Проводники и диэлектрики

Определения и обозначения

Проводник — вещество или тело, через которое электрический ток проходит сравнительно легко. К проводникам относятся, например, медь и алюминий. Это понятие помогает определить, какие материалы могут передавать ток в электрической цепи.

Диэлектрик — вещество или тело, которое практически не проводит электрический ток. Примеры диэлектриков — резина, стекло и пластмасса. Их используют там, где нужно отделить проводящие части друг от друга или защитить человека.

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц. О наличии тока судят по его действию: например, ток может нагреть провод или заставить работать прибор. Это определение помогает отличить электрический ток от неподвижного электрического заряда.

Свободные заряженные частицы — частицы, способные перемещаться внутри вещества и переносить электрический заряд. В металлах такими частицами являются электроны. Их движение объясняет, почему металл может проводить ток.

Как это устроено

В металлах электрический ток проходит хорошо, потому что часть электронов может перемещаться внутри металла. Такие электроны называют свободными: они не закреплены возле одного атома и могут двигаться по всему телу. Когда металл включён в электрическую цепь, движение электронов переносит заряд. Поэтому металлические детали используют для передачи тока.

В диэлектриках заряженные частицы прочно связаны с атомами и молекулами. Они не могут свободно перемещаться по всему веществу, а значит, им трудно переносить заряд через него. Из-за этого ток проходит через диэлектрик очень плохо. Такое свойство полезно, когда нужно отделить человека или одну часть прибора от проводника.

Разделить вещества на проводники и диэлектрики можно, проверив, насколько легко через них проходит ток в электрической цепи. Если материал позволяет току проходить, он относится к проводникам; если ток почти не проходит — к диэлектрикам. Такая проверка сравнивает материалы по одному и тому же свойству. При этом нужно соблюдать правила безопасности и не проверять вещества, подключая их к опасным источникам тока.

Одно и то же изделие может состоять из материалов с разными электрическими свойствами. Металл внутри провода проводит ток, потому что содержит свободные электроны. Пластмассовая оболочка вокруг него плохо проводит ток и отделяет жилу от рук человека. Значит, материалы выбирают не только по внешнему виду, но и по тому, какую задачу должна выполнять каждая часть.

Проводниками бывают не только металлы: ток могут проводить некоторые растворы, влажная почва и тело человека. В растворе заряженные частицы могут перемещаться, а вода с растворёнными веществами облегчает движение зарядов. Поэтому влажная кожа лучше проводит ток, чем сухая. Прикасаться к электроприборам мокрыми руками опасно: ток может пройти через тело.

Сравнение проводников и диэлектриков

Сначала сравни свойства материалов в первых двух строках: они объясняют, почему материалы относятся к разным группам. Затем посмотри на примеры и применение — так легче связать свойства с устройством провода. Таблица не означает, что любой предмет из диэлектрика безопасен при любых условиях.

Разбор задач

Задача 1. Распредели медь, стекло, резину, алюминий и сухое дерево на проводники и диэлектрики. Нужно вспомнить, насколько легко ток проходит через каждый материал. Не следует ориентироваться только на твёрдость или внешний вид предметов. Запишем ответ, учитывая обычные свойства сухих материалов.

1. Вспомним, что медь и алюминий — металлы, хорошо проводящие ток.
2. Стекло и резина плохо проводят электрический ток, поэтому это диэлектрики.
3. Сухое дерево также относят к диэлектрикам: в сухом состоянии оно проводит ток очень плохо.

Ответ: проводники — медь и алюминий; диэлектрики — стекло, резина и сухое дерево. Уточнение «сухое» важно: влажное дерево может проводить ток лучше, чем сухое. Свойства материала зависят от условий, в которых он находится.

Задача 2. Почему электрический провод изготовлен из металла и покрыт пластмассовой оболочкой? Нужно объяснить назначение каждой части, а не только назвать материалы. Вспомним, что жила должна передавать ток, а оболочка — препятствовать контакту с ней. Поэтому провод состоит из материалов с разными свойствами.

