If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:13:33

Видео транскрипция

Полезно е да си представим, че всички материали във Вселената могат да бъдат разделени в категория изолатор, електрически изолатор, или електрически проводник. Това не е напълно вярно. Има полупроводници и супер проводници, и други екзотични форми електрически материали, но при повечето въвеждащи курсове по физика и задачи, и тестове, можеш да приемеш, че нещо е или електрически изолиращ материал, или електрически провеждащ материал. Преди да говоря за разликата между тях, тук имам два твърди цилиндъра от или изолиращ материал, или провеждащ материал. Преди да говоря за разликите, една прилика е, че и изолаторите, и проводниците са съставени от огромен брой атоми и молекули и тези атоми и молекули, без значение дали ще е изолатор или проводник, се състоят от едно положително заредено ядро и един отрицателно зареден поток електрони, които ограждат това ядро. Друга прилика е, че и за проводниците, и за изолаторите позитивно зареденото ядро не може да се движи. Имам предвид, може да шава наоколо от термални вибрации, може би малко на място, но не може свободно да преминава през материала и при изолатора, и при проводника, докато той е твърдо вещество. Ако беше течност, предполагам, че тези неща могат да се движат наоколо, но за твърдо вещество положително зареденото ядро е фиксирано. Те са фиксирани. Нещото, което може да успее да се движи, са отрицателно заредените електрони, а това е разликата. В проводника има електрони, които могат да се движат сравнително свободно. Те могат да се движат почти без съпротивление, докато за изолаторите ключова разлика е, че тези електрони не могат да се движат свободно. Те нямат правилните енергийни нива, за да накарат тези електрони да се движат свободно. Те също са фиксирани. За изолаторите всичко е фиксирано. Тези електрони може да могат да скачат наоколо в собствените си атоми, или да бъдат споделени със съседен атом, но не могат свободно да прескачат от атом на атом и да пътуват през изолатора. За проводниците електроните могат да правят това. Това е ключовата разлика. Електроните няма просто да правят това самостоятелно, те трябва да бъдат накарани да започнат да се движат, като свържем това към акумулатор или поставим някакъв вид електрично поле или сила. Ако това се случи, електроните в проводника започват да мигрират надолу по правата, но при изолатора електроните са фиксирани, което те кара да мислиш, че за електрически материали ни интересуват само проводниците. И че ще използваме изолаторите, само ако не искаме електрично взаимодействие. Докато това е донякъде вярно, не е напълно правилно, понеже ако свържа този изолатор към акумулатор, или поставя някакъв вид електрично поле или сила тук, въпреки че електроните в изолатора не могат да прескачат от атом в атом, те могат да се преместват. Ядрото и облакът от електрони могат леко да се преместят. Насам може да е положително, а отрицателните да са тук на другия край, така че като цяло тази страна на атома ще е по-отрицателна, а тази страна на атома ще е по-положителна. Въпреки че електроните не се движат, а електроните не се движат, сега понеже това е поставено, където положителното е изместено от отрицателното, този материал, ако накараш всички да направят това – или много от тях да направят това – това може да създаде цялостен електричен ефект, при който изолаторът може да взаимодейства с други близки заряди и да им приложи сила. Въпреки че зарядите не могат да преминат през изолатора, те все още могат да си взаимодействат електрически. Да видим какво се случва, ако добавим допълнителен заряд към тези изолатори или проводници. Начинът, по който започнаха тук, имахме толкова положителни заряда в ядрото, колкото са отрицателните около него, а това е вярно за проводниците и изолаторите. Какво се случва, ако добавим допълнителен заряд? Може би добавяме допълнителни отрицателни заряди тук. Какво се случва? Ще стане много объркано, ако опитаме да го нарисуваме с всички атоми. Понеже тези изключват цялостния си заряд, няма да рисувам всеки атом и ядро. Ще се направя, че тези са тук и се изключват взаимно. Просто ще нарисувам реалния допълнителен заряд. Да кажем, че добавим допълнителни отрицателни заряди към този изолатор. Какво ще се случи? Да кажем, че добавя един отрицателен заряд тук и един отрицателен заряд тук, и тук, и тук, добавих няколко отрицателни заряда към този изолатор. Какво ще се случи? Знаем, че тези отрицателни заряди не могат да се движат