План урока жидкие диэлектрики

Обновлено: 05.07.2024

Все вещества по электрическим свойствам условно делятся на три группы: проводники, диэлектрики и полупроводники. Диэлектрики отличаются от других веществ прочными связями электрических положительных и отрицательных зарядов, входящих в их состав. Вследствие этого электроны и ионы не могут свободно перемещаться под влиянием приложенной разности потенциалов. В отличие от диэлектриков в проводниках электрического тока электрические заряды не имеют таких связей, поэтому в проводниках электроны могут свободно перемещаться, создавая явление электрического тока. Практически в диэлектриках в силу ряда причин всегда имеется некоторое количество слабо связанных зарядов, способных перемещаться внутри вещества на большие расстояния. Иными словами, диэлектрики не являются абсолютными непроводниками электрического тока. Однако в нормальных условиях таких зарядов в диэлектриках очень мало, и обусловленный ими электрический ток, называемый током утечки, невелик. Обычно к диэлектрикам относятся вещества, имеющие удельную электрическую проводимость не больше 10 -7 – 10 -8 См/м, проводникам – имеющие проводимость больше 10 7 См/м. К диэлектрикам относятся все газы (включая пары металлов), многие жидкости, кристаллические, стеклообразные, керамические, полимерные вещества. Поскольку свойства вещества сильно зависят от его агрегатного состояния, обычно рассматривают отдельно физические явления в газообразных, жидких и твёрдых диэлектриках.

Жидкие диэлектрики молекулярные жидкости, удельное электрическое сопротивление которых превышает 10 10 Ом см. Как и твердые диэлектрики, жидкие диэлектрики поляризуются в электрических полях: для них характерна электронная и ориентационная поляризация. Диэлектрическая проницаемость (статическая) жидких диэлектриков может достигать значений 10 2 (для частоты 10 4 Гц). В сильных электрических полях происходит электрический пробой жидких диэлектриков, механизм которого (тепловой или электронный) зависит от природы жидкости, ее чистоты, температуры, и др.

Жидкими диэлектриками являются насыщенные ароматические, хлорированные и фторированные углеводороды, ненасыщенные парафиновые и вазелиновые масла, кремнийорганические соединения (полиорганосилоксаны), сжиженные газы, дистиллированная вода, расплавы некоторых халькогенидов и др. Для жидких диэлектриков характерна ковалентная связь электронов в молекулах, а между молекулами действуют ван-дер-ваальсовые силы.

Жидкие диэлектрики применяются в электроизоляционной технике в качестве пропитывающих и заливочных составов при производстве электро и радиотехнической аппаратуры: в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. По применению они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей. Электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость и теплопроводность жидких диэлектриков имеет более высокие значения по сравнению с воздухом и другими газами при атмосферном давлении. Поэтому электроизоляционные жидкие диэлектрики должны обеспечивать повышение электрической прочности твердой пористой изоляции, отвод тепла от обмоток трансформатора, гашение электрической дуги в масляных выключателях. В импульсном электрическом поле их электрическая прочность возрастает.

В жидких диэлектриках бывают два основных механизма электропроводности: ионный и молионный. Ионная электропроводность определяется диссоциацией молекул жидкости, а также содержанием различных примесей или загрязнений, которые часто встречаются на практике, так как жидкости легко загрязняются.

В технически чистых жидких диэлектриках всегда содержатся те или иные примеси, обычно легче диссоциирующие, чем основной диэлектрик, поэтому проводимость в них сильно зависит от чистоты жидкости: на собственную проводимость диэлектрика накладывается примесная проводимость. В зависимости от природы жидкого диэлектрика в нём могут быть разные диссоциирующие примеси. Например, нефтяному электроизоляционному маслу сопутствуют некоторые органические кислоты; само масло является химически нейтральным углеводородом. Эти кислоты благодаря лёгкой диссоциации заметно повышают удельную проводимость масла. Загрязнением в жидком диэлектрике, в частности в том же масле, является и вода, попадающая в него непосредственно из атмосферного воздуха благодаря известной гигроскопичности масла.

Вода в жидком диэлектрике может быть в трёх состояниях: а) молекулярно- растворённое; б) в виде эмульсии, то есть в виде мельчайших капель, находящихся в жидком диэлектрике во взвешенном состоянии; в) в виде избыточной воды, не удерживающейся в эмульсии, выпадающей из неё. Избыточная вода или тонет в диэлектрике, если его плотность меньше 1000 кг/м 3 (например, нефтяное масло), или всплывает на его поверхности, если плотность диэлектрика больше 1000 кг/м 3 (например, хлорированный дифенил – совол).

