.

Диэлектрики — это материалы, которые практически не проводят электрический ток. Они состоят из атомов и молекул с нейтральным зарядом и характеризуются высоким электрическим сопротивлением. Лучшим диэлектриком является газ.

1. 2. Проводники и диэлектрики в природе и повседневной жизни

Электрические проводники в природе и окружающей среде включают различные материалы и вещества, способные проводить электрический ток.

К ним относятся:

- Металлы и их сплавы: медь, алюминий, железо, золото, серебро и другие. Они обладают высокой электропроводностью и широко используются в электротехнике.

- Вода и водные растворы: вода является хорошим проводником электричества, так как её молекулы способны переносить электрические заряды. Растворы солей и кислот также проводят электричество.

- Грунт и почва: влажная почва и грунты могут проводить электричество благодаря наличию ионов солей и других минералов.

- Человеческое тело: человеческое тело содержит электролиты, такие как кровь и лимфа, которые позволяют проводить электрические импульсы.

Некоторые интересные факты о проводниках утверждают, что:

- Большинство электронных компаний расположены в Силиконовой долине, Калифорния, из-за обилия полупроводников.

- Золото используется в небольших количествах в компьютерных процессорных платах из-за низкого сопротивления.

- Большинство электрических проводников также хорошо переносят тепло.

- Способность материала быть хорошим проводником также зависит от температуры: чем выше температура, тем ниже материал для хорошей проводимости.

- Алюминий часто используется для длинных линий электропередачи из-за своей проводимости.

- Железо не используется в проводке домов, но применяется в электронагревателях из-за способности удерживать тепло.

- Чипы и платы компьютеров или телефонов содержат ценные металлы, такие как золото или серебро, из чипов и плат.

Диэлектрики — это материалы, которые не проводят электричество. К ним относятся:

- Стекло, фарфор, керамика: эти материалы обладают высокими изоляционными свойствами и используются в производстве изоляторов и изоляционных материалов.

- Резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы: они также имеют низкие электропроводные свойства и применяются в качестве изоляторов в электротехнике.

В повседневной жизни проводники используются для передачи электроэнергии, в проводах, кабелях, в электронных устройствах, приборах, а также в качестве материалов для изготовления контактов.

В быту электрические проводники применяются для заземления электроустановок, выравнивания потенциалов, а также в громоотводах для отвода молнии в землю.

Диэлектрики, или изоляторы, практически не проводят электрический ток. В быту они применяются в виде стекла, резины, фарфора и других материалов. Изоляторы широко используются для защиты от электрического тока в быту и промышленности в качестве изоляционного материала на шнурах и кабелях.

Электрические проводники могут оказывать негативное влияние на здоровье человека, особенно низкочастотное электромагнитное излучение. Оно может вызывать головную боль, бессонницу, хроническую усталость, раздражительность и аритмию.

Главным источником низкочастотного излучения являются электрические провода, кабели и мощные электроприборы без инверторных преобразователей, например, электрические обогреватели.

Опасность для здоровья возникает при сокращении расстояния до источника поля, когда напряжённость растёт в разы.

В этой главе мы познакомились с электрическими проводниками и диэлектрикам. Узнали, какие вещества проводят электрический ток, а какие нет. Рассмотрели применение проводников и диэлектриков в повседневной жизни, а также воздействие на здоровье человека. Возможно, в ближайшем будущем мы узнаем о новых материалах, проводящих электрический ток, которые превосходят по своим свойствам уже известные материалы.

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание опытов

Итак, приступаем к самому интересному, проведем опыты и увидим какие материалы проводят электрический ток, а какие нет своими глазами.

Для проведения опытов подготовим светодиод, батарейку и образец вещества. Мы сделаем простую электрическую цепь, в которой батарейка будет служить источником электричества, светодиод нам будет служить индикатором работы цепи, когда он загорается – это означает, что электрический ток проходит через него и соответственно цепь работает. А образцы веществ (медь, графит, алюминий, пластик) будут проводниками электрического тока.

Опыт 1. Электрическая цепь с медным проводником.

Разместим на столе аппликацию, напоминающую по форме разомкнутый в двух местах овал из меди. Аппликация может быть любой формы, но для простоты эксперимента будут использоваться фигуры похожие на круг или овал. На одном из пробелов помещаем батарейку, а на другом светодиод. Нужно убедиться, чтобы провода светодиода и батарейка хорошо соприкасались с нашим проводником (в данном случае медь). В результате мы наблюдали, что светодиод загорелся.

Благодаря проведенному опыту было обнаружено, что медь является хорошим проводником электричества из-за наличия большого количества свободных электронов в её структуре. Это позволяет электронам перемещаться легко и быстро, обеспечивая высокую электропроводность.

