登陆注册
7862100000011

第11章 认识导体和绝缘体

容易让电流通过的物体称为导体。常见的导体有金属、石墨、电解液等。人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液等也都是导体。

不容易导电的物体叫做绝缘体。橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等都是绝缘体。

导体和绝缘体都是重要的电工材料,在生活中有广泛的用途。如电线的金属芯是导体,而其外面所包的塑料则是绝缘体,电线杆上的陶瓷接线柱、验电器上玻璃外壳等也都是绝缘体。生活中的导体与绝缘体数不胜数,各有其功效和特点。

导体和绝缘体总是相对的,某些物体在电压较低时,电流不容易通过,当电压高到一定的程度时,也有可能有较大的电流通过,另外某种绝缘性能很好的绝缘体在某些时候也会成为导体,如老化的塑料或橡胶、潮湿的木块、熔融的玻璃,空气在强电场时容易被击穿,很高的电压也容易击穿电解质。

玻璃在一般情况下为绝缘体,但熔融状态下的玻璃却容易成为导体。比如将灯泡两端的电线接入放了盐的水中,用酒精灯加热盐水。在酒精加热前,灯泡不亮,加热之后,灯泡逐渐变亮。这说明绝缘体盐水在一定情况下也能变成导体。

导体在电场中

由于静电感应,电场中的导体会显示出一些特殊的性质。

导体两端出现的正负电荷在导体内部形成反方向的电场,这个电场与外电场叠加,就会使导体内部的场强减小。但是,只要导体内部的场强不等于零,自由电子就继续移动,两端的正负电荷就继续增加,导体内部的电场就进一步削弱,直到导体内部各点的场强都等于零时为止。这时自由电子的定向移动停止。这种导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。

导体处于静电平衡状态时,它表面的场强方向一定跟它的表面垂直。如果不是这样,场强就有一个沿导体表面的分量,导体上的自由电子就会发生定向移动,这就不是平衡状态了。所以,处于静电平衡状态的导体,表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。

处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零。带电导体可以认为它处于本身所带电荷形成的电场中,它在静电平衡状态时内部的场强也一定处处为零。如果不是这样,导体内部的自由电子就会发生定向移动。既然导体内部的场强处处为零,导体内部就不可能有未被抵消的电荷。这是因为,如果在导体内部某处有电荷,在它的附近的场强就不可能为零。所以,处于静电平衡状态的带电导体,电荷只能分布在导体的外表面上。

取两个验电器A和B,在B上装一个几乎封闭的空心金属圆筒C(叫做法拉第圆筒),使B和C带电,B的箔片张开。用有绝缘柄的金属小球E先跟C的外部接触,再把E移到A并跟A的金属球接触。

经过若干次以后,我们可以看到A的箔片张开,B的箔片张开的角度减小,这表明E把C的一部分电荷搬运给了A。可见法拉第圆筒的外表面是带有电荷的。如果让E不接触C的外部,而接触C的内部,重做上述实验,不论重复多少次,A的箔片都不张开,B的箔片张开的角度也不减小。这表明E并没有把C的电荷搬运给A,可见法拉第圆筒的内部不带电。

下面还得提到一个概念叫电势,我们还是拿水作为参照物。高处的水会受到重力,有向下流的趋势,所以具有这个能。那么电场中的电荷因为电场的作用,也会受电场力,因而具有向电场力方向移动的趋势,所以也有一个对应于水的重力势能的能,就叫电势能。

在某个位置,同样的电荷具有的电势能更多些,就说这里的电势更高些;就像研究水的重力势能时,水的位置高些,水具有的重力势能就高些,所以电势这个量在电学中也叫电位。两点之间电位的差值叫电位差,也就是平时说的电压。事实上,前面有很多地方说的“电压”,用词并不确切,应该是“电势”才对,只不过因为没讲电势的概念,所以在不致引起迷惑的情况下用电压这个词代替。

静电场测试仪

导体在静电平衡状态时内部场强处处为零,在导体的任意两点间移动电荷时电场力所做的功等于零,因此导体内各点的电势相等,所以称它为等势体。处于静电平衡状态的导体是一个等势体,而它的表面就是一个等势面,离导体表面越近,等势面的形状与导体表面的形状越相似。

淋浴时产生的电场,场强可达每米800伏,但这只是一个静电场。

人体皮肤的电阻,其范围大约在湿皮肤的电阻1×103欧姆至干皮肤的电阻5×105欧姆之间,可以说比较大了。但是躯体内电阻较小,只有100~500欧姆。所以我们的身体可以算是一个较好的良导体,就像其他处在静电场中的导体一样。

我们的身体是个等势体,身体各部分的电势基本上相同,所以根本不存在触电的问题。并且由于处于静电平衡状态的带电导体,电荷只能分布在导体的外表面上,你的身体里多余的电荷——比如因为淋浴而带上的负电荷,也只会集中在我们的表皮上,不会影响身体内部的生理活动。

事实上,即使不洗澡,在室外,我们鼻子的高度与脚的高度之间也有200伏特的电位差。为什么我们没有被这个电位差所电击呢?这个电场是什么原因造成的?