Вода в жидком диэлектрике может переходить из одного состояния в другое при изменении температуры за счёт изменения растворяющей способности диэлектрика. При повышении температуры растворяющая способность увеличивается и эмульсионная вода полностью или частично переходит в молекулярно растворённое состояние, а избыточная вода – в эмульсионное в зависимости от значения температуры. При понижении температуры происходит обратный процесс. При длительном воздействии высокой температуры сказывается эффект сушки (испарения воды) жидкого диэлектрика. Гигроскопичность жидкости зависит от её состава и от наличия полярных молекул. Полярные молекулы, как правило, отличаются большой активностью, поэтому полярные жидкости легче смешиваются с различными примесями и загрязнениями.

Жидким загрязнением может быть не только вода, но и какая – либо другая посторонняя жидкость.

Остановимся на растворимости в масле различных газов. Жидкие диэлектрики в обычных условиях всегда содержат растворённый газ; в частности, большой способностью к растворению газов отличается нефтяное масло. Разные газы по – разному растворяются в жидкости. Эта их способность обычно определяется в процентах по объёму (коэффициент растворимости). Для примера ниже приведены значения коэффициента растворимости в масле для некоторых газов: воздух 9.4; азот 8.6; кислород 16; углекислый газ 120; водород 7.

Благодаря этому состав воздуха, растворённого в масле, отличается от состава атмосферного воздуха. Обычно атмосферный воздух содержи 78% азота и 21% кислорода (по объёму), а в масле соотношение их будет таким: 69.8% азота и 30.2% кислорода.

Изменение температуры по – разному влияет на растворимость газов в масле. Например, при повышении температуры от 20 до 80 0 С растворимость водорода и азота увеличивается, кислорода несколько понижается, а углекислого газа резко падает.

Рассмотрим ионную электропроводность жидких диэлектриков как основной её вид. Собственная ионная проводимость зависит от способности молекул к диссоциации. Легче диссоциируют молекулы, обладающие чисто ионными связями, так называемые гетерополярные. Диссоциация молекул жидкости происходит и без воздействия электрического поля; установлено, что отношение количества диссоциированных молекул в данном объёме жидкостей к их общему количеству, называемое степенью диссоциации, зависит от относительной диэлектрической проницаемости жидкости. В соответствии с этим правилом полярные жидкости, имеющие большую диэлектрическую проницаемость, имеют повышенную степень диссоциации и повышенную собственную проводимость. У жидкостей неполярных, например нефтяного электроизоляционного масла, собственная проводимость очень мала из – за слабой способности молекул углеводородов к диссоциации. У таких жидкостей электропроводность в основном носит примесный характер, а проводимость зависит как от свойств примеси, так и от её содержания в диэлектрике. Полярные жидкости особенно чувствительны к примесям. Это объясняется тем, что степень диссоциации молекул примесей в жидкости с большой относительной диэлектрической проницаемостью выше, чем в жидкости с малой диэлектрической проницаемостью. В связи с такой особенностью полярных жидкостью у них часто бывает затруднительно отделить собственную проводимость от примесной.

Рассмотрим закономерности молионной электропроводности. При помощи современных оптических микроскопов с большой разрешающей способностью в жидкости можно обнаружить коллоидные частицы разного происхождения и проследить за характером их движения в электрическом поле. Коллоидные частицы переносятся электрическим полем к электроду определённого знака (при определённом напряжении). Для коллоидных частиц примесной жидкости знак заряда частицы зависит от соотношения относительных диэлектрических проницаемостей основной жидкости и примесей. Если относительная диэлектрическая проницаемость примеси меньше, чем основной жидкости, то частицы примеси заряжаются отрицательно, в противном случае – положительно. В случае неоднородного электрического поля коллоидные частицы стремятся в зону максимальной напряжённости электрического поля, к электроду соответствующего знака, вследствие этого концентрация загрязнений здесь сильно повышается за счёт известного снижения её в других зонах. Вообще при молионной электропроводности со временем частицы загрязнений сосредоточиваются у электродов, и таким образом происходит очистка жидкостей от загрязнений. При переменном напряжении вследствие непрерывного изменения направления движения коллоидных частиц эффект очистки от них не наблюдается. Вследствие эффекта очистки с течением времени после включения постоянного напряжения удельное сопротивление жидкости увеличивается.

Пробой – потеря электрической прочности под действием напряжённости электрического поля – может иметь место как в образцах различных диэлектриков и систем изоляции, так и в электроизоляционных системах любого электротехнического устройства – от мощных генераторов и высоковольтных трансформаторов до любого бытового прибора. Сочетание в системах изоляции материалов, разных по электрической прочности, может приводить к серьёзным осложнениям в эксплуатации самых разнообразных электротехнических устройств, особенно высокого напряжения, где изоляция работает в сильных электрических полях и может возникнуть её пробой.