през изолатора. Зарядите не могат да изичат през изолатора, така че са фиксирани, което означава, че за един изолатор, аз мога да заредя цялото това нещо равномерно, ако исках, като зарядът щеше да е разпределен през цялото нещо. Или мога да ги направя да се скупчат от едната страна, ако исках, и те щяха да са фиксирани тук. Идеята е, че са фиксирани. За един проводник какво ще се случи, ако опитах да поставя отрицателен заряд тук и тук, няколко отрицателни заряда към един проводник? Те няма да останат тук, ако не искат. Ако поставиш допълнителни отрицателни заряди, те няма да искат, понеже отрицателните заряди се отблъскват, точно както противоположните заряди се привличат, еднаквите се отблъскват. Така че какво ще направят? Този отрицателен заряд ще опита да се отдалечи колкото е възможно от този отрицателен заряд, така че може да отиде тук. Този отрицателен ще опита да се отдалечи колкото е възможно. Отблъсква го. Не може да изскочи от проводника. Това отнема много повече енергия. Но може да отиде до самия край. Това правят зарядите при проводниците. Имаш твърд провеждащ материал, поставяш допълнителен заряд... Целият този заряд ще се намира на външния край, без значение дали добавяш допълнителни положителни или отрицателни заряди, винаги на външния край. Можеш да добавиш заряд само към външния ръб на проводника, понеже ако не беше на външния ръб, бързо ще достигне до външния ръб, понеже всички тези отрицателни заряди се отблъскват взаимно. Казах, че това е вярно за положителните или отрицателните заряди. Може да се чудиш как добавяме положителен заряд. Начинът, по който добавяш положителен заряд, е като отнемеш отрицателен заряд. Ако започнеш с материал, който е имал толкова положителни, колкото отрицателни заряди, и вземеш един отрицателен заряд, това е като да добавиш положителен заряд. Но сумарният положителен заряд, сумарният отрицателен заряд винаги е на външния ръб на проводника, понеже зарядите опитват да се отдалечат колкото е възможно повече един от друг. Какви физични материали обикновено правят това? Кои физични материали са изолатори? Това са неща като стъкло – то е изолатор. Дървото е изолатор. Повечето пластмаси са изолатори. Всички те показват такъв вид поведение, при което можеш да разпределиш заряда и зарядът не може да протече през тях. Можеш да фиксираш заряд в тях. Можеш да фиксираш заряд на външния ръб и той ще остане там. Има проводници. Това са неща като метали, като злато или мед – често се използва, понеже е евтин. По-евтин от златото, определено. Или всеки друг метал. Среброто върши доста добра работа. Това са материали, при които зарядите могат да протичат свободно. Сега, когато виждаме как проводниците и изолаторите работят, нека разгледаме един пример. Да кажем, че имаш два провеждащи кабела. Да кажем, че са направени от метал. Един от тях има сумарно количество отрицателен заряд, който ще се намира във външния ръб, понеже при проводниците там се намира сумарният заряд, но другият кабел, от другия провеждащ метал, няма сумарен заряд. Какво ще се случи, ако взема първия кабел и го докосна до втория? Вероятно предположи, че зарядите ще искат да се отдалечат колкото е възможно повече, така че отрицателните заряди си казват: "Ако се разпръснем, някои от нас отидат до този кабел, а някои останат тук, можем да се разпръснем дори още по-надалеч едни от други." Това и ще направят. Ако кабелите бяха едни и същи по размер, ще имаш равни количества от всеки. Ако вторият кабел беше по-голям, повече от тях ще отидат до втория, понеже това ще им позволи още повече да се разпръснат. Някои ще останат на по-малкия. Той се зарежда, просто като докосва нещо. Това е лесно. Можеш да заредиш нещо и... Можеш да направиш нещо, наречено зареждане – можеш да заредиш нещо чрез индукция. Какво означава това? Зареждане чрез индукция е – първо, представи си, че взема това и го доближа, но не го докосвам. Просто го доближавам до другия метал и не го докосвам. Какво ще се случи? Има отрицателни заряди тук – не съм ги нарисувал. Има положителни заряди тук. Отрицателните могат да се движат, ако искат. Искат ли? Да, искат. Тези отрицателни заряди идват наблизо, те искат да се отдалечат колкото е възможно повече. Въпреки че вече има някои отрицателни заряди тук, сумарно количество отрицателни заряди ще се придвижат до тази страна. Атомът им беше от тази страна, но те искат да се отдалечат от този голям отрицателен заряд, така че могат да се придвижат насам, което оставя общо количество положителен заряд тук. Има дефицит на електрони тук, така че тази страна се оказва положително заредена. Може да си помислиш, че това е странно. Те се разшръскват. Случва ли се нещо друго? Да, понеже сега тези положителни заряди са по-близо до отрицателните, отколкото отрицателните заряди, и тези положителни заряди в този зареден кабел привличат тези положителни заряди. Отрицателните заряди в този провеждащ кабел привличат тези положителни заряди, понеже еднаквите заряди се отблъскват, а противоположните се привличат, но те също се отблъскват. Тези отрицателни заряди в този кабел отблъскват тези отрицателни заряди. Изключват ли се тези сили? Всъщност не, понеже колкото по-близо си до заряда, толкова по-голяма е силата. Това ще накара този кабел да бъде привлечен към другия кабел. Това е готино. Ако вземеш един зареден кабел, доближиш го до празна кутийка от сода, оставиш това да стои на масата в тази ориентация, за да може да се търкаля, ако доближиш кабела, кутийката ще започне да се движи към кабела. Готино е, трябва да го изпробваш, ако можеш. Но това не е зареждане чрез индукция. Зареждането чрез индукция е нещо повече. То е – вземи този метал и го заземи. Как се заземява? Можеш да го заземиш към земята. Ако вземеш голяма метална тръба и я прикрепиш към земята, това ще се брои. Или друг огромен източник на електрони – място, където можеш да приемеш безброй много електрони или да предадеш безброй много електрони и земята няма да се интересува от това. Рамката на колата, реалният метал, е добър заземител, понеже може да предостави или приеме множество електрони. Или метална тръба в земята. Нещо, на което можеш да предадеш или да приемеш електрони и това нещо няма да забележи. Какво ще се случи, ако доближа този отрицателен кабел близо до този кабел, който първоначално нямаше сумарен заряд? Вместо да отиде до другата страна на това, ще си каже: "Ей, мога да си тръгна. Нека се махна оттук." Тези отрицателни заряди могат да се махнат. Множество отрицателни заряди могат да започнат да напускат и когато това се случи, кабелът ти вече не е незареден. Сега има сумарно количество заряд. Не могат всички да напуснат. Няма да ти останат николко електрони. Тук ще има някакви електрони, но някои от електроните ще се махнат, което означава, че този кабел, който беше незареден, сега има сумарно количество положителен заряд. Заредих този кабел, без дори да го докосвам, понеже оставих отрицателните електрони да се махнат. Ако съм умен, мога просто да прережа тази жица, преди да махна това, което индуцира заряда. Ако премахна това и го отдалеча, тези отрицателни заряди ще си кажат: "Радвам се, че това свърши. Сега мога да се върна. Отново съм привлечен към положителните заряди. Ще се събера отново с положителните си заряди." И това нещо отново ще стане незаредено, но сега те не могат да се върнат. Те са приклещени. Няма начин тези да се върнат обратно, понеже преряза кабела тук и за постоянно зареди тази част от метала, без дори да я докосваш. Това се нарича заряд чрез индукция. Това е бърз начин да заредим нещо. Нека ти покажа още един пример. Всеки е изпробвал това. Взимаш един балон. Какво се случва, как го зареждаш? Натъркваш го в косата си. Той краде електрони от косата ти и балонът става отрицателно зареден. Какво правиш с това? Знаеш какво правиш с това. Взимаш това и го поставяш близо до стена или покрив и, ако имаш късмет, той се закрепя за тази повърхност, което е готино! Как работи това? Помни, това е изолиращ материал гума. Таванът е изолиращ материал. Електроните не биват пренесени, но дори при изолиращ материал, атомът може да се преориентира или да се поляризира чрез преместване. Отрицателните заряди в този атом може да се преместят към едната страна, а другата страна става малко по-положителна, а това води до сумарна сила между тавана и балона, понеже положителните заряди са малко по-близо. Тези положителни заряди привличат отрицателните и отрицателните привличат положителните с малко по-голяма сила от силата, с която отрицателните отблъскват другите отрицателни заряди в тавана. Поради това, понеже таванът също привлича балона, а балонът привлича тавана с по-голяма сила от тази, с която отрицателните отблъскват балона, балонът може да се прикрепи, поради способността на изолиращия материал да се поляризира и да причинява електрично привличане. Това казах по-рано. Дори ако е изолатор, понякога може да взаимодейства с нещо електрическо, понеже атомът може да се премести и поляризира.
AP® е регистрирана търговска марка на College Board, които не са прегледали този ресурс.