Провідники та діелектрики

Мета: дослідити струм в різних матеріалах, ознайомитися з провідниками та діелектриками.

Обладнання та матеріали
Джерело струму
Електрохімічна комірка з електродами
Лампа розжарення
Однополюсний вимикач
З’єднувальні провідники

Пластикові та дерев’яні предмети,
металеві скріпки, кухонна сіль,
простий олівець, алюмінієва фольга *
* Не входять до складу набору EdPro Amperia
Дослід здійснено за допомогою набору для проведення лабораторних та демонстраційних робіт з курсу електрики та магнетизму EdPro AMPERIA

ПІДГОТОВКА ДО ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ


1
Підготуйте необхідне для виконання експериментів обладнання та переконайтеся у його справності.
Інформацію про комплектацію набору EdPro Amperia та інструкцію з його використання можна знайти за посиланням: https://amperia.edpro.ua/instruction.
Джерело
струму
Лампа
розжарення
Однополюсний
вимикач
З’єднувальні
провідники
Електрохімічна
комірка


2
Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір EdPro Amperia призначений для роботи групи з 4-х учнів.
Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити, натиснувши на кнопку "МАТЕРІАЛИ ДЛЯ УЧНІВ".

3
Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.
ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ
У процесі роботи лампочка нагрівається — не торкайтеся її для уникнення опіків.
У випадку неправильного під’єднання провідників у колі може відбутися коротке замикання. Хоча джерело струму EdPro Amperia має програмний захист від короткого замикання, все ж варто уникати такої ситуації.
Повний текст рекомендацій з техніки безпеки під час роботи з набором EdPro Amperia доступний за посиланням https://amperia.edpro.ua/safety.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ЗАКОНИ

Електричний струм
Провідники та діелектрики
Електричний струм — впорядкований та напрямлений рух електричних зарядів.
За напрям струму прийнято напрям руху позитивних зарядів, або напрям від плюса джерела живлення до мінуса.

Умови протікання струму у колі є наступними:
1. коло повинно бути замкнутим,
2. у ньому мають бути джерела електричного струму.
Речовини, які добре проводять електричний струм, називають провідниками, а ті, які струм майже не проводять — діелектриками.
Виділяють також інші класи речовин відповідно до їхньої провідності: напівпровідники та надпровідники.

Кількісною характеристикою того, як матеріал проводить струм, є електричний опір. Чим менший опір, тим кращим провідником є матеріал. У діелектриків опір дуже великий.

Провідники сильно відрізняються за опором. Наприклад, графіт проводить електричний струм достатньо погано — він є провідником із великим опором, мідь навпаки — проводить струм добре, має малий опір.
Струм в металах
Заряди, зокрема вільні електрони в металах, рухаються відносно повільно, однак, починають рухатися майже одночасно. Після замикання кола «сигнал» про початок руху, тобто виникнення електростатичного поля, яке створюється джерелом, поширюється зі швидкістю світла.

Швидкість світла становить 3•108 м/с, а швидкість теплового руху електронів при кімнатній температурі:
105 м/с. Якщо через провідник площею 1 мм2  протікає струм 1А, то швидкість впорядкованого руху буде
0,6 ÷ 6 мм/c = 6•10-4 ÷ 6•10-3 мм/c
Види провідності
Метали — провідники, у яких носіями струму є електрони.
У розчинах носіями заряду є позитивні та негативні іони.
У газах — електрони та йони обох видів.
У напівпровідниках — електрони та дірки.

ХІД РОБОТИ З НАБОРОМ AMPERIA


1
Складіть коло за схемою. Замкніть коло та спостерігайте, чи світиться лампочка.

2
Розімкніть вимикач.
Замкніть коло не ключем, а будь-яким металевим предметом (наприклад, скріпкою без ізоляції). Спостерігайте чи світиться лампочка.

3
Замикайте коло фольгою, пластиковою лінійкою, пластмасовою ручкою та іншими предметами. Спостерігайте, чи світиться лампочка.

4
Замкніть електричне коло графітовим стержнем з олівця.
Додаткове завдання №1

5
Замкніть коло смужкою паперу.
Після цього візьміть простий олівець, намалюйте на цій смужці широку (5−10 мм) та щільну (сильно притискаючи олівець) смугу. Замкніть коло цією смугою.
Додаткове завдання №2

6
Візьміть електрохімічну комірку, налийте всередину на 2/3 висоти чистої води, помістіть в комірку електроди та замкніть нею ваше коло. Лампочка світиться чи ні?

Тепер потрохи додавайте кухонну сіль, ретельно перемішуючи, поки сіль не перестане розчинятися, і повторіть експеримент.
Додаткове завдання №3
Зверніть увагу!
Приклади зібраних електричних кіл з використанням компонентів EdPro Amperia та показники на приладах у цьому розділі надані лише в якості ілюстрації, а не як критерій правильності виконання експерименту. Може бути декілька правильних способів зібрати електричне коло за схемою (з перестановками елементів кола, різними варіантами підключення магнітних з'єднань провідників тощо).

Рекомендуємо давати учням лише формальну постановку задачі та можливість знайти власний варіант її практичного розв'язку.
Лабораторні роботи для учнів

Для перегляду учнівської частини лабораторних робіт потрібно бути залогованим у систему.

Натисніть на кнопку "Реєстрація" нижче та пройдіть процедуру реєстрації.


У випадку, якщо ви уже реєструвалися на нашому сайті - натисніть кнопку "Вхід" та увійдіть у систему, використовуючи ваші логін та пароль.