Причины пробоя бывают различными; не существует по этому единой универсальной теории пробоя. В любой изоляции пробой приводит к образованию в ней канала повышенной проводимости, достаточно высокой, чтобы произошло короткое замыкание в данном электротехническом устройстве, создающее аварийную ситуацию, по существу выводящую это устройство из строя. Однако в этом отношении пробой может проявлять себя в разных системах изоляции по – разному. В твёрдой изоляции, как правило, канал пробоя сохраняет высокую проводимость после выключения, приведшего к пробою напряжения, явление протекает необратимо. В жидких и газообразных диэлектриках вследствие высокой подвижности их частиц электрическое сопротивление канала пробоя восстанавливается вызвавшего его напряжения практически мгновенно.

Пробой жидких диэлектриков может быть вызван разными процессами, определяющимися в основном состоянием жидкости, степенью её дегазации и чистотой. Наиболее часто в жидком диэлектрике встречается влага. Газы, также, как и вода, могут находиться в жидкости в разных состояниях от молекулярного до сравнительно крупных включений – пузырьков. Как и в газах, в жидкостях в неоднородных электрических полях наблюдаются формы пробоя: неполный пробой – корона, искровой и дуговой разряд. Установлено, что развитие пробоя начинается с формирования оптических неоднородностей в межэлектродном пространстве: в местах образования будущих каналов пробоя жидкость становится малопрозрачной. Наиболее чёткие фотографии позволяют обнаружить густое переплетение микроскопических тёмных нитей – развивающийся пробой древовидной формы. Высказываются предположения, что такие оптические неоднородности связаны с образованием в жидкости газовых пузырей, вызванных её разогревом токами эмиссии, автоионизацией молекул и ёмкостными токами. Однако такая гипотеза пока количественно не проанализирована и не приобрела формы теории.

В теории А.Геманта рассматривается пробой жидкого диэлектрика, содержащего влагу в виде эмульсии. Согласно расчётам Геманта под действием электрического поля капельки влаги вытягиваются, приобретая форму эллипсоидов. При достаточно большой напряжённости поля вытянутые эллипсоиды соединяются между собой, в результате чего в образовавшемся при этом канале происходит разряд.

Экспериментально установлено, что при повышении напряжения в жидкости, содержащей растворённый газ, перед пробоем появляются газовые пузырьки. В результате пробивное напряжение таких жидкостей значительно падает с понижением давления или с приближением к температуре кипения, то есть в условиях, облегчающих образование газовых пузырьков. Причины образования газовых пузырьков рассматривались в теориях Н.Эдлера, П.А.Флоренского, Ф.Ф.Волькенштейна. Согласно теории Эдлера, вблизи электрода имеется слой жидкости с повышенным удельным сопротивлением, содержащий микроскопические зародыши газовых пузырьков. При прохождении тока через этот слой в сильном электрическом поле выделяется такое количество тепла, что при некотором напряжении указанный слой нагревается до температуры кипения, происходит интенсивное газовыделение и наступает пробой. В электроизоляционных маслах, температура кипения которых выше температуры разложения (110 – 120 0 С), появление газовых пузырьков перед пробоем может быть связано не с испарением жидкости, а с химическим разложением под влиянием нагревания. Кроме того, образование пузырьков и их рост могут происходить под действием газового разряда. В этом случае повышается удельный вес, возрастает вязкость масла, увеличивается температура вспышки. Обработка масел воздействием разрядов называется вольтализацией и находит применение в технике.

В работе, выполненной под руководством Я.И.Френкеля, изучался пробой жидких диэлектриков, содержащих металлические частицы. Было установлено, что сначала частицы приобретают положительный заряд, движутся к катоду, покрывая его толстым рыхлым слоем. Приобретая у катода отрицательный заряд, многие из них движутся к аноду, а с течением времени всё пространство между электродами оказывается заполненным агрегатами частиц, образующих мостики. После этого может произойти пробой. После пробоя частицы с электродов осыпаются на дно сосуда, а между электродами наблюдается тонкая нить – мостик из частиц, сопротивление которой составляет около 25 Ом. Мостик сохраняется около часа, а при пропускании тока – и более длительное время.

Изучение пробоя жидких диэлектриков, содержащих влагу, растворённый газ, примеси твёрдых частиц, весьма важно для практики.

Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в маслах должны полностью отсутствовать. Низкая температура застывания масел (-45 °С и ниже) необходима для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150°С для разных марок.

Наиболее важное свойство трансформаторных масел — стабильность против окисления, т.е. способность масла сохранять параметры при длительной работе. В России все сорта применяемых трансформаторных масел ингибированы антиокислительной присадкой — 2,6-дитретичным бутилпаракрезолом (известным также под названиями ионол, агидол-1 и др.). Эффективность присадки основана на ее способности взаимодействовать с активными пероксидными радикалами, которые образуются при цепной реакции окисления углеводородов и являются основными ее носителями. Трансформаторные масла, ингибированные ионолом, окисляются, как правило, с ярко выраженным индукционным периодом.

