Идеальных диэлектриков нет — при высоком напряжении любой изолятор пробивается.
📊 Сравнение проводников и диэлектриков
Свойство
Проводники
Диэлектрики
Свободные заряды
✓ есть
✗ нет
Передача заряда
да
нет
Примеры
Cu, Fe, Al, Au, Ag; растворы кислот
стекло, резина, пластик, воздух
Применение
провода, контакты
изоляция проводов, корпуса
Полупроводники — третья группа
Кремний (Si) и германий (Ge) — полупроводники: при нормальных условиях проводят плохо, но их проводимость можно менять нагревом, светом или легированием. Именно полупроводники — основа транзисторов, микросхем, солнечных батарей и смартфонов!
Запомни!
Электрический заряд может перемещаться только в проводниках.
Тело человека — проводник (≈ 60% воды). Поэтому ток опасен!
Идеальных диэлектриков нет — при достаточно высоком напряжении любой изолятор пробивается (молния пробивает воздух).
Интерактив — Передача заряда через разные материалы
🔌 Два электроскопа — выбери материал перемычки
Левый электроскоп заряжен. После соединения: проводник — заряд перетекает; диэлектрик — не перетекает.
🔑 Главное в §13
Проводники содержат свободные заряженные частицы (электроны в металлах, ионы в растворах) — заряд перемещается свободно.
Диэлектрики (стекло, резина, пластик) не имеют свободных зарядов — электрический заряд не перемещается.
Тело человека — проводник (60% воды), поэтому ток опасен для жизни.
Полупроводники (Si, Ge) — третья группа: проводимость можно менять нагревом, светом или легированием.
§14 · Физика 8 кл
Электризация через влияние
Заряженное тело перераспределяет заряды в соседнем проводнике без контакта. Незаряженные тела притягиваются к заряженным.
Поднесённое заряженное тело создаёт электрическое поле. Оно действует на свободные электроны проводника: разноимённые притягиваются к ближней стороне, одноимённые отталкиваются на дальнюю.
Без контакта! Убрали палочку → заряды вернулись в исходное состояние.
Как зарядить тело через влияние
палочка → перемычку убрать → палочку убрать
Поднести заряженную палочку к двум телам, соединённым проводником
Убрать перемычку (пока палочка на месте!)
Убрать палочку
Результат: одно тело «+», другое «−».
🌩️ Как образуется молния
Запомни!
Заряды, возникающие через влияние, равны по модулю и противоположны по знаку.
Незаряженные тела притягиваются к заряженным именно из-за влияния: ближняя сторона — разноимённая (притяжение сильнее).
Молния — следствие электризации через влияние в атмосфере.
Заряженное облако → индуцирует противоположный заряд на земле → разряд
📠
Лазерный принтер
Заряженный барабан притягивает тонер через влияние в нужных местах
💧
Струя воды
Заряженная расчёска притягивает струю воды через влияние
🪥
Волосы при расчёсывании
Расчёска заряжается → притягивает незаряженные волосы через влияние
Интерактив — Электризация через влияние
🔄 Перераспределение электронов под действием заряда
📏 Расстояние:далеко
Левая сторона: 0Правая сторона: 0Влияние: 0%
Заряженная палочка создаёт поле — свободные электроны проводника смещаются. На ближней к палочке стороне появляется противоположный заряд, на дальней — одноимённый.
🔑 Главное в §14
Электризация через влияние (индукцию) происходит без контакта — заряженное тело перераспределяет заряды в проводнике.
Ближняя к заряженному телу сторона проводника приобретает разноимённый заряд, дальняя — одноимённый.
Незаряженные тела притягиваются к заряженным: ближняя разноимённая сторона притягивается сильнее, чем отталкивается дальняя.
Молния — следствие электризации через влияние: заряженное облако индуцирует противоположный заряд на земле.
Заряженная масляная капля «зависала» между заряженными пластинами, когда электрическая сила уравновешивала силу тяжести. По условию равновесия можно найти заряд капли. Оказалось: он всегда кратен $1{,}6 \times 10^{-19}$ Кл — это и есть элементарный заряд!
Запомни!
Заряд любого тела дискретен: $q = eN$, $N = 1, 2, 3, ...$
При электризации трением переносятся сами частицы (электроны), а не некое «электричество».
1 Кл — очень большой заряд. В бытовых экспериментах — микро- и наноколоны.
Атом состоит из ядра (протоны + нейтроны) и электронных оболочек; ядро в $10^4$–$10^5$ раз меньше самого атома.
Нейтральный атом: число протонов равно числу электронов.
Катион (+) — атом потерял электрон(ы); анион (−) — атом принял лишние электроны.
Опыт Резерфорда: большинство альфа-частиц проходит насквозь — атом почти «пустой», весь заряд сосредоточен в крошечном ядре.