第一个问题的答案当然与淋浴的问题相同,在脚的高度和鼻子的高度之间可以有200伏的电位差,但是我们的身体是一个较好的良导体,因而身体各部分的电位基本上相同。所以,身体上头和脚之间不存在明显的电位差。

第二个问题就比较复杂了。地球的电场位于带负电的地球表面和带正电的高层大气之间,它是由于宇宙线和地球天然放射性的活动,造成了空气分子持续不断地电离而形成,它应该每隔5分钟或不到5分钟就发生放电。

电离产生的一些电子向高层大气移动,在海拔高度约50千米处。大气的导电性非常好,以致这部分大气基本上是一个球形导体。上升的电子会中和这个带正电的导体。同样,电离产生的一些正离子下降到带负电的地面使地面中和,这样就因物体高度不同而产生了电势。电阻率电阻率,是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的在常温下(20℃时)导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。有公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率,l为材料的长度,s为面积。可以看出,材料的电阻大小正比于材料的长度,而反比于其面积。电阻率的单位是欧姆·米(Ω·m),常用单位是欧姆·毫米和欧姆·米。

同类推荐
  • 世界儿童故事经典:影响你一生的100个历史故事

    世界儿童故事经典:影响你一生的100个历史故事

    古今中外丰富多彩的故事是世界各国社会和生活的结晶,是高度艺术化的精神产品,具有永久的闪光魅力,非常集中、非常形象,是中小学生了解世界和社会的窗口,是走向世界、观摩社会的最佳捷径。这些著名故事,伴随着世界各国一代又一代的青少年茁壮成长,具有广泛而深远的影响。我们青少年只要带着有趣的欣赏的心态阅读这些美丽的故事,便非常有利于培养积极的和健康向上的心理、性格、思维和修养,便有利于了解世界各国的社会和生活,并能不断提高语言表达和社会交往的才能。
  • 世界经典智慧故事全集:明眼慧心的故事

    世界经典智慧故事全集:明眼慧心的故事

    本套丛书图文并茂,格调高雅,具有很强的系统性、代表性、趣味性和可读性,是中小学生培养阅读与写作能力的配套系列读物,非常适合广大中小学生学习和收藏,也是各级图书馆收藏的最佳版本。
  • 幸福是粒小青豆

    幸福是粒小青豆

    《幸福是粒小青豆》是冰心儿童图书奖获得者陈振林的第二部故事作品集。小小说作家写故事,独特而有魅力。《幸福是粒小青豆》作者善于从生活片断中撷取最美的一朵,从点滴情节中绽放微型故事,在微型故事中诠释生活道理,在生活道理中蕴含丝丝温暖。作者借用了校园、家庭等特殊场景,让青少年朋友在潜移默化中享受故事,感受生活。
  • 敬业尽责(中华美德)

    敬业尽责(中华美德)

    中华美德的形成和发展历经五千年,内容博大而精深。中国是文明古国、礼仪之邦,重德行、贵礼仪。自古以来,中华传统美德始终是中华民族赖以生存的道德根基和思想基础,是中华民族发展的精神支柱和文化动力。青少年时期是品德形成的重要时期,对于以后的道德观的树立有着极大的影响,因此,从青少年时期就要给他们正确的引导,使之逐渐形成正确的道德认识、道德情感、道德行为和道德意志。本书通过故事告诉青少年孝、义、节、礼等传统道德规范和行为准则。在青少年学习传统文化的同时,也重新认识了“中国的美”。这对外来文化充斥审美和阅读的今天,有着一种增强民族自豪感,了解中华文化,从浮躁到宁静的“回归”的意义。
  • 青少年应该知道的昆虫

    青少年应该知道的昆虫

    本书详细介绍了昆虫类方面的知识,以精确的语言配上美丽的图片将形形色色的昆虫跃然纸上,不但具有趣味性、生动性,而且可阅读性也较强,该书主要阐述了昆虫的概念分类、特征、生理习惯以及它在自然界中的作用,旨在让青少年更多地了解关于昆虫类的知识和内容。
热门推荐
  • 仙途漫漫之无蟹可击

    仙途漫漫之无蟹可击

    作为新一代穿越潮流,凌瑶觉得自己要修的了仙,打得了怪,当得了师妹,做得了师姐!现实告诉她,现实太骨感,捡啥都别去捡一只坑货螃蟹,那是往火堆里跳。“我叫蟹小爷,蟹小爷的蟹,蟹小爷的小,蟹小爷的爷,神龙的后代……”“谁让你自我介绍了?赶紧想办法出去,你个吃货!地上吃完了,居然吃天上的!”“人家也不知道这蛋是鹰蛋……”“哼哼!”“你想干嘛?不能虐宠!”“关门放蟹!丫的!今天你不赶走那鹰,小心我红烧了你!”
  • 小花仙之圣女神降临