В первый период масла, восприимчивые к присадкам, окисляются крайне медленно, так как все зарождающиеся в объеме масла цепи окисления обрываются ингибитором окисления. После истощения присадки масло окисляется со скоростью, близкой к скорости окисления базового масла. Действие присадки тем эффективнее, чем длительнее индукционный период окисления масла, и эта эффективность зависит от углеводородного состава масла и наличия примесей неуглеводородных соединений, промотирующих окисление масла (азотистых оснований, нафтеновых кислот, кислородсодержащих продуктов окисления масла).

I — для южных районов (с температурой застывания не выше -30 °С),

II— для северных районов (с температурой застывания не выше -45°С),

III — для арктических районов (с температурой застывания -60 °С).

Буква А в обозначении класса указывает на то, что масло содержит ингибитор окисления, отсутствие буквы означает, что масло не ингибировано.

- формирование умения вести диалог на основе равноправных отношений и взаимного уважения.

метапредметные:

- самостоятельно определять цель своей работы, оценивать верность гипотез с точки зрения полученной, формулировать собственное мнение.

Межпредметные связи: математика, химия

Методы обучения: по источнику получения знаний – словесный, наглядный, практический; по характеру познавательной деятельности – объяснительно – иллюстративный, репродуктивный, частично – поисковый.
Формы работы: фронтальная, групповая.

Этапы урока

Деятельность обучающихся

Деятельность учителя

Реальный результат

( Цель: обеспечить организационное начало урока и мотивацию учебной деятельности обучающихся)

Приветствие учителя, готовят свое рабочее место.

Приветствие обучающихся, проверка готовности к уроку, предлагает условия работы

Психологическая готовность и эмоциональная настроенность обучающихся на работу

2. Целеполагание и мотивация

( Цель: постановка обучающимися новых целей и задач, планирование их реализации на основе проблемной ситуации, созданной учителем, возбуждение интереса к обсуждаемой теме и умственной активности, подготовка к сознательному восприятию нового материала)

Предлагают формулировки целей и задач урока

Помогает об уча ющим ся сформулировать цели урока. Создает условия для самоопределения об уча ю щихся на деятельность и ее результаты.

Сформулировать диагностические цели урока. Понимание обучающимися своего "незнания", проявление личностной позиции обучающихся в принятии целей и содержания деятельности на уроке

3. Актуализация знаний. (Повторение пройденного мате-риала, подготовка к активной познавате-льной деятельности)

Отвечают на поставленные вопросы

Актуализирует учебное содержание, необходи-мое и достаточное для восприятия нового мате-риала:

- фиксирует все повто-ряемые понятия и алгоритмы в виде схем и символов

Актуализированные знания об опорных понятиях, необходимых для освоения нового учебного материала

4. Изучение нового материала

(Цель: Овладение обучающимися новыми знаниями и способами действий через собственную активную деятельность, организованную учителем)

Выстраивают совмест-но с учителем логику освоения нового учебного материала и получения новых знаний по теме урока. Информационный "хаос" на доске превращают в структурно- логическую схему.

Передать знания по новой теме. Организо-вать целенаправленную познавательную деяте-льность об уча ю щихся, их тренировку в тех действиях, которые являются целью урока. Организовать образова-тельные ситуации развивающего типа.

Коллективное обсуждение и выделение главного, составление речевого высказывания.

5. Закрепление: контроль знаний.

( Цель: привести в систему знания обучающихся, связанные с новым учебным материа-лом и организовать самоконтроль обучающихся по отношению к изученному учеб-ному материалу)

Создать условия для самоконтроля, коррек-ции и самооценки знаний, умений и деятельности об уча ю- щихся.

Умение работать с теоретическим материалом

(Цель: устанавливается соответствие между целью и задачами урока и его результатами, проводится анализ учебной деятельности)

Оценивают эффективность своей деятельности на уроке, анализируют полученные творческие результаты, их практическую и мировоззренческую ценность, анализируют возникшие на уроке трудности и способы их преодоления

Проводит беседу по вопросам: достигнуты ли цели; пригодятся ли полученные знания ; каким образом можно узнать непонятное .

Углубление представлений об электропроводности в жидкостях, применении теории электрического тока в жидкостях на практике.

Умение провести сравнение, критический отбор информации

( Цель: Рефлексия деятельности, содержания учебного материала, настроения и эмоционального состояния учащихся)

Организует проведение рефлексии с помощью таблицы

Умение провести рефлексию

8. Домашнее задание.

