script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Графит от карандаша проводит электрический ток

Семь обличий углерода

Как из одного и того же атома создать материалы с совершенно разными свойствами

Важная область практического применения новейших открытий в области физики, химии и даже астрономии — создание и исследование новых материалов с необычными, подчас уникальными свойствами. О том, в каких направлениях ведутся эти работы и чего уже сумели добиться ученые, мы расскажем в серии статей, созданных в партнерстве с Уральским федеральным университетом. Первый наш текст посвящен необычным материалам, которые можно получить из самого обычного вещества — углерода.

Если спросить у химика, какой элемент самый важный, можно получить массу разных ответов. Кто-то скажет про водород — самый распространенный элемент во Вселенной, кто-то про кислород — самый распространенный элемент в земной коре. Но чаще всего вы услышите ответ «углерод» — именно он лежит в основе всех органических веществ, от ДНК и белков до спиртов и углеводородов.

Наша статья посвящена многообразным обличьям этого элемента: оказывается, только из его атомов можно построить десятки различных материалов — от графита до алмаза, от карбина до фуллеренов и нанотрубок. Хотя все они состоят из абсолютно одинаковых атомов углерода, их свойства радикально отличаются — а главную роль в этом играет расположение атомов в материале.

Графит

Чаще всего в природе чистый углерод можно встретить в форме графита — мягкого черного материала, легко расслаивающегося и словно скользкого на ощупь. Многие могут вспомнить, что из графита делаются грифели карандашей — но это не всегда верно. Часто грифель делают из композита графитовой крошки и клея, но встречаются и полностью графитовые карандаши. Интересно, но на карандаши уходит больше одной двадцатой всей мировой добычи естественного графита.

Чем необычен графит? В первую очередь, он хорошо проводит электрический ток — хотя сам углерод и не похож на другие металлы. Если взять пластинку графита, то окажется, что вдоль ее плоскости проводимость примерно в сто раз больше, чем в поперечном направлении. Это напрямую связано с тем, как организованы атомы углерода в материале.

Если посмотреть на структуру графита, то мы увидим, что она состоит из отдельных слоев толщиной в один атом. Каждый из слоев — сетка из шестиугольников, напоминающая собой соты. Атомы углерода внутри слоя связаны ковалентными химическими связями. Более того, часть электронов, обеспечивающих химическую связь, «размазана» по всей плоскости. Легкость их перемещения и определяет высокую проводимость графита вдоль плоскости углеродных чешуек.

Отдельные слои соединяются между собой благодаря ван-дер-ваальсовым силам — они гораздо слабее, чем обычная химическая связь, но достаточны для того, чтобы кристалл графита не расслаивался самопроизвольно. Такое несоответствие приводит к тому, что электронам гораздо сложнее перемещаться перпендикулярно плоскостям — электрическое сопротивление возрастает в 100 раз.

Благодаря своей электропроводности, а также возможности встраивать атомы других элементов между слоями, графит применяется в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов и других источников тока. Электроды из графита необходимы для производства металлического алюминия — и даже в троллейбусах используются графитовые скользящие контакты токосъемников.

Кроме того, графит — диамагнетик, причем обладающий одной из самых высоких восприимчивостей на единицу массы. Это означает, что если поместить кусочек графита в магнитное поле, то он всячески будет пытаться вытолкнуть это поле из себя — вплоть до того, что графит может левитировать над достаточно сильным магнитом.

И последнее важное свойство графита — невероятная тугоплавкость. Самым тугоплавким веществом на сегодняшний день считается один из карбидов гафния с температурой плавления около 4000 градусов Цельсия. Однако если попытаться расплавить графит, то при давлениях около ста атмосфер он сохранит твердость вплоть до 4800 градусов Цельсия (при атмосферном давлении графит сублимирует — испаряется, минуя жидкую фазу). Благодаря этому материалы на основе графита используют, например, в корпусах ракетных сопел.

Алмаз

Многие материалы под давлением начинают менять свою атомарную структуру — происходит фазовый переход. Графит в этом смысле ничем не отличается от других материалов. При давлениях в сто тысяч атмосфер и температуре в 1–2 тысячи градусов Цельсия слои углерода начинают сближаться между собой, между ними возникают химические связи, а когда-то гладкие плоскости становятся гофрированными. Образуется алмаз, одна из самых красивых форм углерода.

Свойства алмаза радикально отличаются от свойств графита — это твердый прозрачный материал. Его чрезвычайно сложно поцарапать (обладатель 10-ки по шкале твердости Мооса, это максимум твердости). При этом электропроводность алмаза и графита отличается в квинтиллион раз (это число с 18 нулями).

Источник

Исследование электрических свойств карандашных линий

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Электроника и приборостроение» среди работ учащихся 10–11 классов

Актуальность

Нарисованная карандашом на бумаге линия может проводить ток благодаря графиту, который является полуметаллом. Графит обладает поверхностью Ферми, которая имеет сильно вытянутую форму, что говорит о том, что проводимость графита в продольном направлении много выше (примерно в 10000 раз), чем в поперечном. Линия не является сплошной и состоит не только из графита. При производстве карандаша пластичная масса, состоящая из графита и глины, экструзируется через узкие отверстия. Затем происходит отжиг глины; количество глины, которая остаётся в грифеле, определяет твёрдость карандаша. На последнем этапе в грифель добавляют жир, который обеспечивает намазывание материала на бумагу. Таким образом, карандашная линия представляет собой смесь проводящего и непроводящего материалов. Кроме того, на бумагу грифель ложится чешуйками, вследствие чего мы можем говорить о задаче перколяции. Основной вопрос работы: является ли карандашная линия по своим электрическим свойствам вырезанным кусочком грифеля или она ближе к грифельному порошку?

Читайте также:  Принципы работы реле тока

Цель

Исследовать электрические характеристики карандашной линии

Задачи

1. Исследование удельного сопротивления грифеля в зависимости от твёрдости карандаша

2. Исследование удельного сопротивления однослойных и многослойных карандашных линий

3. Построение модели зависимости удельного сопротивления от числа слоёв

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Конденсатор высокой ёмкости
  • Мультиметр
  • Станок ЧПУ

Описание

В работе мы пользовались методом разрядки конденсатора через линию и измеряли характеристическую скорость разрядки. Мы изучили следующие структуры: стержни цанговых карандашей; бороздки, заполненные графитовым порошком; линии, полученные при слабом нажатии; многослойные линии. Основным вопросом мы считаем следующий: является ли карандашная линия по своим электрическим свойствам приближенной к грифелю или к грифельному порошку? Наши измерения и вычисления показывают, что чем выше твёрдость, тем ближе линия к свойствам порошка, то есть грифель крошится, в то время как грифель мягких карандашей намазывается. Мы выявили ряд интересных температурных эффектов, которые связаны с тем, что при повышении температуры из линии начинают испаряться жирующие элементы. Также мы изучили прохождение переменного тока через линию и измерили индуктивность и ёмкость этих структур.

Результаты работы/выводы

  1. Сопротивление графитного порошка выше сопротивления цельного грифеля, но менее чем в 10000 раз.
  2. Линия, начерченная твёрдым карандашом, имеет удельное сопротивление, приближенное к сопротивлению порошка.
  3. С понижением твёрдости карандаша сопротивление линии стремится к сопротивлению грифеля.

Перспективы использования результатов работы

На базе карандашных линий можно создать элементы электроники (диоды и транзисторы) с уникальными свойствами.

Источник



Свойства графита в электротехнике

В этой статье я расскажу про то, чем мы все пользуемся почти каждый день. Это обычный КАРАНДАШ, если быть точнее это ГРАФИТ.

Свойство графита проводить электрический ток используется давно, например, в электродвигателях используются графитовые щетки. Грифель современного карандаша имеет малое сопротивление и через него может проходить ток достаточный для свечения лампочки.

СОВЕТ НАЧИНАЮЩИМ РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ: Крайне НЕ рекомендуется ковыряться карандашом в розетке, надеясь на диэлектрические свойства дерево.

Простейший резистор можно изготовить самому. Возьмите бумагу и простой карандаш, желательно с мягким грифелем. Нарисуйте прямоугольник и равномерно закрасьте его карандашом — резистор готов. На рис. Внизу показан такой резистор и небольшой эксперимент с измерением зависимости сопротивления графитового прямоугольника от его длины.

При помощи карандаша можно ремонтировать графитовые реостаты – достаточно натереть износившуюся графитовую полоску, по которой скользит ползунок, простым карандашом. Кстати реостат B50K тоже графитовый.

Всем спасибо! С вами был: Эксцентриситет012

Схема гитарного комбо-усилителя с блоком эффектов на базе микросхем TDA2052, PT2399 и TL072.

Тристабильный мультивибратор — схема трёхканального переключателя LED.

Информация по самостоятельному ремонту и прошивке транзистор-тестера LCR-T4(T3) NoStripGrid.

Источник

Научно-исследовательская работа. Простой ли простой карандаш? (Физика)

1 Научно-исследовательская работа Простой ли простой карандаш? (Физика) Выполнил: Черданцев Артём Юрьевич учащийся 8 класса муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа 12» Руководитель: Черданцева Людмила Алексеевна учитель начальных классов, педагог-дефектолог муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа 12» 1

2 Оглавление 1. Введение Основная часть Поисковая часть Опыты Социологический опрос Заключение Литература 15 2

3 Не похож на человечка, но имеет он сердечко, И работе круглый год он сердечко отдает. Чертят им или рисуют. Грифель по листку танцует. Он большой помощник наш, и зовётся КАРАНДАШ. 1. Введение Простой карандаш. Вот он лежит перед нами на столе. В нём нет ничего необычного или непостижимого, но, тем не менее, без него в повседневной жизни не обойтись. Он нужен всем и всегда, им можно писать, штриховать, обводить, линовать, рисовать, а главное с ним можно проводить эксперименты! Актуальность: я посмотрел фильм «Красная палатка» (выпуск 1939 год), в котором радист потерпевшего крушение дирижабля «Италия», Джузеппе Бьяджи, пытается восстановить радиосвязь и чинит рацию при помощи простого карандаша. И я решил проверить, действительно ли грифель карандаша можно использовать в качестве проводника электрического тока. Объект исследования: простой карандаш и материал для его изготовления графит. Предмет исследования: физические и химические свойства графита, который входит в состав карандаша. Цель работы: раскрыть свойства и возможности простого карандаша. 3

4 исследовать физические карандашей. и химические свойства грифелей простых Задачи: изучить виды, свойства карандаша и материала — графита; провести анкетирование и опрос с целью определения знаний о карандаше у детей и взрослых; создать компьютерную презентацию и лепбук «Простой карандаш». Гипотеза: Стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами: можно рисовать под водой, на морозе, в космосе (жаль, что в космосе проверить не сможем!), которые имеют большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях. Методы исследования: 1. Теоретическое изучение информации. 2. Практические: наблюдение, опыты, анкетирование, анализ. 2. Основная часть ГРАФИТ — аллотропная модификация углерода, наиболее устойчивая при обычных условиях. Графит — распространенный в природе минерал. Встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию графита. 4

5 Свойства Графит — жирное на ощупь вещество черного или серо-черного цвета с металлическим блеском. Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение. Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%. Крупное графитовое месторождение находится в Тунгусском каменноугольном бассейне, образовавшееся в результате высокотемпературного воздействия на уголь так называемая скрытокристаллическая форма графита, содержание которого лежит в пределах от 60 до 80%. Физические свойства графита Цвет графита варьирует от железо-черного до стального серого с характерным металлическим блеском. На ощупь минерал жирный, скользкий, пачкает пальцы и бумагу, при механическом воздействии расслаивается на отдельные чешуйчатые частицы. Именно это свойство графита позволяет применять его в карандашах. По сравнению с алмазом графит обладает меньшей твердостью и плотностью, а также графит электропроводен. Его теплопроводность зависит от степени нагрева. Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания С. Химические свойства графита Графит химически малоактивен: в кислотах не растворяется, с некоторыми солями и щелочными металлами образует соединения наподобие включений. С кислородом воздуха реагирует только при очень высокой температуре, образуя углекислый газ. Графит весьма инертен при нормальных условиях. Окисляется кислородом воздуха до углекислого газа выше 400 С. Температура начала реакций тем выше, чем совершеннее кристаллическая структура графита. 5

Читайте также:  Как найти силу тока каждого резистора в цепи

6 Применение графита Техническое применение минерала чрезвычайно разнообразно и обусловлено свойствами графита, главным образом его огнеупорностью и электропроводностью. Так, в металлургии графит используется для производства тугоплавких тиглей, чехлов для термопар, емкостей для кристаллизации. В литейном производстве графитовый порошок используется в качестве антипригарной присыпки, а также для смазывания литейных форм. Он также служит для изготовления электродов и нагревательных элементов электрических печей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях, самосмазывающихся подшипников и колец электромашин, вкладышей для подшипников скольжения, втулок для поршневых штоков, уплотнительных колец для насосов и компрессоров, как смазка для нагретых частей машин и установок. Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять электроны в реакторах. После облучения графита нейтронами его физические свойства изменяются: удельное электрическое сопротивление увеличивается, а прочность, твердость, теплопроводность уменьшаются на порядок. После отжига при С свойства восстанавливаются до прежних значений. В ракетостроении сопла ракетных двигателей и многие элементы теплозащиты также производятся с применением графита. 6

7 Его используют в химическом машиностроении — для изготовления теплообменников, трубопроводов, запорной арматуры, деталей центробежных насосов и для работы с активными средами. Графит используют также как наполнитель пластмасс, компонент составов для изготовления стержней для карандашей, при получении алмазов. 3. Поисковая часть 3.1. Опыты Опыт 1 «Изучение твёрдости простых карандашей» Мы взяли три карандаша различной твёрдости 2Т, ТМ, М. Начертили каждым линию, а затем стёрли линии ластиком. Лучше всех стирается карандаш 2Т, а хуже всех карандаш М, так как он глубже проникает в волокна бумаги. Вывод: грифель карандаша это специально обработанная смесь графита, глины, воска. Твёрдость грифелю обеспечивает глина. Когда мы рисуем, происходит расслоение кристаллической решётки графита и его атомы ложатся на поверхность шестиугольными плоскостями, чем больше в стержне графита, тем мягче грифель карандаша. В самих слоях атомы находятся близко друг к другу и поэтому очень тесно связаны. А вот между слоями расстояние больше, и держатся они друг за дружку не так сильно. Поэтому, когда проведешь карандашом по бумаге, слои легко отрываются и остаются на листе. Стереть карандаш резиновым ластиком легко потому, что при механическом воздействии (трении) возникают силы взаимодействия между молекулами резины и графита и, в то же время, разрываются силы, сцепляющие частички 7

8 графита. В результате ластик просто-напросто вытаскивает молекулы графита из бумаги. Опыт 2 «Изучение свойств грифеля простого карандаша при низкой температуре» Мы решили проверить, будет ли простой карандаш писать при низкой температуре. Для этого в морозильную камеру (где температура -18 С) положили на 1 час простые карандаши и ручки. Когда мы достали из камеры холодильника ручки и попробовали ими писать, то они не писали, а образцы простых карандашей оставляли на бумаге ровный след, но чуть светлее, чем до испытания. Вывод: в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя, и под воздействием внешних сил происходит скольжение — смещение одних слоев относительно других. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу, поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет чуть светлее, чем при комнатной температуре. 8

9 Опыт 3 «Изучение механических свойств грифеля простого карандаша под водой». В ёмкость с водой мы опустили кусок фанеры и в воде попробовали написать на нем простым карандашом. Когда мы вытащили из воды мокрый лист фанеры, то на нём хорошо видна надпись, которая была четкая и не растекалась. Это свойство простого карандаша используют дайверы. Тоже самое мы проделали с фломастером, но когда достали из воды кусок фанеры с надписью, сделанную фломастером надпись стала растекаться и стекла с листа вместе с водой. Вывод: графит твёрдое вещество, притяжение между частицами большое, а диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, чем между частицами пары жидкость (чернила фломастера) жидкость (вода). Поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита. Опыт 4 «Изучение взаимодействия грифеля и кислоты» Мы взяли ручку, простой карандаш, фломастер и решили проверить будут ли они писать после воздействия на их стержни кислотой. Сразу после того как мы погрузили стержни в кислоту, писали и карандаш, и ручка, и фломастер, но 9

10 после 20 минут фломастер пишет очень плохо, а грифель карандаша оказался устойчив к воздействию кислотой и пишет также хорошо как и до эксперимента. Вывод: графит устойчив к воздействию агрессивной среды. Опыт 5«Изучение электропроводности грифеля простого карандаша» Мы собрали электрическую цепь для того чтобы выяснить, проводит ли грифель простого карандаша электрический ток. Мы разомкнули цепь и вставили в неё грифель. Замкнули цепь. Лампочка загорелась. Значит, грифель проводит электрический ток. Вывод: грифель простого карандаша проводит электрический ток, а грифель цветного карандаша не проводит электрический ток, так как в грифеле цветного карандаша графита нет, он выполнен из смеси белой глины и пигментов, или красителей. Опыт 6 «Измерение напряжения в электрической цепи» В электрическую цепь вставляем грифель, закрепляем его в зажимах. В ходе опыта мы заметили, что напряжение в цепи уменьшается, если грифель длинный, и увеличивается, если грифель короткий (лампочка горит ярче) 10

Читайте также:  Формула для момента сил ампера витка с током

11 Длина грифеля (L), см Напряжение в цепи (U), В 7 1,9 4,5 2,5 3 2,6 1,5 3 Диаметр грифеля, см Длина грифеля (L), см Напряжение в цепи (U), В 0,3 3 1,3 0,4 3 2,6 I =, R = Вывод: напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля: чем короче грифель, тем напряжение больше, и наоборот, чем грифель длиннее тем напряжение меньше. А если площадь сечения больше, то и напряжение больше. Значит, грифель является сопротивлением. Полученные результаты эксперимента подтверждают зависимость между физическими величинами, установленную Г. Омом Опыт 7«Изучение теплопроводности грифеля» Концы карандаша, заточенного с обеих сторон, мы подсоединили соединительными проводами к источнику тока. Когда мы замкнули цепь грифель стал накаливаться, и даже вначале задымился, а потом раскалился докрасна, и деревянный корпус карандаша загорелся. 11

12 Мы измерили температуру грифеля с помощью датчика температуры из лаборатории Архимед температура резко возрастала: за 10 секунд температура поднимается на 4, причём, чем дольше мы греем тем выше температура. Вывод: грифель обладает высокой теплопроводностью. Если к противоположным концам карандаша подключить электрический ток, то грифель быстро и сильно нагревается так, что корпус карандаша загорается. Опыт 8 «Исследование электризации графита» Для того, чтобы проверить электризуется грифель простого карандаша, мы взяли различные материалы: шёлк, шерсть, бумагу. Мы натерли грифель шелком и поднесли к электроскопу. На приборе стрелка не отклонилась 12

13 грифель не имеет электрического заряда, при натирании шелком. Затем опыт повторили с другими материалами. Вывод: мы электризовали грифель различными материалами, но грифель не электризуется, значит, графит плохой проводник. Опыт 9 «Изготовление грифельной лампочки» Мы захотели проверить, можно ли сделать грифельную лампочку? К концам грифеля мы присоединили проводами источник питания. Когда замкнули цепь грифель стал накаляться и вначале задымился, а потом раскалился докрасна и стал светиться. Мы закрыли банку крышкой для того, чтобы ограничить доступ кислорода (чтобы грифель не перегорел). С аккумулятором из машины у нас получилась грифельная лампа, а с гальваническим элементом «Трофи» грифель только нагревался, но не накалялся. Вывод: лампочку из грифеля сделать можно. Чем короче мы используем грифель, тем быстрее он накаляется и ярче горит. Гореть такая лампочка может до 20 минут Социологический опрос Я провёл социологический опрос и выяснил, что знают о простом карандаше и о его составной части грифеле ученики моей школы. Было опрошено 45 учащихся 9-11 классов. 13

14 Результаты социологического опроса: 1. Пользуетесь ли вы простым карандашом? 2. Может ли простой карандаш писать под водой? 3. Пишет ли простой карандаш на морозе? 4. Проводит ли грифель простого карандаша электрический ток? 5. Используют графит в нанотехнологиях? 6. Пишут ли простым карандашом в космосе? 14

15 7. Знаете ли вы изобретателя простого карандаша? 8. Будут ли в будущем пользоваться простым карандашом? Заключение Целью моей работы было раскрыть свойства и возможности простого карандаша, исследовать физические и химические свойства грифелей простых карандашей. Гипотеза: стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами : можно рисовать под водой, на морозе, в космосе, которые имеют большое практическое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях. В результате проведенных экспериментов я выяснил: — в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу; поэтому слои не так легко отрываются друг от 15

16 друга, и карандаш пишет при низкой температуре чуть светлее, чем при комнатной температуре, — грифель не электризуется, значит, графит проводник; — диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита. Грифель простого карандаша пишет под водой; — грифель простого карандаша оказался устойчив к воздействию кислотой; — грифель простого карандаша проводит электрический ток; — напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля. Грифель является сопротивлением; — грифель обладает высокой теплопроводностью; Моя гипотеза полностью подтвердилась: стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами: можно рисовать под водой, на морозе, в космосе, а также графит, который входит в состав простого карандаша имеет большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях. Даже в современном мире, охваченном компьютеризацией, карандаш всегда под рукой у каждого человека любой профессии. И мой социологический опрос (80%) подтверждает мою гипотезу об использовании простого карандаша в будущем. Литература 1. История мировой культуры. Справочник школьника. М., 1996 г., 608 с. 2. Осипенко В. История карандаша.// «Юный художник». 3. Толковый словарь Ожегова. — М., 1997 г. 4. Филонов М. Возьмите в руки карандаш.// Книжное обозрение

17 5. Я познаю мир. История вещей. М., «Издательство АСТ», 1998 г. 512 с. Интернет источники:

Источник