Номер 3, страница 369 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Электростатика. 14. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Параграф 78. Электризация тел. Закон сохранения заряда. Задачи - номер 3, страница 369.

Условие.

3. Какой положительный и какой отрицательный заряды находятся в капле воды объёмом $V = 9 \text{ мм}^3$? Масса молекулы воды $m_0 = 3 \cdot 10^{-26} \text{ кг}$.

Решение.

Дано:

$V = 9 \text{ мм}^3$

$m_0 = 3 \cdot 10^{-26} \text{ кг}$

$\rho = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$ (плотность воды)

$e = 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}$ (элементарный заряд)

$V = 9 \text{ мм}^3 = 9 \cdot (10^{-3} \text{ м})^3 = 9 \cdot 10^{-9} \text{ м}^3$

Найти:

$q_+, q_-$

Решение:

1. Найдем массу капли воды, используя ее объем и плотность воды $\rho$:

$m = \rho \cdot V = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 9 \cdot 10^{-9} \text{ м}^3 = 9 \cdot 10^{-6} \text{ кг}$

2. Определим количество молекул воды $N$ в капле, разделив общую массу капли на массу одной молекулы $m_0$:

$N = \frac{m}{m_0} = \frac{9 \cdot 10^{-6} \text{ кг}}{3 \cdot 10^{-26} \text{ кг}} = 3 \cdot 10^{20}$ молекул

3. Молекула воды имеет химическую формулу $H_2O$. Определим количество протонов и электронов в одной молекуле. Атом водорода (H) содержит 1 протон и 1 электрон. Атом кислорода (O) содержит 8 протонов и 8 электронов. Таким образом, одна молекула воды содержит:

Количество протонов: $2 \cdot 1 + 8 = 10$

Количество электронов: $2 \cdot 1 + 8 = 10$

4. Капля воды электрически нейтральна, поэтому суммарный положительный заряд всех протонов по модулю равен суммарному отрицательному заряду всех электронов.

Найдем суммарный положительный заряд $q_+$:

$q_+ = N \cdot 10 \cdot e = 3 \cdot 10^{20} \cdot 10 \cdot 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} = 4.8 \cdot 10^{2} \text{ Кл} = 480 \text{ Кл}$

Суммарный отрицательный заряд $q_-$ будет равен по модулю и противоположен по знаку:

$q_- = -q_+ = -480 \text{ Кл}$

Ответ: положительный заряд в капле воды равен $480 \text{ Кл}$, отрицательный заряд равен $-480 \text{ Кл}$.