(Цели: объяснение особенности выполнения д/з, проведение инструктажа, мотивации к его выполнению)

Самоопределяются в выборе домашнего задания. Записывают домашнее

Создаёт условия для самоопределения обучающихся на выполнение домашнего задания. Предлагает вариативное домашнее задание. Инструктирует о его содержании и объёме

Умение организовать планирование, анализ выполнения домашнего задания

Особенность урока : этот урок нацелен не только на повторение ранее изученного материала, но и на продолжение работы по формированию умений искать информацию, решать задачи, применять знания в разных ситуациях, делать самостоятельно сопоставления.

Содержательный аспект урока

1. Организационный момент.

ДЗ: Обеспечить рабочую обстановку и психологический настрой обучающихся, направленные на организацию продуктивной деятельности.

2. Мотивация познавательной деятельности.

· ДЗ: С оздать условия для возникновения у обучающихся внутренней потребности включения в учебную деятельность .
Организация образовательного пространства: в ходе эвристической беседы подвести обучающихся к необходимости изучения темы: Электрический ток в металлах.

Нашей целью сегодня будет продолжить изучение теории проводимости в жидкостях.

Мы уже знаем, что твердые тела подразделяются на проводники, полупроводники и диэлектрики. Оказывается, и жидкости тоже могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками.
Какие жидкие проводники вы знаете? (Растворы солей, щелочей, кислот)
Какие диэлектрики вы знаете? (Дистиллированная вода)
К жидким полупроводникам относятся расплавленный селен, расплавы сульфидов.
Сегодня мы на уроке будем работать с жидкостями – проводниками. Рассмотрим следующий опыт.
Но прежде чем знакомиться с новыми понятиями, давайте немного повторим. Это мы сделаем для того, чтобы наиболее успешно рассмотреть новые вопросы.

Сегодня на уроке нам предстоит ответить на вопросы:

1) Что такое электрический ток?

2) При каких условиях он возникает и существует

3) Какие жидкие проводники вы знаете? (Растворы солей, щелочей, кислот)
4) Какие диэлектрики встречаютя? (Дистиллированная вода)
5) Что относится к жидким полупроводникам 7

Цель нашего урока - изучение Электрический ток в электролитах. Закон электролиза.

3. Актуализация знаний. Цель: выявить и закрепить знания обучающихся

Форма проведение - фронтальный опрос или проведение проверочной работы - 15 минут ( индивидуальный опрос)

1. Какие еще (кроме свободных электронов) заряженные частицы имеются в металлах? Где они находятся?

1) Положительные ионы; на постоянном для каждого месте
2) Положительные ионы; в узлах кристаллической решетки
3) Атомы; в узлах кристаллической решетки
4) Отрицательные ионы; каждый на определенном месте

2. Какое движение и каких частиц представляет собой электрический ток в металлах?

1) Упорядоченное (однонаправленное) движение свободных электронов
2) Согласованное колебание ионов в узлах кристаллической решетки
3) Упорядоченное смещение положительных ионов

3. Кристаллическая решетка металла, образуемая ионами, имеет положительный заряд. Почему же металлы электрически нейтральны?

4. При каком условии в металлическом проводнике возникает электрический ток?

1) В случае перехода хаотического движения свободных электронов в упорядоченное движение
2) При создании в нем электрического поля
3) При появлении в нем свободных электронов
4) В случае включения его в электрическую цепь

5. Какова скорость распространения электрического тока в цепи?

1) Она равна средней скорости хаотического движения электронов
2) Эта скорость бесконечно велика
3) Она равна скорости упорядоченного движения электронов в проводниках
4) Она равна скорости распространения в цепи электрического поля

6. Движение каких заряженных частиц в электрическом поле принято за направление тока?

1) Электронов
2) Ионов
3) Частиц с отрицательным зарядом
4) Частиц с положительным зарядом

7. На какой схеме направление тока указано стрелкой неправильно?

Ответы на тест по физике Электрический ток в металлах

4. Изучение нового материала.

Д.З. Овладение обучающимися новыми знаниями и способами действий через собственную активную деятельность, организованную преподавателем.

Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза Фарадея.

Жидкости по степени электропроводности делятся на: диэлектрики (дистиллированная вода), проводники(электролиты), полупроводники (расплавленный селен).

Электролит - это проводящая жидкость (растворы кислот , щелочей, солей и расплавленные соли). Электролитическая диссоциация (разъединение) - при растворении в результате теплового движения происходят столкновения молекул растворителя и нейтральных молекул электролита. М олекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Например, растворение медного купороса в воде.

Степень диссоциации - доля молекул, распавшихся на ионы; - возрастает с увеличением температуры; - еще зависит от концентрации раствора и от электрических свойств растворителя.

