Номер 3, страница 338 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. Опишите качественно зависимость тока в различных типах веществ от температуры.

Зависимость силы тока от температуры при постоянном приложенном напряжении определяется тем, как изменяется электрическое сопротивление вещества с температурой. Характер этой зависимости различен для разных классов веществ.

Металлы

В металлах носителями электрического тока являются свободные электроны. Их концентрация очень велика и практически не зависит от температуры. Электрическое сопротивление металлов возникает из-за столкновений электронов с ионами, находящимися в узлах кристаллической решётки. При повышении температуры амплитуда колебаний ионов возрастает. Это приводит к тому, что электроны на своем пути сталкиваются с ионами чаще, их упорядоченное движение затрудняется, и, как следствие, электрическое сопротивление металла растет. Для большинства металлов эта зависимость в широком диапазоне температур близка к линейной: $R = R_0(1 + \alpha \Delta T)$, где $\alpha$ – положительный температурный коэффициент сопротивления. Согласно закону Ома для участка цепи, сила тока $I = U/R$. Поскольку сопротивление $\text{R}$ увеличивается с температурой, сила тока $\text{I}$ при постоянном напряжении $\text{U}$ будет уменьшаться.

Ответ: С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сила тока при постоянном напряжении уменьшается.

Полупроводники

В полупроводниках, в отличие от металлов, концентрация носителей заряда (электронов и дырок) сильно зависит от температуры. При низких температурах свободных носителей заряда почти нет, и полупроводник ведет себя как диэлектрик. С повышением температуры тепловая энергия разрывает ковалентные связи между атомами, в результате чего появляются свободные носители заряда – электроны и дырки. Их концентрация растет с температурой по экспоненциальному закону. Этот процесс (увеличение числа носителей) является доминирующим и приводит к резкому уменьшению сопротивления. Хотя с ростом температуры также усиливается и рассеяние носителей на колебаниях решетки (что стремится увеличить сопротивление), эффект от увеличения их концентрации оказывается значительно сильнее. В результате общее сопротивление полупроводника с ростом температуры падает. Следовательно, сила тока через полупроводник при постоянном напряжении будет возрастать.

Ответ: С повышением температуры сопротивление полупроводников уменьшается, а сила тока при постоянном напряжении увеличивается.

Электролиты и ионизированные газы

В этих средах носителями тока являются ионы (в газах также и свободные электроны). Проводимость зависит от концентрации ионов и их подвижности. При нагревании электролитов (растворов и расплавов) вязкость среды уменьшается, что позволяет ионам двигаться быстрее, то есть их подвижность возрастает. Кроме того, для слабых электролитов повышение температуры увеличивает степень диссоциации, что приводит к росту концентрации ионов. Оба этих фактора способствуют уменьшению сопротивления. В газах повышение температуры приводит к более интенсивной ионизации молекул, то есть к увеличению концентрации носителей заряда (ионов и электронов), что также ведет к уменьшению сопротивления. Таким образом, и в электролитах, и в ионизированных газах с ростом температуры сопротивление падает, а сила тока при постоянном напряжении растет.

Ответ: С повышением температуры сопротивление электролитов и ионизированных газов уменьшается, а сила тока при постоянном напряжении увеличивается.