Рисунок 1. Электрическая цепь с медным проводником.

Опыт 2. Электрическая цепь с алюминиевым проводником.

В данном опыте делаем все тоже самое, что и в предыдущем. Берем аппликацию из алюминия. На одном из пробелов помещаем батарейку, а на другом светодиод. В результате мы наблюдали, что светодиод загорелся.

Благодаря проведенному опыту мы убедились, что алюминий является хорошим проводником. Это происходит, потому что в этом металле электроны могут свободно перемещаться между атомами. Это позволяет электрическому току проходить через металл.

Алюминий -отличный проводник электричества, он занимает четвертое место после серебра, меди и золота по показателю проводимости тока.

Рисунок 2. Электрическая цепь с алюминиевым проводником.

Опыт 3. Электрическая цепь с графитовым проводником

В данном опыте производим все действия, что и в предыдущих экспериментах. Разница лишь в том, что вместо аппликации мы берем рисунок, нарисованный обычным простым карандашом. Рисунок также, как и аппликация прерывается с двух сторон. Далее также размещаем батарейку, светодиод и наблюдаем, что происходит.

В результате опыта мы видим, что светодиод загорелся. Из чего делаем вывод, что графит проводит электричество, потому что его атомы устроены так, что один электрон может свободно перемещаться.

Электропроводность графита очень высокая. Это делает его одним из лучших проводников электричества.

Рисунок 3. Электрическая цепь с графитовым проводником

Опыт 4. Электрическая цепь с проводником из пластика

В опыте 4 производим все действия, что и в предыдущих. В результате опыта светодиод не загорелся — это указывает на то, что электрическая цепь не работает. Из чего можно сделать вывод, что пластик не является проводником электрического тока. Это происходит из-за того, что пластик имеет плотно связанные электроны, которые не могут свободно перемещаться и переносить электрический заряд. Пластик является изолятором.

Рисунок 4. Электрическая цепь с проводником из пластика

Опыт 5,6,7 Электрическая цепь с проводниками из песка и бумаги

Проведение опытов с проводником из песка, бумажного жгута и мокрого бумажного жгута представлено на рисунках 5-7, результаты опытов представлены в Таблице 1.

Рисунок 5. Электрическая цепь с проводником из песка

Рисунок 6. Электрическая цепь с проводником из бумажного жгута

Рисунок 7. Электрическая цепь с проводником из мокрого бумажного жгута

2.2 Результаты опытов

В этих опытах мы наблюдали на примере простейшей электрической цепи, как действуют разные проводники. (Таблица 1)

Таблица 1

В результате мы пришли к выводу, что медь, алюминий, графит хорошо проводят электрический ток, что позволяет использовать их в электронике и электротехнике. Медь и алюминий проводят электрический ток лучше, чем графит. Пластик электрический ток не проводит, он является изолятором и имеет свои области применения- в качестве изоляционного материала.

Вывод: не все вещества проводят электрический ток.

Опыты показали, что некоторые вещества обладают способностью проводить электрический ток, в то время как другие являются изоляторами. Это связано с наличием или отсутствием свободных электронов в структуре вещества.

Гипотеза доказана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог, можно сказать, что поставленные задачи выполнены: изучив специальную литературу и проведя опыты, мы выяснили, какие вещества проводят электрический ток, а какие нет, что оказывает влияние на этот процесс. Тем самым подтвердили гипотезу.

Мы узнали о свойствах проводником и диэлектриков, рассмотрели примеры практического применения проводников в повседневной жизни и технике, провели большую работу по изучению данного вопроса, сделали интересные опыты.

Существует много предметов пропускающих электрический ток. В целях соблюдения техники безопасности необходимо знать материалы, которые проводят ток и запомнить основные правила:

• Нельзя включать и выключать электроприборы мокрыми руками, так как вода хорошо проводит ток;

• Не допускать попадания в электророзетку металлических предметов: булавок, вилок, ножниц, скрепок;

• Не вытаскивать вилку из розетки за шнур.

Тема изучения проводников электричества очень актуальна, так как развитие электроники требует создания новых материалов с улучшенными характеристиками.

Ученые продолжают работать над поиском новых веществ для проводников и диэлектриков, чтобы улучшить энергоэффективность, производительность и уменьшить тепловыделение электронных устройств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Большая энциклопедия юного экспериментатора. -Издательство АСТ, Л. Вайткене, 2016г.- 224 с.

2. А.А. Пинский «Физика. Учебное пособие для 10 класса школ и классов с углубленным изучением физики».

3. https://pochemu4ka.ru/ сайт «Почемучка»

4. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика/ Под общ.ред. О.Г. Хинн. -М.: ТКО «АСТ», 1995.-480 с.