    小花仙之圣女神降临

    我的这部作品叫做《小花仙之圣女神降临》是自创第四季哦!第五季也会有的哦!
  • 缘定今生:回头是爱,吾知否

    缘定今生:回头是爱,吾知否

    她说:"这一生,我做错过很多事情,唯一让我后悔的便是爱上了他,如果再来一次,我一定不会那么傻,那么天真”清风崖上,千军万马之前,她,巾帼不让须眉的战神皇后赤凰毫不畏惧地跳下了万丈深渊他说:“这一生,我负过很多人,唯一让我痛彻心扉的是利用了她,失去了她,亲眼看见她在我面前坠落悬崖,如果再来一次,我一定会尽我所有生命和智慧来爱她”他,一代帝王君战璟,娶她只是为了能得到她的协助,戎马天下,却失了心动了情离历三十九年,轩离国,战神皇后赤凰葬身清风崖,举国哀悼离历四十九年,轩离国,帝王君战璟郁郁而终,与皇后同葬皇陵“以吾之血,唤汝之约,龙凤陨落,吾愿以吾之血护双王转世,继生世情缘,无今生之遗憾”
  • TFBOYS之青春未殇

    TFBOYS之青春未殇

    不求你,深深记我一辈子,只求别忘记你的世界我来过。不是每个擦肩而过的人都会相识,也不是每个相识的人都会让人牵挂,至少,我们在今生,在那个地方,在一转身的时候没有错过。偌大的地球上能和你相遇,真的不容易,感谢上天给了我们这次相识相知的缘份。别忘了,你的世界我曾经来过。
  • 盛世婚宠:总裁,认栽吧

    盛世婚宠:总裁,认栽吧

    叶伊凡因为一次无意间救下了一个男人,谁知道是一只金乌龟——顾绍晨(那个男人)爱上了自己的救命恩人(叶伊凡)。三年后再次相遇,得知她过的不好,于是,步步算计,最后,成功把叶伊凡打包回家。
  • 网王:这个助教很迷人

    网王:这个助教很迷人

    作为网坛的第一女天才,她没有选择王者立海大,贵族学校冰帝,而是选择了最普通的青春学园,因为这里有一群为了目标一起奋斗的少年—————————————“为了你们,我可以献出我的一切,只为让你们赢得胜利”——忍足佑素“如果青学不好随时欢迎你来到立海大哦,小素儿”——幸存精市“不华丽的女人,竟然选择了青学,来冰帝吧”——冰帝景吾————————————
  • 情定大清:迷糊皇妃

    情定大清:迷糊皇妃

    查泠泠现代都市的高级白领,一场法国浪漫之行竟然让她回到了古代,而置身在鄂硕王府之中,灵魂附在了一代红颜董宛如的身上,一直喜欢清宫秘史的她当然很清楚董宛如是什么样的人物,但是她怎么会成了顺治皇帝的宠妃!一切令人匪夷所思的事情就在她眼前一一的登上了序幕,天哪,她该如何是好?
  • 修真马屁王

    修真马屁王

    众生万物有灵,皆可修行得道。宗派靠天材地宝得道,天才靠运气天赋得道,美女靠大能包养得道。“牙哥”这个无背景,无实力,无天赋的三无产品,却靠一张铁齿铜牙修行得道。因为他坚信一句话:只要马屁拍得好,没有女人推不倒、只要马屁拍得好,丹药灵宝随便搞、只要马屁拍得好,打架落败不用跑、只要马屁拍的好,修行之路更风骚····今日我拍你马屁,他日定当让其跪舔老子。
  • 冷酷王爷调皮娃:王爷爹爹我来了

    冷酷王爷调皮娃:王爷爹爹我来了

    特工穿越变萌宝,当冷酷王爷遇到萌宝会怎麽样呢?当女主想起自己的身世又会怎样呢?当毫无血缘的父女俩变成一对恋人又会经历怎样的磨难呢??————敬请期待吧
  • 天境语录

    天境语录

    论封印结界之术,他的父亲是当世第一人。他天赋异禀,也许有一天,他会继承他父亲的位置。可是,因为一个古封印的书卷,他成了孤儿。他拒绝了那个跟他青梅竹马的女孩,他选择离开,女孩选择嫁给他人。他要复仇,可是他却只有一个无法解开封印的书卷,名为天境。他做梦都想看清那张青铜面具下的脸,他,不知道仇人的模样。他怨恨这个世界,他不相信任何人。他,不是主角。