Электропроводимость электролитов. Ионная проводимость - упорядоченное движение ионов под действием внешнего эл.поля; существует в электролитах; прохождение эл.тока связано с переносом вещества.

Электронная проводимость - также в небольшой мере присутствует в электролитах , но в основном характеризует электропроводимость жидких металлов. Ионы в электролите движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды, между которыми существует разность потенциалов. Тогда на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в электролите возникает эл. ток.

Зависимость сопротивления электролита от температуры. Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется в основном изменением удельного сопротивления. , где альфа - температурный коэффициент сопротивления.

Для электролитов всегда

С опротивление электролита можно рассчитать по формуле:

Явление электролиза - сопровождает прохождение эл.тока через жидкость; - это выделение на электродах веществ, входящих в электролиты; Положительно заряженные анионы под действием электрического поля стремятся к отрицательному катоду, а отрицательно заряженные катионы - к положительному аноду. .На аноде отрицательные ионы отдают лишние электроны ( окислительная реакция ) На катоде положительные ионы получают недостающие электроны ( восстановительная реакция ).

Закон электролиза. 1833г. - Фарадей Закон электролиза определяет массу вещества, выделяемого на электроде при электролизе за время прохождения эл.тока . k - электрохимический эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда в 1 Кл. Зная массу выделившегося вещества, можно определить заряд электрона. Закона электромагнитной индукции Фарадея: какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре э. д. с.

(123.2)

Знак минус показывает, что увеличение потока вызывает э. д. с. т. е. поле индукционного тока направлено навстречу потоку; уменьшение потока вызывает т.е. направления потока и поля индукционного тока совпадают. Знак минус в формуле (123.2) определяется правилом Ленца — общим правилом для нахождения направления индукционного тока, выведенного в 1833 г.

Закон Фарадея можно сформулировать еще таким образом: э.д.с. электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Этот закон является универсальным: э. д. с. не зависит от способа изменения магнитного потока. Э.д.с. электромагнитной индукции выражается в вольтах. Действительно, учитывая, что единицей магнитного потока является вебер (Вб), получим

Применение электролиза

· Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.
Посредством электролиза можно покрыть металлические предметы слоем другого металла. Этот процесс называется гальваностегией. Особое техническое значение имеют покрытия трудноокисляемыми металлами, в частности никелирование и хромирование, а также серебрение и золочение, часто применяемые для защиты металлов от коррозии. Для получения нужных покрытий предмет тщательно очищают, хорошо обезжиривают и помещают как катод в электролитическую ванну, содержащую соль того металла, которым желают покрыть предмет. Для более равномерного покрытия полезно применять две пластины в качестве анода, помещая предмет между ними.
Также посредством электролиза можно не только покрыть предметы слоем того или иного металла, но и изготовить их рельефные металлические копии (например, монет, медалей). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником, членом Российской Академии наук Борисом Семеновичем Якоби (1801-1874) в сороковых годах XIX века

и называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из воска. Этот слепок натирают графитом и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на нём и осаждается слой металла. Это применяется в полиграфии при изготовлении печатных форм.

· Кроме указанных выше, электролиз нашел применение и в других областях:

* получение оксидных защитных пленок на металлах (анодирование);

* электрохимическая обработка поверхности металлического изделия (полировка);

* электрохимическое окрашивание металлов (например, меди, латуни, цинка, хрома и др.);

* очистка воды – удаление из нее растворимых примесей. В результате получается так называемая мягкая вода (по своим свойствам приближающаяся к дистиллированной);

электрохимическая заточка режущих инструментов (например, хирургических ножей, бритв и т.д.).
5. Закрепление: контроль знаний

Цель: привести в систему знания обучающихся, связанные с новым учебным материалом и организовать самоконтроль обучающихся по отношению к изученному учебному материалу

1). Почему нельзя прикасаться к неизолированным электрическим проводам голыми руками? (Влага на руках всегда содержит раствор различных солей и является электролитом поэтому создает хороший контакт между проводами и кожей)

2). Почему для гальванического покрытия изделия чаще используют никель и хром? (большая химическая стойкость, механическая прочность и после полировки дают красивый блеск)

3). При выполнении любой работы, связанной с электричеством, необходимо соблюдать технику безопасности, работать инструментами с изолированными ручками, на изолирующей подставке. Надо помнить, что мокрые руки, поврежденная кожа или большие поверхности контакта увеличивают опасность поражения электрическим током. Почему?
4). Электрокардиография – важнейшее медицинское исследование, позволяющее получать инфор-мацию о работе сердца. Электрокардиограмма – кривая, полученная при регистрации электрохимических импульсов сердца. Почему поверхность кожи под электродами смачивают водой? (Чтобы уменьшить сопротивление кожи и облегчить путь электрическому сигналу по потовым и сальным железам)
6. Подведение итогов

Д.З. устанавливается соответствие между целью и его результатами, проводится анализ учебной деятельности.

