Номер 2, страница 138 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

2. Как вычислить работу тока на участке цепи?

2. Решение

Работа электрического тока на участке цепи — это работа, которую совершают силы электрического поля при перемещении электрического заряда по этому участку. Она показывает, какая энергия была преобразована на данном участке в другие виды энергии (например, в тепловую или световую) за определенное время.

Для вычисления работы тока ($A$) необходимо знать три величины. Существует несколько формул для ее нахождения.

Основная формула выводится из определения электрического напряжения. Напряжение ($U$) на концах участка цепи равно отношению работы ($A$) по перемещению заряда к величине этого заряда ($q$):

$U = \frac{A}{q}$

Отсюда работу можно выразить как произведение напряжения на перенесенный заряд:

$A = U \cdot q$

Сила тока ($I$) по определению — это заряд ($q$), прошедший через поперечное сечение проводника за единицу времени ($t$):

$I = \frac{q}{t}$

Из этой формулы выразим заряд: $q = I \cdot t$.

Подставив выражение для заряда в формулу для работы, получим первую, основную формулу для вычисления работы электрического тока:

$A = U \cdot I \cdot t$

Эта формула используется, когда известны напряжение на участке цепи, сила тока в нем и время, в течение которого ток протекал.

Используя закон Ома для участка цепи, который связывает напряжение ($U$), силу тока ($I$) и сопротивление ($R$) соотношением $U = I \cdot R$, можно получить еще две формулы.

1. Если в основной формуле ($A = UIt$) заменить напряжение $U$ его выражением из закона Ома ($U = IR$), то получим:

$A = (I \cdot R) \cdot I \cdot t = I^2 \cdot R \cdot t$

Эта формула удобна, когда известны сила тока, сопротивление участка и время.

2. Если в основной формуле ($A = UIt$) заменить силу тока $I$ ее выражением из закона Ома ($I = \frac{U}{R}$), то получим:

$A = U \cdot (\frac{U}{R}) \cdot t = \frac{U^2}{R} \cdot t$

Эту формулу применяют, когда известны напряжение, сопротивление и время.

Во всех формулах работа ($A$) измеряется в Джоулях (Дж), напряжение ($U$) — в Вольтах (В), сила тока ($I$) — в Амперах (А), сопротивление ($R$) — в Омах (Ом), а время ($t$) — в секундах (с).

Ответ:

Работу тока ($A$) на участке цепи можно вычислить по одной из трех формул, в зависимости от известных величин:

1. Если известны напряжение ($U$), сила тока ($I$) и время ($t$): $A = U \cdot I \cdot t$.

2. Если известны сила тока ($I$), сопротивление ($R$) и время ($t$): $A = I^2 \cdot R \cdot t$.

3. Если известны напряжение ($U$), сопротивление ($R$) и время ($t$): $A = \frac{U^2}{R} \cdot t$.