§17 · Физика 8 кл
Электрическое поле. Электрическое напряжение
Электрическое поле — особая форма материи, создаваемая зарядами. Напряжение $U = A/q$ [В].
🌐 особая форма материи$U = A/q$📐 [U] = В
§17. Электрическое поле. Электрическое напряжение
Электрическое поле
особое состояние пространства вокруг заряда
Электрическое поле — особая форма материи, создаваемая заряженными телами. Оно реально существует независимо от нашего сознания.
Доказательство: поле действует на любой внесённый заряд с определённой силой.
Поле распространяется в пространстве и действует без контакта.
Электрическое напряжение U
$U_{AC} = U_{AB} + U_{BC}$
Напряжение U между двумя точками поля определяет, сколько работы совершают силы поля при переносе заряда между этими точками.
Чем дальше от заряда — тем меньше напряжение: $U_{AC} > U_{AB}$
Напряжения складываются на последовательных участках.
🌐 Сравнение с полем тяготения
📐 Силовые линии электрического поля
Запомни!
Электрическое поле — материально: оно реально существует и действует на заряды.
Источник поля — заряженное тело. Поле существует вокруг него всегда.
Напряжение между точками складывается на последовательных участках.
Силовые линии выходят из «+» и входят в «−». Их гуще — поле сильнее.
⚡
Молния
Очень сильное электрическое поле между грозовым облаком и землёй
🖨️
Принтер
Тонер летит в зоны с другим зарядом под действием электрического поля
📱
Сенсорный экран
Палец меняет электрическое поле у экрана — так смартфон «чувствует» касание
🔋
Батарейка
Создаёт постоянное напряжение (эл. поле) между «+» и «−» полюсами
Интерактив — Силовые линии электрического поля
🌐 Силовые линии и пробный заряд (живая анимация)
|F| ≈ 0 у.е.E поле ≈ 0 у.е.направление: —
Силовые линии выходят из «+» и входят в «−». Где линии гуще — там поле сильнее. Перетаскивай жёлтый пробный заряд мышью, чтобы видеть, как меняется сила.
🔑 Главное в §17
Электрическое поле — особая форма материи, создаваемая заряженными телами; оно реально существует и действует на заряды.
Силовые линии поля выходят из «+» и входят в «−»; чем гуще линии — тем сильнее поле.
Напряжение $U$ между двумя точками характеризует работоспособность поля: $U = A/q$.
Напряжения на последовательных участках складываются: $U_{AC} = U_{AB} + U_{BC}$.
§18 · Физика 8 кл
Единица напряжения. Расчёт работы в электрическом поле
$A = qU$
1 В — напряжение, при котором перенос 1 Кл совершает работу 1 Дж. Формула $A = qU$.
$A = qU$ [Дж]$U = A/q$ [В]1 В = 1 Дж/Кл
§18. Единица напряжения. Расчёт работы в электрическом поле
Определение 1 вольта
1 В = 1 Дж / 1 Кл
1 вольт — это напряжение между двумя точками поля, при перемещении заряда 1 Кл между которыми совершается работа 1 Дж.
Назван в честь итальянца А. Вольта (1745–1827) — создателя первого химического источника тока.
Работа электрического поля
$A = qU$
Работа сил электрического поля по перемещению заряда $q$ между точками с напряжением $U$.
Амперметр (A) — измеряет силу тока. Включается последовательно (в разрыв цепи). Имеет малое сопротивление.
Вольтметр (V) — измеряет напряжение. Включается параллельно нужному участку. Имеет большое сопротивление.
⚠️ Оба прибора: соблюдать полярность («+» к «+» источника)!
⚡ Условные обозначения на схемах
💡 Схема простейшей цепи
Запомни!
Амперметр — последовательно (в разрыв), малое R, соблюдать полярность.
Вольтметр — параллельно участку, большое R, соблюдать полярность.
Нельзя превышать предел измерений прибора!
Амперметр, включённый параллельно — это фактически короткое замыкание.
Интерактив — Электрическая цепь с амперметром и вольтметром
🔌 Замкни цепь и следи за показаниями приборов
$U$ источника:6 В
$R$ нагрузки:6 Ом
Цепь разомкнута: $I = 0$, $U_\text{нагр} = 0$
🔑 Главное в §21
Электрическая цепь: источник + нагрузка + провода + ключ. Ток идёт только в замкнутой цепи.
Амперметр (А) включается последовательно (в разрыв цепи), имеет малое сопротивление.
Вольтметр (V) включается параллельно измеряемому участку, имеет большое сопротивление.
Оба прибора: соблюдать полярность («+» прибора к «+» источника) и не превышать предел измерений!