2). Почему для гальванического покрытия изделия чаще используют никель и хром? (большая химическая стойкость, механическая прочность и после полировки дают красивый блеск)

3). При выполнении любой работы, связанной с электричеством, необходимо соблюдать технику безопасности, работать инструментами с изолированными ручками, на изолирующей подставке. Надо помнить, что мокрые руки, поврежденная кожа или большие поверхности контакта увеличивают опасность поражения электрическим током. Почему?
4). Электрокардиография – важнейшее медицинское исследование, позволяющее получать инфор-мацию о работе сердца. Электрокардиограмма – кривая, полученная при регистрации электрохимических импульсов сердца. Почему поверхность кожи под электродами смачивают водой? (Чтобы уменьшить сопротивление кожи и облегчить путь электрическому сигналу по потовым и сальным железам)

7. Рефлексия

Д.З. Рефлексия деятельности, содержания учебного материала, настроения и эмоционального состояния обучающихся.

ВВЕДЕНИЕ Жидкие диэле́ктрики — молекулярные жидкости, удельное электрическое сопротивление которых превышает 1010 Ом см. Как и твердые диэлектрики, жидкие диэлектрики поляризуются в электрических полях: для них характерна электронная и ориентационная поляризация.

История возникновения и основные изобретатели в 1956 году. Александр Акимович Воробьёв и его аспирант Василий Дмитриевич Кучин исследовали механизм свечения жидких диэлектриков в пред пробойных электрических полях

Получение жидких диэлектриков Наибольшее применение получили синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов, что связано с их высокой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью, повышенным значением диэлектрической проницаемости и относительно невысокой стоимостью. По зарубежным данным, если цену нефтяного масла принять равной единице, то стоимость хлорированных углеводородов по отношению к маслу равна 4 ¸10, кремнийорганических жидкостей - от 80 до 370, фторорганических жидкостей - до 1150. Однако в связи с токсичностью хлорированных углеводородов их применение сначала ограничилось, а в настоящее время почти повсеместно запрещено, хотя в эксплуатации еще имеется их значительное количество.

Молекулярное строение Жидкие диэлектрики имеют молекулярное строение и могут быть: - НЕПОЛЯРНЫМИ - ПОЛЯРНЫМИ

Химические свойства ПОВЫШАЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ИЗОЛЯЦИИ УЛУЧШАЕТ ТЕПЛООТВОД СПОСОБСТВУЕТ ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Электрические свойства Как и твердые диэлектрики, жидкие диэлектрики поляризуются в электрических полях: для них характерна электронная и ориентационная поляризация. Диэлектрическая проницаемость (статическая) жидких диэлектриков может достигать значений 102 (для частоты 104Гц).

Области применения Жидкие диэлектрики применяются в электроизоляционной технике в качестве пропитывающих и заливочных составов при производстве электро- и радиотехнической аппаратуры: в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры.

Заключение Вывод таков: При сравнении пробивного напряжения чистого трансформаторного масла и трансформаторного масла с водой наблюдается резкое снижение пробивного напряжения последнего по сравнению с чистым маслом, т.е. наличие воды ухудшает его электроизоляционные свойства. Однако, в опыте, где масло было нагрето до 90C, его пробивное напряжение оставалось неизменным. Это говорит о том, что данное масло хорошего качества, нагрев на свойства трансформаторного масла не влияет.

В работе представлен план-конспект открытого урока по физике в 10 классе (физико-математического профиля) "Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков", соответствующего требованиям ГОС УМК Мякишева Г.Я. При проведении урока предусмотрено использование электронного приложения к учебнику Физика: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №43 г.о. Тольятти Самарской области

Открытый урок по физике в 10 классе

Подготовила:

Ильина Ирина Николаевна, учитель физики

Тольятти, 2015 г

Образовательная: раскрыть физическую природу диэлектриков с точки зрения электронной теории; познакомить учащихся с видами диэлектриков и их поляризации; ввести новую физическую величину – диэлектрическую проницаемость.

Развивающая: способствовать развитию познавательной активности, образного мышления; развивать умение учащихся применять полученные знания при решении задач.

Воспитательная: воспитывать чувство ответственности и готовности к сотрудничеству; приобретение навыков общения и самоорганизации; способствовать формированию научного мировоззрения.

Тип урока: комбинированный.

Методы: опрос, лекция, работа с визуальным опорным конспектом, решение задач.

Оборудование: персональный компьютер, мультимедийный проектор, экран, электрометр с набором тел, пластина из оргстекла, лист пластика;

электронное приложение к учебнику Физика: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский;

Этапы урока

Приёмы и методы

ІІ. Активизация знаний.

