Номер 1, страница 377 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 115. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 1, страница 377.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Зависимость сопротивления металлов от температуры

В металлах носителями электрического заряда являются свободные электроны. Они движутся в кристаллической решетке, образованной положительно заряженными ионами. Электрическое сопротивление металлов возникает из-за столкновений свободных электронов с ионами, колеблющимися в узлах кристаллической решетки. С повышением температуры амплитуда и частота колебаний ионов в узлах решетки увеличиваются. Это приводит к увеличению числа столкновений электронов с ионами, что затрудняет их упорядоченное движение. В результате электрическое сопротивление металлов увеличивается при росте температуры. Эта зависимость для большинства металлов близка к линейной и описывается формулой: $R = R_0(1 + \alpha \Delta T)$, где $R$ — сопротивление при текущей температуре, $R_0$ — сопротивление при начальной температуре, $\Delta T$ — изменение температуры, а $\alpha$ — температурный коэффициент сопротивления, который для металлов положителен ($\alpha > 0$).

Зависимость сопротивления растворов электролитов от температуры

В растворах электролитов (растворы солей, кислот, щелочей) носителями заряда являются не электроны, а положительно и отрицательно заряженные ионы, которые образуются в результате электролитической диссоциации. Сопротивление электролита зависит от концентрации ионов и их подвижности. С повышением температуры происходят два процесса, влияющих на сопротивление. Во-первых, увеличивается степень диссоциации, что приводит к увеличению концентрации ионов — носителей заряда. Во-вторых, уменьшается вязкость растворителя, что облегчает движение ионов в растворе и, следовательно, увеличивает их подвижность. Оба эти фактора способствуют лучшему прохождению тока, поэтому электрическое сопротивление электролитов при нагревании уменьшается. Таким образом, для электролитов температурный коэффициент сопротивления отрицателен ($\alpha < 0$).

Чем определяется это различие?

Ключевое различие в поведении сопротивления металлов и электролитов при изменении температуры определяется природой носителей заряда и механизмом их движения. У металлов количество носителей заряда (свободных электронов) практически не зависит от температуры, а сопротивление определяется их рассеянием на колебаниях кристаллической решетки, которое усиливается с ростом температуры. В то же время у электролитов носителями заряда являются ионы. С ростом температуры увеличивается как количество носителей заряда (за счет диссоциации), так и их подвижность (за счет уменьшения вязкости среды), что в совокупности ведет к снижению сопротивления.

Ответ: Различие в зависимости сопротивления металлов и электролитов от температуры определяется фундаментальной разницей в природе носителей заряда и механизме электропроводности. В металлах сопротивление растет с температурой из-за усиления колебаний ионов кристаллической решетки, которые рассеивают движущиеся электроны, при этом число самих электронов остается постоянным. В электролитах сопротивление падает с температурой, так как увеличивается количество ионов (носителей заряда) за счет диссоциации и возрастает их подвижность из-за снижения вязкости растворителя.