1. Металлическая жила сделана из проводника, например меди, чтобы ток мог пройти по проводу к прибору.
2. Снаружи находится пластмассовая оболочка. Пластмасса — диэлектрик, поэтому ток проходит через неё очень плохо.
3. Оболочка отделяет жилу от рук и других предметов, снижая опасность случайного прикосновения.

Ответ: металл нужен для передачи тока, а пластмасса — для изоляции и защиты. Если оболочка повреждена, к проводу нельзя прикасаться: нужно сообщить об этом взрослому. Наличие пластмассы на неповреждённом проводе не отменяет осторожности с электроприборами.

Задача 3. Выбери безопасную ручку для инструмента, которым работают рядом с электрической цепью: сталь, медь, резина или алюминий. Сначала разделим варианты по способности проводить ток. Затем выберем материал, который лучше изолирует руку от возможного проводника. При этом помним, что работа рядом с электричеством требует осторожности.

1. Сталь, медь и алюминий — металлы, поэтому они проводят ток.
2. Резина — диэлектрик и проводит ток очень плохо.
3. Следовательно, из предложенных материалов для ручки подходит резина: она изолирует руку от металлической части инструмента.

Ответ: резина. Она предпочтительнее металлов, потому что затрудняет прохождение тока. Однако нельзя считать любой инструмент с резиновой ручкой безусловно безопасным: нужно использовать его правильно и выполнять указания взрослых.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что все твёрдые вещества проводят ток. Так думают, потому что многие привычные предметы твёрдые, но твёрдость не определяет электрические свойства. Стекло и резина тоже твёрдые, однако ток проводят очень плохо. Проверь себя: спроси не «твёрдый ли материал?», а «есть ли в нём частицы, способные переносить заряд?»

Ошибка — относить стекло, резину или пластмассу к проводникам из-за сходства с металлическими предметами. Внешний вид не показывает, насколько легко по веществу движутся заряды. Эти материалы обычно являются диэлектриками, даже если предмет из них выглядит блестящим или гладким. Проверяй, из какого материала предмет сделан, а не только как он выглядит.

Ошибка — забывать, что влажные материалы и тело человека могут проводить ток. Это легко упустить, потому что воду часто считают отдельным веществом, не связанным с электричеством. Влага с растворёнными веществами облегчает движение зарядов, а тело человека также способно проводить ток. Для самопроверки вспомни: мокрые руки рядом с электроприбором — опасность, поэтому руки нужно вытереть.

Ошибка — думать, что диэлектрик совсем не взаимодействует с электричеством. Обычно так считают, потому что ток проходит через него плохо. Но слабая проводимость не означает, что материал не может заряжаться или использоваться в электрических устройствах. Проверь себя: диэлектрик плохо проводит ток, однако его применяют для изоляции.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужно знать, что электрическая цепь состоит из источника тока, проводников и потребителя. Ток проявляет себя действием на окружающие тела, и по этому действию можно заметить его наличие. Знание состава цепи помогает понять, какую роль в ней выполняет проводник.

Проводники и диэлектрики связаны с электрическим зарядом и движением заряженных частиц. Именно возможность частиц двигаться помогает объяснить, почему одни вещества проводят ток лучше других. Эти знания пригодятся при изучении устройства проводов, электрических цепей и изоляции.

Понимание свойств материалов помогает соблюдать правила безопасного обращения с электроприборами. Проводник передаёт ток, а изоляция отделяет токоведущие части от человека. Поэтому важно следить за состоянием оболочки проводов и не пользоваться приборами мокрыми руками.

Что запомнить

• Проводники хорошо проводят электрический ток.
• Диэлектрики проводят электрический ток очень плохо.
• В металлах ток создаётся движением свободных электронов.
• Медь и алюминий — проводники.
• Резина, стекло и пластмасса — диэлектрики.
• Пластмассовая и резиновая изоляция защищает человека от поражения током.
• Влажные материалы и тело человека могут проводить электрический ток.