Przewodniki i izolatory

1. 1

   Badany materiał wstawiasz między dwa przewody obwodu z żarówką. Świeci — przewodnik. Ciemno — izolator.

2. 2

   Metale zapalają żarówkę zawsze: miedź, aluminium, srebro, żelazo. Najlepiej przewodzi srebro, ale kable robi się z tańszej miedzi.

3. 3

   Grafit, czyli wkład zwykłego ołówka, też zapala żarówkę. To jeden z niewielu niemetali, które dobrze przewodzą prąd.

4. 4

   Woda z rozpuszczonymi solami — z kranu, morska, pot — również przewodzi. Dlatego przewodnikiem jest też ciało człowieka: w dużej części składa się właśnie z takiej wody.

5. 5

   Ciemno robi się przy gumie (osłona kabli, rękawice elektryka), szkle i porcelanie (izolatory na słupach wysokiego napięcia), plastiku (obudowy wtyczek i narzędzi) oraz suchym drewnie.

6. 6

   Izolatorem jest wreszcie suche powietrze — i dlatego prąd nie ucieka z przewodów w powietrze.

Wszystkie 6 kroków odsłonięte.

1. 1

   Naelektryzowany metalowy pręt leży na plastikowej podstawce. Ładunek jest już rozłożony po całej jego powierzchni, bo metal to przewodnik.

2. 2

   Chwytasz pręt gołą ręką. Twoje ciało też jest przewodnikiem, a stoisz na podłodze — otwiera się droga aż do ziemi.

   $$q_{\text{poczatkowe}} > 0$$
3. 3

   Swobodne elektrony ruszają tą drogą i wyrównują ładunek. Pręt rozładowuje się w ułamku sekundy — to właśnie uziemienie.

   $$q_{\text{koncowe}} \approx 0\ \text{C}$$
4. 4

   Teraz to samo z izolatorem: dotykasz palcem naelektryzowanej szklanej rurki. Ładunek znika tylko z miejsca dotknięcia, reszta rurki nadal jest naelektryzowana — bo w szkle nic nie ma jak przepłynąć.

Wszystkie 4 kroków odsłonięte.

1. 1

   Sucha skóra to całkiem niezły izolator. Jej zewnętrzna, zrogowaciała warstwa ma opór rzędu nawet setek tysięcy omów.

   $$R_{\text{sucha skora}} \approx 100\,000\ \Omega$$
2. 2

   Woda z kranu zawiera rozpuszczone sole, a pot jeszcze więcej. Mokra dłoń to warstwa dobrego przewodnika rozlana po całej powierzchni styku.

3. 3

   Opór ciała spada wtedy nawet kilkaset razy. Przy tym samym napięciu gniazdka natężenie prądu rośnie tyle samo razy, bo z prawa Ohma wynika, że mniejszy opór oznacza większy prąd.

   $$I = \frac{U}{R}$$
4. 4

   Dla napięcia 230 V sucha dłoń przepuszcza prąd rzędu miliamperów, a mokra — nawet kilkaset razy większy. Już około 30 mA, czyli 0,03 A, płynące przez ciało jest groźne dla serca. Do wzoru podstawiamy napięcie w woltach, a opór w omach — wtedy natężenie wychodzi w amperach, nie w miliamperach.

   $$U = 230\ \text{V},\quad I_{\text{grozne}} \approx 0{,}03\ \text{A}$$

Wszystkie 4 kroków odsłonięte.