ІІІ. Изучение нового материала. Лекция.

Беседа, рассказ, сопровождающийся презентацией и демонстрацией опытов

ІV. Закрепление изученного материала.

Выполнение заданий электронного теста. Решение расчётных задач.

V. Домашнее задание

I. Объявить тему, цель и задачи урока.

IІ. Актуализация знаний учащихся. Фронтальный опрос:

1. В чём суть явления электростатической индукции?

2. Чему равна напряженность электростатического поля внутри проводника?

3. В чем суть электростатической защиты?

4. Чему равен электрический заряд внутри проводника?

III. Изучение нового материала. Лекция.

Электрические свойства нейтральных атомов и молекул. Виды диэлектриков.

1. Диэлектрик или изолятор состоит из нейтральных атомов или молекул. Электроны и ядра в нейтральном атоме связаны между собой и не могут перемещаться под действием поля по всему объёму тела, как свободные заряды проводника. Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле.

Рассмотрим атом водорода. Положительный заряд сосредоточен в центре атома. Электрон движется вокруг ядра с большой скоростью: один оборот за 10 -15 с. Это дает основание считать, что центр распределения отрицательного заряда приходится на середину атома, т.е. совпадает с положительно заряженным ядром.

Теперь рассмотрим молекулу поваренной соли NaCl. Атом Na имеет один валентный электрон, слабо связанный с ядром атома, а Cl – семь валентных электронов. При образовании молекулы Cl захватывает валентный электрон Na. Оба нейтральные атома превратились в систему из двух ионов противоположных знаков.

Центр распределения положительного заряда приходится на ион натрия, а отрицательного - на ион хлора, то есть образуется электрический диполь.

Электрическим диполем называют нейтральную в целом систему, состоящую из двух одинаковых по модулю и противоположных по знаку точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Итак, диэлектрики можно разделить на следующие виды:

Неполярные – состоящие из атомов или молекул, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, полиэтилен).

Полярные – состоящие из молекул, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают (спирты, вода, поваренная соль).

2. Поляризацией диэлектрика называют смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны под действием электрического поля.

При внесении полярного диэлектрика в электрическое поле на каждый диполь со стороны поля будут действовать две силы, одинаковые по модулю, но противоположные по направлению. Эти силы создадут момент силы, который повернёт диполь так, чтобы его ось была направлена по силовым линиям поля.

В неполярном диэлектрике под действием поля молекулы деформируются, и их можно рассматривать как упругие электрические диполи.

Вывод: в электрическом поле связанные заряды диэлектрика (и полярного, и неполярного) смещаются в противоположные стороны; происходит поляризация диэлектрика.

Поляризованный диэлектрик сам создаёт электрическое поле Е_1, направленное против напряжённости внешнего поля Е₀. Поэтому поле внутри диэлектрика ослабляется. Напряжённость результирующего поля составляет Е = Е₀ – Е_1.

3. Для характеристики электрических свойств диэлектрика вводят физическую величину – диэлектрическую проницаемость.

Диэлектрическая проницаемость среды – это физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль напряжённости электрического поля Е внутри диэлектрика меньше модуля напряжённости поля Е₀ в вакууме:

Убедимся в этом на опыте (демонстрация): Возьмём электрометр с металлическим диском и зарядим его положительно. Поднесём к диску лист пластика - стрелка электрометра приблизилась к стержню. Значит, диэлектрик ослабляет поле диска.

Напряжённость электрического поля точечного заряда, помещённого в однородный диэлектрик:

Закон Кулона для взаимодействия зарядов в однородном диэлектрике:

IV. Закрепление изученного материала. Первичное восприятие и осознание нового материала.

Электрические свойства нейтральных атомов и молекул. Виды диэлектриков.

Поляризация диэлектриков.

Диэлектрическая проницаемость.

Решить задачи Р-725, 728.

|q₁| = |q₂| = q Из: = q = √ Fεr 2 / k = √ 0,4 10 -3 2,5 36 10 -4 / 9

r = 6 10 -2 м 10 9 = 2 10 -8 Кл = 20 нКл

Дано: СИ Решение:

r = 3 см = 3 10 -2 м Из: = ε = k q / Е r 2 = (9 10 9 4 10 -9 )/2

q = 4 нКл = 4 10 -9 Кл 10 4 9 10 -4 = 2 (парафин)

V. Итог урока и задание на дом.

Оценить работу учеников на уроке.

Задание на дом: § 94, 95.

Литература

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский Физика: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни – М.: Просвещение, 2008. – 366с.

А.П. Рымкевич Физика. Задачник. 10 – 11 класс: Пособие для общеобразователь- ных учебных заведений. – М.: Дрофа, 2004. – 192 с.

Электронное приложение к учебнику Физика: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский;

Читайте также: