Ledgroup72.ru

Лед Групп
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Дайте определение проводников электрического тока и диэлектриков. Какие ткани тела человека можно отнести к проводникам электрического тока и к диэлектрикам

Дайте определение проводников электрического тока и диэлектриков. Какие ткани тела человека можно отнести к проводникам электрического тока и к диэлектрикам?

Дайте определение проводников электрического тока и диэлектриков. Какие ткани тела человека можно отнести к проводникам электрического тока и к диэлектрикам?

Проводники – это вещества и материалы, которые хорошо проводят электрический ток. Проводниками являются металлы, водные растворы солей (например, поваренной соли), кислот и щелочей. Хорошая электрическая проводимость проводников объясняется наличием в них большого количества свободных заряженных частиц. Так, в металлическом проводнике часть электронов, покинув атомы, свободно перемещается по всему его объему, и количество таких электронов достигает в см 3 . Влажная земля, тела людей и животных хорошо проводят электрический ток, так как содержат вещества, являющиеся проводниками.

Диэлектрики – это вещества, которые плохо проводят электрический ток. Диэлектриками являются некоторые твердые вещества (эбонит, фарфор, резина, стекло и др.), некоторые жидкости (дистиллированная вода, керосин и др.) и некоторые газы (водород, азот и др.). В диэлектриках почти отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому диэлектрики практически не проводят электрический ток.

Биологические ткани являются хорошим проводником электрического тока. Проводимость тела человека (его электрическое сопротивление) является переменной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов. Ткани содержат значительное количество воды (кость – 22%, жир – 30%, мышцы –70%, внутренние органы – 71-88%, печень, мозг – 76-86%, кровь – 92%, секреты — желудочный сак, молоко, пот – 90-99%), и растворённые в ней соли образуют электролиты, которые переносят электрические заряды в виде ионов, заряженных атомов и молекул.

Нервные стволы обладают самой высокой степенью проведению электрического тока. Затем идут сосуды, наполненные жидкостями: кровью и лимфой. Низкочастотные токи поэтому используют при лечении центральной и периферической нервной системы.

Если человек попадает под провод высоковольтного тока, то он пройдет вдоль потоков лимфатической жидкости и кровеносных сосудов, а также по оболочкам нервных стволов. Гладкая мускулатура внутренних органов — плохой проводник тока, а соединительная и костная ткань, сухая кожа вообще его не проводят.

Поэтому при ударе тока может пострадать жизненно важные органы, которые зависят от работы кровеносных сосудов и центральной нервной системы. К ним относятся: сердце, спинной мозг, органы дыхания.

Перечислить факторы, влияющие на количество лекарственного вещества, которое может всосаться в ткани из раствора при проведении процедуры электрофореза. От чего зависит форетическая активность ионов лекарственных веществ? Пути проникновения лекарственного вещества в организм человека.

Барьерные свойства кожи препятствуют свободному передвижению лекарственных ионов, как это имеет место в растворах, а поэтому при чрезкожном электрофорезе в организм вводится лишь небольшая часть нанесенного на прокладку лекарственного вещества. Для различных веществ эта величина существенно колеблется (от 1 до 10 %), но чаще составляет 4-6 %. На количество вводимого электрофорезом лекарства влияют многие факторы: возраст пациента, место проведения процедуры, состояние кожи, концентрация вещества в растворе, используемый растворитель, знак заряда и размеры вводимых ионов, сила тока и продолжительность процедуры. При прочих равных условиях при электрофорезе через слизистые оболочки в организм вводится на 25-50 % лекарства больше, чем через кожу.

Читайте так же:
Как крепить накладные розетки

Форетическая активность ионов лекарственных веществ зави­сит как от их структуры, так и от степени электролитической дис­социации. Она неодинакова в различных растворителях и опре­деляется диэлектрической проницаемостью. Наи­большей подвижностью в электрическом поле обладают лекар­ственные вещества, растворенные в воде (с=81). Для диссоциа­ции веществ, не растворимых в воде, используют водные раство­ры диметилсульфоксида (ДМСО, е=49), глицерина (е=43) и эти­лового спирта (е=26). Необходимо подчеркнуть, что введение ле­карственных веществ в ионизированной форме существенно уве­личивает их подвижность и фармакологический эффект. С усложнением структуры лекарственного вещества его форетическая подвижность существенно уменьшается.
Форетируемые лекарственные препараты проникают в эпи­дермис и верхние слои дермы. Их слабая васкуляризация приво­дит к накоплению лекарственных веществ в коже, из которой они диффундируют в интерстиций, фенестрированный эндотелий со­судов микроциркуляторного русла и лимфатические сосуды. Пе­риод выведения лекарственного вещества из кожного депо со­ставляет от 3 часов до 15-20 суток. Следовательно, образование кожного депо обусловливает продолжительное пребывание ле­карственных веществ в организме и их пролонгированное лечебное действие.

При электрофорезе лекарственные вещества в организм проникают через выводные протоки потовых и сальных желез, межклеточные промежутки, волосяные фолликулы и в меньшей степени — чресклеточно. Патологические процессы и терапевтические воздействия, способствующие разрыхлению межуточного вещества и повышению пористости кожи, ведут к увеличению количества вводимого электрофорезом лекарства.
Во время процедуры лекарственные вещества проникают неглубоко: сразу после элекрофореза основная часть лекарства обнаруживается в эпидермисе и дерме. Более глубокому проникновению лекарств препятствуют барьерные свойства кожи, в особенности ее электрохимическая активность. Разумеется, от процедуры к процедуре глубина электрогенного перемещения вводимого препарата возрастает. К тому же следует иметь в виду, что за счет диффузии часть лекарственных веществ быстро достигает кровеносных и лимфатических сосудов, разносясь ко всем органам и тканям

§ 12.7 Диэлектрики. Типы диэлектриков и их поляризация

В 1729 г. английский физик Стефан Грей обнаружил, что электрический заряд может перемещаться по одним телам и не перемещаться по другим. Например, по металлической проволоке электричество в его опытах распространялось, а по шелковой нити нет. С тех пор все вещества стали делиться на проводники и непроводники электричества. Последние были названы Фарадеем диэлектриками.

Введённый Фарадеем в 1837 г. термин «диэлектрики» образован от двух слов — греческого «диа» (что значит «через») и английского electric (электрический).

Диэлектриком называют вещество, которое не проводит электрический ток, следовательно в это веществе отсутствуют свободные заряженные частицы (т.е. таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объёму тела). Такими частицами могли бы быть электроны, но в идеальном диэлектрике все электроны связаны с ядром атома, т.е. принадлежат отдельным атомам, и свободно перемещаться по телу не могут. Чтобы нарушить эту связь, нужны сильные воздействующие факторы.

Диэлектрики обладают способностью пропускать через себя электростатическое поле. Проникая через диэлектрики электростатическое поле ослабевает, но всё-таки не до нуля, как это происходит в металлах.

Диэлектриками могут быть вещества в трёх агрегатных состояниях: газообразном (азот, водород), жидком (чистая вода), твёрдом (янтарь, фарфор, кварц).

Всякая молекула представляет собой систему с суммарным зарядом, равным нулю. Поведение молекулы во внешнем электрическом поле эквивалентно диполю. Положительный заряд такого диполя равен суммарному заряду ядер, помещён в «центр тяжести» положительных зарядов; отрицательный заряд равен суммарному заряду электронов и помещён в «центр тяжести» отрицательных зарядов.

Читайте так же:
Вести розетку от автомата

Все диэлектрики делятся на три группы: полярные, неполярные и кристаллические.

Полярные диэлектрики состоят из молекул, которые имеют асимметричное строение, что приводит к несовпадению «центров тяжести» положительных и отрицательных зарядов в молекуле (рис.12.20). Молекула в этом случае представляет собой диполь. В отсутствие внешнего поля Е,благодаря тепловому движению молекул, дипольные моменты ориентированы хаотически и суммарный дипольный момент всех молекул равен нулю . К таким диэлектрикам относятся фенол, нитробензол.

Неполярные диэлектрики состоят из атомов и молекул, которые имеют симметричное строение (рис.12.21) , т.е. «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов совпадают в отсутствие внешнего электрического поля и, следовательно, не обладают собственным дипольным моментом. К ним относят инертные газы, бензол, парафин, водород, кислород.

Кристаллические диэлектрики имеют ионную структуру, — это слабополярные диэлектрики. К ним относятся NaCl, KCl.

При помещении диэлектрика в электрическое поле в его объёме и на поверхности появляются макроскопические заряды. Указанные заряды возникают в результате поляризации диэлектриков.

Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей, т.е. смещение положительных и отрицательных зарядов внутри диэлектрика в противоположные стороны.

Трём группам диэлектриков соответствует три вида поляризации.

Дипольная (ориентационная) поляризация. При отсутствии внешнего поля дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю (рис.12.22, а) . Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле (рис.12.22, б) , то силы этого поля будут стремится повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий момент. Эта ориентация дипольных моментов молекул по полю тем сильнее, чем больше напряжённость электрического поля и ниже температура.

Электронная поляризация. Если неполярную молекулу поместить во внешнее электрическое поле Е, то под действием электрического поля происходит деформация её электронных орбит и молекулы диэлектрика превращаются в диполи, сразу ориентированные вдоль внешнего поля (ядра молекулы при этом смещаются по полю, а электронная оболочка вытягивается против поля и молекула приобретает дипольный момент

Ионная поляризация. Если кристаллический диэлектрик (NaCl) имеющий кристаллическую решётку, в узлах которой правильно чередуются положительные и отрицательные ионы, поместить во внешнее электрическое поле Е, то произойдёт смещение положительных ионов решётки вдоль направления поля, а отрицательных ионов – в противоположную сторону. В результате диэлектрик поляризуется.

Такого рода поляризация называется ионной. Степень ионной поляризации зависит от свойств диэлектрика и от напряжённости поля.

Диэлектрики это материалы которые проводят электрический ток

Проводник – тело, проводящее электрический ток. Различают проводники первого и второго рода.
К первому роду относят: все металлы и их сплавы.
Ко второму роду относят: водные растворы кислот, солей и щелочей.
Чем выше температура тела, тем меньше оно проводит электрический ток, и, наоборот, со снижением температуры проводимость увеличивается.
Металлы с высокой проводимостью используют для кабелей, проводов, обмоток трансформаторов. Металлы и сплавы с низкой проводимостью применяются в лампах накаливания, электронагревательных приборах, реостатах.
Основной параметр, характеризующий проводник – это электрическое сопротивление. Оно выражается отношением падения напряжения в проводнике к току, протекающему по нему, и зависит от температуры окружающей среды.

Читайте так же:
Высота розетки для встраиваемой кухни

Применение проводников:
Проводники используют для заземления электроустановок. В качестве заземляющих проводников и заземлителей используют металлические конструкции сооружений и зданий, соблюдая при этом непрерывность и проводимость цепи. Для заземляющих проводников используют обычно сталь. Если необходимы гибкие перемычки и в других случаях, применяют медь.
Проводники также могут использоваться для выравнивания потенциалов.
Проводники используют в громоотводе, отводя молнию в землю, чтобы она не нанесла никаких повреждений.
Существуют проводники с высоким удельным сопротивлением, которые стойкие к окислению. Такие материалы применяют в электронагревательных приборах, они обладают высокой пластичностью и могут вытягиваться в тонкую проволоку и выкатываться в фольгу. Одним из таких проводником является алюминий.

Механизм проводимости:
Кристаллы имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. При низких t°C у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик (вещества, которые плохо проводят или совсем не проводят электрический ток).
Свойства диэлектриков:

  • Физико – механические и химические свойства диэлектриков
  • Влажностные свойства диэлектриков
  • Тепловые свойства диэлектриков
  • Поляризация К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стёкла, различные смолы, пластмассы, многие виды резины.
  • Металлах
  • Жидкостях
  • Газах
  • Полупроводниках
  • Вакууме

Занимают по проводимости промежуточное
положение между проводниками и диэлектриками

1) электронная (проводимость «n » — типа)
Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si

Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет
во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются
для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами.

  • Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности эл.поля.
  • Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.

свободный электрон
Под воздействием электрического поля электроны и дырки
начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток.

  • Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение «дырки» равноценно перемещению положительного заряда.
  • Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают:
1) донорные примеси (отдающие)

При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As,
один из 5 электронов мышьяка становится свободным
Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких
пределах изменять проводимость кремния.

  • Это проводники » n » — типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда — электроны, а неосновной — дырки.

Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах
изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с
заданными электрическими свойствами.

  • создают «дырки» , забирая в себя электроны.
  • это полупроводники » p «- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда — дырки, а неосновной — электроны.

Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда, количество которых растет при увеличении t°C.

Основным стимулом для изучения полупроводников является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем — это в первую очередь относится к кремнию, но затрагивает и другие соединения (Ge, GaAs, InP, InSb).

Читайте так же:
Как правильно провести электричество от розетки

Кремний — непрямозонный полупроводник, оптические свойства которого широко используются для создания фотодиодов и солнечных батарей, однако его очень трудно заставить работать в качестве источника света, и здесь вне конкуренции прямозонные полупроводники — соединения типа AIIIBV, среди которых можно выделить GaAs, GaN, которые используются для создания светодиодов и полупроводниковых лазеров.

Наиболее важные для техники полупроводниковые приборы — диоды, транзисторы, тиристоры основаны на использовании замечательных материалов с электронной или дырочной проводимостью.

Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус.

Транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором полупроводниковые
пластинки соприкасаются таким образом, что возникает два p-n перехода.

Широкое применение полупроводников началось сравнительно недавно, а сейчас они получили очень широкое применение. Они преобразуют световую и тепловую энергию в электрическую и, наоборот, с помощью электричества создают тепло и холод. Полупроводниковые приборы можно встретить в обычном радиоприемнике и в квантовом генераторе — лазере, в крошечной атомной батарее и в микропроцессорах. Инженеры не могут обходиться без полупроводниковых выпрямителей, переключателей и усилителей. Замена ламповой аппаратуры полупроводниковой позволила в десятки раз уменьшить габариты и массу электронных устройств, снизить потребляемую ими мощность и резко увеличить надежность.

В 1956 г. Ш., Бардин и Браттейн были удостоены
Нобелевской премии по физике «за исследования
полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Особенности электропроводности диэлектриков

Любой радиотехнический материал – проводник, полупроводник или диэлектрик – проводит электрический ток. Но в диэлектриках протекают токи очень малой величины, если даже они находятся под воздействием большого напряжения (500 В и выше).

Электрический ток в диэлектриках – это направленное движение электронов и ионов: положительных и (или) отрицательных ионов.

Основные виды электропроводности диэлектриков

1. Абсорбционные токи

Абсорбционными токами называются токи смещения различных видов замедленной поляризации. Абсорбционные токи при постоянном напряжении протекают в диэлектрике до момента установления равновесного состояния, изменяя свое направление при включении и выключении напряжения. При переменном напряжении абсорбционные токи протекают в течение всего времени нахождения диэлектрика в электрическом поле.

В общем случае электрический ток j в диэлектрике представляет собой сумму сквозного тока jск и тока абсорбции jаб

Ток абсорбции можно определить через ток смещения jсм — скорость изменения вектора электрической индукции D

Сквозной ток определяется переносом (движением) в электрическом поле различных носителей заряда.

2. Электронная электропроводность характеризуется перемещением электронов под действием поля. Кроме металлов она присутствует у углерода, оксидов металлов, сульфидов и др. веществ, а также у многих полупроводников.

3. Ионная – обусловлена движением ионов. Наблюдается в растворах и расплавах электролитов – солей, кислот, щелочей, а также во многих диэлектриках. Она подразделяется на собственную и примесную проводимости. Собственная проводимость обусловлена движением ионов, получаемых при диссоциации[1] молекул. Движение ионов в электрическом поле сопровождается электролизом[2] – переносом вещества между электродами и выделением его на электродах. Полярные жидкости диссоциированы в большей степени и имеют большую электропроводность, чем неполярные.

