Номер 11, страница 139, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VIII. Постоянный электрический ток. Параграф 40. Закон Ома для участка цепи - номер 11, страница 139.

Условие.

11. На рисунке 40.3 приведены примеры графиков вольтамперной характеристики металлического провода и электролита. Какой график соответствует вольтамперной характеристике металлического провода?

Рис. 40.3

Решение 2.

Решение

Вольтамперная характеристика (ВАХ) — это зависимость силы тока $\text{I}$ в проводнике от напряжения $\text{U}$ на его концах. Сопротивление проводника $\text{R}$ в любой точке графика можно определить по закону Ома для участка цепи: $R = U/I$.

Ключевое различие между металлическим проводом и электролитом заключается в зависимости их сопротивления от температуры:

1. Сопротивление металлического провода увеличивается с ростом температуры. При прохождении тока по проводнику он нагревается (согласно закону Джоуля-Ленца). Таким образом, с увеличением напряжения и силы тока температура провода растет, а значит, растет и его сопротивление. На графике ВАХ это проявляется в том, что с ростом напряжения ток увеличивается всё медленнее (график "отгибается" в сторону оси напряжений).

2. Сопротивление электролита, наоборот, уменьшается с ростом температуры. Нагрев увеличивает скорость движения ионов и степень диссоциации, что приводит к уменьшению сопротивления. На графике ВАХ это проявляется в том, что с ростом напряжения ток увеличивается всё быстрее (график "отгибается" в сторону оси токов).

Проанализируем представленные графики:

На графике 1 мы видим, что при увеличении напряжения скорость роста тока замедляется. Например, при напряжении $U_1 = 1$ В ток $I_1 \approx 2.5$ А, а сопротивление $R_1 = U_1/I_1 \approx 1/2.5 = 0.4$ Ом. При напряжении $U_2 = 2$ В ток $I_2 \approx 3.5$ А, а сопротивление $R_2 = U_2/I_2 \approx 2/3.5 \approx 0.57$ Ом. Так как $R_2 > R_1$, сопротивление растет с увеличением тока и напряжения. Это соответствует поведению металлического провода.

На графике 2 мы видим, что при увеличении напряжения скорость роста тока увеличивается. Например, при напряжении $U_1 = 1$ В ток $I_1 = 0.5$ А, а сопротивление $R_1 = U_1/I_1 = 1/0.5 = 2$ Ом. При напряжении $U_2 = 2$ В ток $I_2 \approx 1.4$ А, а сопротивление $R_2 = U_2/I_2 \approx 2/1.4 \approx 1.43$ Ом. Так как $R_2 < R_1$, сопротивление уменьшается. Это соответствует поведению электролита.

Таким образом, вольтамперной характеристике металлического провода соответствует график 1.

Ответ: График 1.