Ответьте на вопросы, страница 150 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Как источник тока, подключенный к участку цепи, влияет на силу тока в нем?

2. Почему потенциалы точек А и D при их соединении становятся равными?

3. При каком условии в цепи происходит короткое замыкание? В чем оно проявляется?

4. Какую опасность таит в себе явление короткого замыкания?

1. Как источник тока, подключенный к участку цепи, влияет на силу тока в нем?

Источник тока является необходимым элементом для создания и поддержания электрического тока в цепи. Его основная функция — создание и поддержание разности потенциалов (напряжения) на концах участка цепи. Эта разность потенциалов, в свою очередь, создает внутри проводников электрическое поле. Под действием этого поля свободные заряженные частицы (например, электроны в металлах) приходят в упорядоченное движение, которое и представляет собой электрический ток. Согласно закону Ома для участка цепи, сила тока $I$ прямо пропорциональна напряжению $U$, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению $R$: $I = \frac{U}{R}$. Таким образом, источник тока, обеспечивая напряжение, является первопричиной возникновения тока. Чем большее напряжение создает источник, тем больше сила тока при неизменном сопротивлении цепи.

Ответ: Источник тока создает на участке цепи разность потенциалов (напряжение), которая вызывает упорядоченное движение заряженных частиц, то есть электрический ток. Величина силы тока напрямую зависит от напряжения, создаваемого источником.

2. Почему потенциалы точек А и D при их соединении становятся равными?

Потенциал — это энергетическая характеристика электрического поля. Если между точками А и D существует разность потенциалов, это означает, что электрическое поле будет совершать работу при перемещении заряда между этими точками. Когда точки А и D, имеющие разные потенциалы, соединяют проводником, свободные заряды в этом проводнике приходят в движение под действием электрического поля. Положительные заряды (или эквивалентное движение отрицательных зарядов в обратную сторону) перемещаются от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким. Этот процесс перераспределения зарядов продолжается до тех пор, пока потенциал во всех точках соединительного проводника, включая точки А и D, не станет одинаковым. Как только потенциалы выравниваются, разность потенциалов становится равной нулю, электрическое поле внутри проводника исчезает, и направленное движение зарядов прекращается. Это состояние называется электростатическим равновесием.

Ответ: При соединении точек А и D проводником свободные заряды в нем перемещаются под действием разности потенциалов до тех пор, пока эта разность не станет равной нулю, выравнивая потенциалы во всех точках проводника, включая точки А и D.

3. При каком условии в цепи происходит короткое замыкание? В чем оно проявляется?

Короткое замыкание (КЗ) происходит, когда сопротивление внешней цепи становится пренебрежимо малым, близким к нулю ($R \to 0$). Чаще всего это случается при соединении полюсов источника тока проводником с очень низким сопротивлением, в обход потребителя электроэнергии (нагрузки). Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока $I$ определяется по формуле $I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}$, где $\mathcal{E}$ — ЭДС источника, $R$ — сопротивление внешней цепи, а $r$ — внутреннее сопротивление источника. При коротком замыкании, когда $R \approx 0$, сила тока достигает своего максимального значения, называемого током короткого замыкания: $I_{кз} \approx \frac{\mathcal{E}}{r}$. Поскольку внутреннее сопротивление источников тока обычно очень мало, ток короткого замыкания может быть в сотни и тысячи раз больше номинального рабочего тока. Проявляется короткое замыкание в виде резкого, скачкообразного возрастания силы тока в цепи до очень больших значений. Это сопровождается выделением огромного количества тепла, яркой вспышкой (электрической дугой), громким хлопком и сильными электродинамическими силами.

Ответ: Короткое замыкание происходит при резком уменьшении сопротивления нагрузки в цепи практически до нуля. Оно проявляется в многократном увеличении силы тока в цепи до максимально возможного значения, ограниченного лишь внутренним сопротивлением источника тока.

4. Какую опасность таит в себе явление короткого замыкания?

Явление короткого замыкания чрезвычайно опасно из-за колоссальной силы тока, возникающей в цепи. Основные опасности:

1. Пожарная опасность: Огромный ток вызывает интенсивное выделение тепла в проводниках в соответствии с законом Джоуля-Ленца ($Q = I^2Rt$). Провода раскаляются, их изоляция плавится и воспламеняется, что может привести к возгоранию окружающих предметов и стать причиной пожара. Это одна из наиболее частых причин пожаров в жилых домах и на производстве.

2. Термические ожоги и поражение током: В месте короткого замыкания часто возникает электрическая дуга — мощный разряд с очень высокой температурой. Она может вызвать тяжелые ожоги даже без прямого контакта с телом человека, а брызги расплавленного металла представляют дополнительную угрозу. Прикосновение к цепи в момент КЗ почти всегда смертельно.

3. Повреждение и разрушение оборудования: Источники питания (аккумуляторы, генераторы, трансформаторы) и электроприборы, не рассчитанные на такие токи, выходят из строя. Батареи и аккумуляторы могут вздуться и взорваться, разбрасывая едкие химикаты и осколки.

4. Механические разрушения: Сильный ток создает вокруг проводников мощное магнитное поле. Взаимодействие этих полей приводит к возникновению значительных электродинамических сил, способных деформировать и разрушать шины распределительных устройств и другие элементы электроустановок.

Ответ: Главные опасности короткого замыкания — это возникновение пожара из-за перегрева проводов, получение тяжелых термических ожогов и смертельного поражения электрическим током, разрушение электрооборудования и взрывы источников питания.