В неполярных и слабополярных жидких диэлектриках (минеральные масла, кремнийорганические жидкости) электропроводность определяется примесями.

4. Молионная электропроводность – обусловлена движением заряженных частиц, называемых молионами. Наблюдают ее в коллоидных системах, эмульсиях[3], суспензиях[4]. Движение молионов под действием электрического поля называют электрофорезом. При электрофорезе, в отличие от электролиза, новых веществ не образуется, меняется относительная концентрация дисперсной фазы в различных слоях жидкости. Электрофоретическая электропроводность наблюдается, например, в маслах, содержащих эмульгированную воду.

Читайте так же:
Красивый ночник от розетки

Все диэлектрические материалы под воздействием постоянного напряжения пропускают некоторый, хотя обычно и весьма незначительный ток, называемый током утечки. Если для низкокачественных электроизоляционных материалов (дерево, мрамор, асбестоцемент и пр.) ρ лежит в пределах 10 6 -10 8 Ом*м, то для полистирола, фторлона, кварца оно достигает 10 14 -10 16 Ом*м, еще выше значение неионизированных газов. Очевидно, что чем выше ρ, тем выше качество электроизоляционного материала.

По сравнению с электропроводностью проводников и полупроводников электропроводность диэлектриков имеет ряд особенностей.

Во-первых, ввиду очень большого удельного сопротивления диэлектрика ток через объем участка изоляции – объемный сквозной ток Iν – очень мал и сравним с ним оказывается ток по поверхности – поверхностной сквозной ток Is. Поэтому при изучении электропроводности диэлектрика необходимо учитывать наряду с объемным и поверхностный ток, полагая общий ток участка изоляции:

Следовательно проводимость G = I/U cкладывается из двух проводимостей объемной и поверхностной.

Общее сопротивление изоляции определяют как результирующее двух параллельно включенных сопротивлений(объемного и поверхностного):

Под удельным сопротивлением диэлектрика обычно понимают удельное объемное сопротивление, для характеристики Rs вводят понятие удельного поверхностного сопротивления ρs.

Рис.1. Виды электрического тока в диэлектрике

Второй характерной особенностью электропроводности диэлектрика является постепенное спадание тока со временем после подключения постоянного напряжения (замыкания контакта К на рис.1) В начальный промежуток времени в цепи протекает быстро спадающий ток смещения Iсм, плотность которого Jсм=dD/dt (где D=εεЕ — электрическое смещение). Этот ток прекращается за время порядка постоянной времени RC схемы источник-образец диэлектрика, которое обычно мало.

Однако ток продолжает изменяться и после этого, часто в течение минут и даже часов. Медленно изменяющуюся составляющую тока, обусловленную перераспределением свободных зарядов в объеме диэлектрика называют током абсорбции( Iабс). Ток абсорбции связан с поглощением носителей заряда объемом диэлектрика: часть носителей встречает на своем пути ловушки захвата – дефекты решетки, захватывающие и удерживающие носители. Со временем, когда все ловушки заполняются носителями, ток абсорбции прекращается и остается только не изменяющийся во времени сквозной ток Iскв. Который обусловлен прохождением носителей заряда от одного электрода до другого и равен сумме объемного и поверхностного сквозных токов: Iскв= Iν + Is

 SHAPE * MERGEFORMAT 

Рис.2. Изменение тока в диэлектрике после подключения постоянного напряжения.

Ток абсорбции приводит к накоплению носителей заряда в определенных местах диэлектрика – дефектах решетки, границах раздела, неоднородностях. Вследствие появления объемных зарядов распределение напряженности поля в диэлектрике становится неоднородным. Накопление в диэлектрике объемных зарядов приводит к такому нежелательному явлению, как неполный разряд конденсатора при коротком замыкании его обкладок, характеризуемый коэффициентом абсорбции, равным отношению остаточного напряжения к начальному.

При измерении удельного сопротивления ток абсорбции необходимо исключить, выдерживая образец под напряжением в течение некоторого времени.

Кроме перечисленных, электропроводность диэлектриков имеет различный характер в зависимости от агрегатного состояния диэлектрика.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector