Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)
§ 31. Електричний струм. Електрична провідність матеріалів
ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Об'єднайтеся в групи. Пригадайте і запишіть за 1 хв назви пристроїв, для роботи яких необхідний електричний струм. Порівнявши результати, визначте групу, яка склала найдовший перелік, і групу, яка склала найоригінальніший перелік.
1. Що називають електричним струмом?
Проведемо дослід. Поставимо на столі два електрометри (А і Б) і зарядимо один із них, наприклад електрометр А негативно (рис. 31.1, а). З’єднаємо кондуктори електрометрів металевим стрижнем, закріпленим на пластмасовій ручці. За відхиленням стрілок електрометрів видно, що заряд електрометра А зменшився, а незаряджений електрометр Б отримав заряд (рис. 31.1, б). Це означає, що певна кількість заряджених частинок (у цьому випадку електронів) перейшла стрижнем від одного приладу до іншого. Кажуть, що у стрижні існував електричний струм.
Електричний струм — це напрямлений рух заряджених частинок.
Рис. 31.1. Якщо заряджений електрометр з'єднати з незарядженим за допомогою провідника, частина заряду перейде на незаряджений електрометр
А ЯК НАСПРАВДІ?
Часто для візуалізації теми «Електричний струм» використовують зображення, що подано на рисунку. А як насправді рухаються вільні заряджені частинки, коли вони своїм рухом створюють електричний струм?
2. За яких умов можливі виникнення та існування електричного струму?
З огляду на означення електричного струму сформулюємо першу умову для його виникнення та існування в середовищі: у середовищі мають бути заряджені частинки, які можуть вільно переміщатися. Такі частинки ще називають носіями струму.
Однак цієї умови недостатньо для того, щоб у середовищі існував електричний струм. Для створення та підтримування напрямленого руху вільних заряджених частинок необхідна також наявність електричного поля. Саме завдяки дії сили з боку електричного поля рух заряджених частинок набуде впорядкованого (напрямленого) характеру, що й означатиме появу в даному середовищі електричного струму.
3. Які речовини найкраще проводять електричний струм?
Знаючи умови виникнення та існування електричного струму, неважко здогадатися, що електрична провідність — здатність проводити електричний струм — у різних речовин є різною. Залежно від цієї здатності всі речовини й матеріали поділяють на провідники, діелектрики та напівпровідники (про провідники та діелектрики вже йшлося в § 29).
Провідники — речовини та матеріали, які добре проводять електричний струм.
Провідниками є метали (як у твердому, так і в рідкому станах), графіт, водні розчини солей (наприклад, кухонної солі), кислот і лугів, плазма. Висока електрична провідність провідників пояснюється наявністю в них великої кількості вільних заряджених частинок. Так, у металевому провіднику частина електронів, залишивши атоми, вільно «мандрує» по всьому його об’єму, і кількість таких електронів сягає 1023 в кубічному сантиметрі.
Волога земля, тіло людини або тварини добре проводять електричний струм, бо містять речовини, що є провідниками.
Діелектрики — речовини та матеріали, які погано проводять електричний струм.
Діелектриками є багато твердих речовин (ебоніт, порцеляна, гума, скло та ін.), рідин (дистильована вода, гас, спирт, бензин та ін.), газів (кисень, водень, азот, вуглекислий газ та ін.). У діелектриках майже відсутні вільні заряджені частинки.
Провідники й діелектрики широко застосовують у промисловості, побуті, техніці. Так, проводи, якими підводять електричний струм від електростанцій до споживачів, виготовляють із металів — чудових провідників. При цьому на опорах проводи розташовують на ізоляторах, — це запобігає стіканню електричного заряду в землю (рис. 31.2).
• Як ви вважаєте, чому проводи, які прокладають у землі, вкривають шаром діелектрика?
Рис. 31.2. Створення ліній електропередавання неможливе без використання провідників (1) і діелектриків (2)
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Справжнім чемпіоном серед провідників є срібло. Воно в десятки разів краще проводить електричний струм у порівнянні з іншими металами, наприклад сплавами нікелю та хрому. Срібло тримало лідерство більше ніж 100 років! Аж поки не були відкриті наноматеріали, з якими ви познайомилися в § 18. Уже є наукові підтвердження, що суміш міді з наноматеріалом графен проводить електричний струм краще, ніж срібло.
Існує багато речовин (наприклад, ґерманій, кремній, арсен), які називають напівпровідниками. Зазвичай вони погано проводять електричний струм, і їх можна віднести до діелектриків. Однак якщо підвищити температуру, або збільшити освітленість, або додати домішки, у напівпровідниках з’являється достатня кількість вільних заряджених частинок і напівпровідники стають провідниками. Напівпровідники використовують для виготовлення радіоелектронної апаратури, сонячних батарей (рис. 31.3) тощо.
Рис. 31.3. Напівпровідникові кристали використовують для виготовлення сонячних батарей
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що таке електричний струм? 2. Сформулюйте умови виникнення та існування електричного струму. 3. Які речовини відносять до провідників, діелектриків, напівпровідників? Наведіть приклади. 4. Чому метали добре проводять електричний струм? 5. Наведіть приклади використання провідників і діелектриків.
ВПРАВА № 31
1. Запишіть назви кількох предметів, виготовлених із речовин, які є: а) провідниками; б) діелектриками.
2. Яким вимогам має відповідати матеріал для виготовлення корпусів розеток і вимикачів?
3. Чому важко, а іноді практично неможливо зарядити електроскоп у приміщенні з високою вологістю повітря?
4. Чому в досліді, описаному в π. 1 § 31, кондуктори електрометрів з’єднували металевим стрижнем (див. рис. 31.1)? Для чого стрижень був закріплений на пластмасовій ручці? Як зміняться результати досліду, якщо: а) замість металевого стрижня скористатися пластмасовим; б) зарядити електрометр А позитивно?
5. Чи рухаються вільні заряджені частинки в провіднику, коли в ньому немає струму? Поясніть свою відповідь.
6. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся, які речовини є найкращими діелектриками і де їх застосовують.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ
Виготовте тестер електричної провідності й експериментально перевірте інформацію, що міститься в п. 3 цього параграфа.
Вам знадобиться: невелика батарея, на якій має бути надпис «4,5 В» або «9 В», ізольований дріт, лампочка від ялинкової гірлянди з дротами, пластмасовий корпус кулькової ручки, скотч та ножиці.
Зробіть петлю з ізольованого дроту та просуньте його кінці крізь корпус ручки. Акуратно звільніть кінці дроту від ізоляції і зав’яжіть їх у вузол, щоб вони не витягалися. На іншій частині петлі утворіть два розриви й також звільніть кожний кінець дроту від ізоляції. У перший розрив вмістіть звільнені від ізоляції кінці дротів від лампочки і скрутіть їх між собою. Кінці другого розриву приєднайте до контактів батареї і закріпіть скотчем (див. рисунок).
Перевірте роботу тестера: на короткий час з’єднайте кінці дротів, що виходять із корпуса ручки. Лампочка має засвітитися.
Перевірте електричну провідність різних речовин і складіть відповідні переліки. Не забудьте перевірити електропровідність води, водних розчинів солі та цукру.
Ключові терміни
Електричний струм • Провідники • Діелектрики • Напівпровідники
