Ответьте на вопросы, страница 145 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему совершение работы по распределению зарядов в источнике тока за счет кулоновских сил невозможно?

2. Почему работа сторонних сил в источнике тока равна сумме работы кулоновских сил на внешнем и внутреннем участке цепи?

1. Почему совершение работы по распределению зарядов в источнике тока за счет кулоновских сил невозможно?

Внутри источника тока на его полюсах скапливаются заряды: на одном — положительный, на другом — отрицательный. В результате между полюсами возникает электрическое поле, силовые линии которого направлены от положительного полюса к отрицательному. Силы этого поля называются кулоновскими. По определению, кулоновская сила, действующая на положительный заряд, будет направлена в сторону отрицательного полюса.

Однако для поддержания постоянного тока необходимо перемещать положительные заряды внутри источника в обратном направлении — от отрицательного полюса к положительному, то есть против действия кулоновских сил. Сами кулоновские силы не могут совершать работу против себя же. Эту задачу выполняют сторонние силы неэлектрического происхождения (например, химические процессы в батарейке). Они совершают работу по разделению зарядов, преодолевая противодействие кулоновского поля и поддерживая разность потенциалов.

Таким образом, кулоновские силы препятствуют разделению зарядов внутри источника, а не способствуют ему.

Ответ: Кулоновские силы внутри источника направлены от положительного полюса к отрицательному и стремятся сблизить заряды, в то время как для создания тока необходимо разделять заряды, перемещая их в обратном направлении. Эту работу по разделению зарядов совершают сторонние силы, действуя против кулоновских.

2. Почему работа сторонних сил в источнике тока равна сумме работы кулоновских сил на внешнем и внутреннем участке цепи?

Это соотношение является прямым следствием закона сохранения энергии в замкнутой электрической цепи. Рассмотрим движение заряда $q$ по всей цепи.

1. Работа сторонних сил ($A_{стор}$). Внутри источника сторонние силы совершают работу, перемещая заряд $q$ против кулоновских сил и увеличивая его потенциальную энергию. Эта работа является полной энергией, которую источник сообщает зарядам, протекающим через него. По определению, эта работа равна $A_{стор} = \mathcal{E}q$, где $\mathcal{E}$ — электродвижущая сила (ЭДС) источника.

2. Работа кулоновских сил ($A_{кул}$). Получив энергию, заряд движется по всей цепи под действием электрического (кулоновского) поля. Эта энергия расходуется на преодоление сопротивления. Работу кулоновских сил можно разделить на две части:

• Работа на внешнем участке цепи ($A_{внеш}$). При прохождении через внешнее сопротивление $R$ энергия заряда превращается в другие виды энергии (в основном в тепло). Эта работа равна $A_{внеш} = U_{внеш}q = I R t q$.
• Работа на внутреннем участке цепи ($A_{внутр}$). При прохождении через сам источник, обладающий внутренним сопротивлением $r$, часть энергии также теряется в виде тепла. Эта работа равна $A_{внутр} = U_{внутр}q = I r t q$.

Согласно закону сохранения энергии, полная энергия, сообщенная источником (работа сторонних сил), должна быть равна полной энергии, рассеянной (израсходованной) во всей цепи (сумма работ кулоновских сил на всех участках).

Следовательно: $A_{стор} = A_{внеш} + A_{внутр}$.

Ответ: Это следует из закона сохранения энергии. Работа сторонних сил — это энергия, которую источник сообщает зарядам. Работа кулоновских сил — это энергия, которая расходуется (превращается в тепло и т.д.) на внешнем и внутреннем сопротивлениях цепи. Так как энергия не создается и не исчезает, сообщенная энергия должна быть равна израсходованной.