Номер 2, страница 364 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 110. Работа и мощность постоянного тока. Глава 15. Законы постоянного тока - номер 2, страница 364.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Чем отличается понятие работы тока в электростатике от понятия работы в механике?

Понятия работы в механике и работы электрического тока (или, точнее, работы электростатического поля) оба описывают процесс передачи или преобразования энергии, но они относятся к разным физическим явлениям и описываются разными величинами.

Работа в механике — это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения тела и на косинус угла между векторами силы и перемещения. Она характеризует изменение механической энергии системы.

Формула механической работы: $$ A_{мех} = F \cdot s \cdot \cos{\alpha} $$ где $F$ — приложенная сила, $s$ — перемещение тела, $\alpha$ — угол между направлением силы и направлением перемещения. Работа совершается над макроскопическим телом (или системой тел) при его перемещении в пространстве под действием механических сил (силы тяжести, упругости, трения и т.д.).

Работа электрического тока (или работа электростатического поля) — это работа, которую совершают силы электрического поля при упорядоченном перемещении электрических зарядов по проводнику. Эта работа приводит к преобразованию электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, световую, механическую).

Формулы для работы тока: $$ A_{эл} = q \cdot U = I \cdot U \cdot t $$ где $q$ — электрический заряд, прошедший через участок цепи, $U$ — напряжение (разность потенциалов) на этом участке, $I$ — сила тока, $t$ — время прохождения тока. Здесь "объектом", над которым совершается работа, являются не макроскопические тела, а носители заряда (электроны, ионы), а "силой" является сила, действующая на них со стороны электрического поля.

Основные отличия:

1. Природа силы и объект ее приложения: В механике работа совершается механической силой, приложенной к макроскопическому телу. В электростатике работа совершается силами электрического поля, действующими на электрические заряды.
2. Характер перемещения: В механике работа связана с перемещением всего тела в пространстве. Работа тока связана с перемещением огромного количества заряженных частиц внутри проводника под действием разности потенциалов.
3. Определяющие величины: Механическая работа определяется силой и перемещением. Работа тока определяется зарядом и напряжением (или силой тока, напряжением и временем).
4. Результат работы (преобразование энергии): Механическая работа чаще всего приводит к изменению кинетической или потенциальной энергии самого тела. Работа электрического тока — это мера электрической энергии, преобразованной в другие формы: в теплоту (закон Джоуля-Ленца), свет (в лампочке) или механическую работу (в электродвигателе).

Таким образом, хотя оба понятия используют термин "работа" и измеряются в джоулях, они описывают принципиально разные физические процессы: один — в мире макроскопических движений, другой — в мире электрических явлений.

Ответ:

Работа в механике и работа электрического тока отличаются по своей природе, объектам приложения силы, характеру перемещения и результатам. Механическая работа — это результат действия механической силы на макроскопическое тело, приводящий к его перемещению и изменению его механической энергии ($A = Fs \cos{\alpha}$). Работа тока — это работа сил электрического поля по перемещению зарядов внутри проводника, характеризующая преобразование электрической энергии в другие виды ($A = UIt$).