§22 · Физика 8 кл
Связь силы тока и напряжения. Закон Ома
$I = U/R$
Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
$I = U/R$ [А]$R = U/I$ [Ом]📈 ВАХ — прямая
§22. Закон Ома для участка цепи
Закон Ома (1826)
$I = U/R$
Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.
$R = U/I$ — сопротивление проводника. $U = IR$ — напряжение на участке.
Единица: $1\ \text{Ом} = 1\ \text{В}/\text{А}$
Сопротивление R
$R = U/I$
Сопротивление — мера противодействия проводника движению зарядов. Зависит от материала, размеров, температуры.
Резисторы — элементы с заданным сопротивлением.
⚠️ Короткое замыкание: R→0 → I→∞ → пожар!
📈 Вольт-амперная характеристика (ВАХ)
Угол наклона ВАХ: больший наклон = меньшее сопротивление. Прямая через начало координат = закон Ома выполняется (омический проводник).
Запомни!
$I = U/R$ — ток растёт при росте $U$ и уменьшается при росте $R$.
Сопротивление проводника — его свойство: не зависит от тока и напряжения (для омических проводников).
Короткое замыкание (КЗ): $R \approx 0$ → ток очень большой → нагрев → пожар. Защита — предохранители!
ВАХ резистора — прямая линия. Уклон = 1/R.
💡
Нить накала лампы
$R = 440\ \text{Ом}$ при 220 В → $I = 0{,}5\ \text{А}$; $P = 110\ \text{Вт}$
🔌
Удлинитель
Малое R проводов → небольшое напряжение теряется в самом проводе
⚡
Предохранитель
Плавкий металл с низкой t_пл: при КЗ → ток велик → плавится → цепь разрывается
🎛️
Потенциометр
Переменный резистор — регулятор громкости, яркости, скорости мотора
Интерактив — Закон Ома (виртуальная лаборатория)
🧪 Виртуальная лаборатория: $I = U/R$ с приборами
🔋 U:12 В
⚙️ R:6 Ом
A: 0.00 АV: 0.0 ВP: 0.0 Вт
$I = U/R = 12/6 = 2{,}00$ А
Амперметр (A) подключён последовательно — показывает ток I. Вольтметр (V) параллельно резистору — показывает напряжение U на нём. Меняй U и R слайдерами, наблюдай за стрелками!
🔑 Главное в §22
Закон Ома: $I = U/R$ — ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Сопротивление $R = U/I$ — свойство проводника, не зависит от тока и напряжения (для омических проводников).
ВАХ резистора — прямая через начало координат; угол наклона $\tan\alpha = 1/R$.
Короткое замыкание (КЗ): $R \to 0$ → ток очень большой → нагрев → пожар. Защита — предохранители!
§23 · Физика 8 кл
Единица сопротивления. Расчёт сопротивления
$R = \rho l/S$
Сопротивление зависит от материала, длины и площади сечения проводника.
$\rho$ — удельное сопротивление вещества [Ом·мм²/м]
$l$ — длина проводника [м]
$S$ — площадь поперечного сечения [мм²]
↑$l$ → ↑$R$; ↑$S$ → ↓$R$
Удельное сопротивление ρ
R проводника l=1м, S=1мм²
Серебро
0,016
Медь
0,017
Алюминий
0,028
Железо
0,10
Нихром
1,10
Константан
0,50
Единица ρ: Ом·мм²/м
📊 Визуализация зависимостей сопротивления
Сверхпроводимость
При очень низких температурах (−269°C для Hg) сопротивление некоторых металлов падает до нуля! Ток в сверхпроводящем кольце течёт годами без потерь. Применение: сверхмощные магниты в МРТ и ускорителях частиц, сверхпроводящие кабели для передачи электроэнергии без потерь.
Запомни!
$R = \rho l/S$: длиннее → больше сопротивление; толще → меньше сопротивление.
Удельное сопротивление $\rho$ — свойство вещества (не конкретного проводника).
Нихром и константан — специальные сплавы с высоким $\rho$: нагревательные элементы, реостаты.
Интерактив — Калькулятор $R = \rho l/S$
📐 Меняй параметры — наблюдай сопротивление
$l$:1.0 м
$S$:1.0 мм²
$R = 0{,}017$ Ом
🔑 Главное в §23
Сопротивление проводника: $R = \rho l/S$ — зависит от материала ($\rho$), длины ($l$) и площади сечения ($S$).
Длиннее провод → больше $R$; толще провод (больше $S$) → меньше $R$.
Удельное сопротивление $\rho$ — свойство вещества: для меди $\rho = 0{,}017$ Ом·мм²/м, для нихрома $\rho = 1{,}10$.
Сверхпроводимость: при очень низких температурах сопротивление некоторых металлов падает до нуля.
§24 · Физика 8 кл
Последовательное соединение. Реостат
При последовательном: I одинаков, U и R складываются. Реостат — переменный резистор.