Номер 2, страница 288 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Почему напряжение на полюсах источника тока зависит от электрического сопротивления внешней цепи?

1. Как формулируется закон Ома для полной цепи?

Закон Ома для полной цепи утверждает, что сила тока в замкнутой электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе (ЭДС) источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Полное сопротивление цепи представляет собой сумму сопротивления внешнего участка цепи и внутреннего сопротивления источника тока.

Математически этот закон выражается следующей формулой:

$I = \frac{\mathcal{E}}{R + r}$

где $\text{I}$ – сила тока в цепи (в Амперах), $\mathcal{E}$ – ЭДС источника тока (в Вольтах), $\text{R}$ – сопротивление внешней цепи (в Омах), $\text{r}$ – внутреннее сопротивление источника (в Омах).

Ответ: Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи, которое является суммой внешнего и внутреннего сопротивлений ($I = \frac{\mathcal{E}}{R + r}$).

2. Почему напряжение на полюсах источника тока зависит от электрического сопротивления внешней цепи?

Напряжение на полюсах источника тока ($\text{U}$) — это напряжение на внешнем участке цепи. Согласно закону Ома для участка цепи, оно равно произведению силы тока на сопротивление этого участка: $U = I \cdot R$.

Сила тока $\text{I}$ в цепи определяется по закону Ома для полной цепи: $I = \frac{\mathcal{E}}{R + r}$.

Если подставить это выражение для силы тока в формулу для напряжения на полюсах, получим:

$U = \left( \frac{\mathcal{E}}{R + r} \right) \cdot R = \mathcal{E} \frac{R}{R + r}$

Эта формула наглядно показывает, что напряжение на полюсах источника $\text{U}$ зависит от величины сопротивления внешней цепи $\text{R}$.

Другое объяснение заключается в том, что ЭДС источника $\mathcal{E}$ распределяется между внешним ($\text{U}$) и внутренним ($U_r$) участками цепи: $\mathcal{E} = U + U_r$, где $U_r = I \cdot r$ — падение напряжения внутри источника. Отсюда напряжение на полюсах $U = \mathcal{E} - I \cdot r$. Так как сила тока $\text{I}$ зависит от внешнего сопротивления $\text{R}$, то и падение напряжения $I \cdot r$ внутри источника, а следовательно, и напряжение $\text{U}$ на его полюсах, будут зависеть от $\text{R}$.

Ответ: Напряжение на полюсах источника зависит от сопротивления внешней цепи, потому что от величины этого сопротивления зависит сила тока в цепи, которая, в свою очередь, определяет падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Формула зависимости: $U = \mathcal{E} \frac{R}{R + r}$.

3. При каком условии напряжение, измеренное на полюсах источника [равно его ЭДС]?

(Примечание: вопрос на изображении неполный. Дается ответ на наиболее вероятное его завершение: "...равно его ЭДС?")

Напряжение на полюсах источника ($\text{U}$) и его ЭДС ($\mathcal{E}$) связаны соотношением $U = \mathcal{E} - I \cdot r$, где $\text{I}$ — сила тока, а $\text{r}$ — внутреннее сопротивление.

Чтобы напряжение $\text{U}$ было равно ЭДС $\mathcal{E}$, необходимо, чтобы произведение $I \cdot r$ было равно нулю. Это возможно в двух случаях:

1. Сила тока в цепи равна нулю ($I = 0$). Это происходит, когда цепь разомкнута. В этом режиме (режим холостого хода) нет падения напряжения на внутреннем сопротивлении, и вольтметр, подключенный к клеммам источника, покажет значение, равное ЭДС.

2. Внутреннее сопротивление источника равно нулю ($r = 0$). Такой источник называется идеальным. У реальных источников всегда есть ненулевое внутреннее сопротивление.

Ответ: Напряжение, измеренное на полюсах источника, равно его ЭДС в двух случаях: либо когда электрическая цепь разомкнута (и ток не течет), либо в гипотетическом случае идеального источника с нулевым внутренним сопротивлением.