Номер 3, страница 9 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 3. Источник тока в электрической цепи. ЭДС. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 3, страница 9.

3. Опишите особенности движения заряженной частицы в электролите источника тока.

Движение заряженных частиц в электролите источника тока представляет собой сложный процесс, который имеет несколько ключевых особенностей, отличающих его от движения электронов в металлическом проводнике.

Во-первых, носителями электрического заряда в электролитах являются не свободные электроны, а ионы — атомы или группы атомов, имеющие положительный или отрицательный заряд. Ток создается одновременным упорядоченным движением двух типов носителей:

• Положительно заряженных ионов (катионов), движущихся к отрицательному полюсу (катоду).
• Отрицательно заряженных ионов (анионов), движущихся к положительному полюсу (аноду).

Это движение ионов в противоположных направлениях и формирует электрический ток внутри источника.

Во-вторых, на каждую заряженную частицу (ион) в электролите действуют две основные силы, определяющие ее движение:

1. Сила со стороны электростатического поля (кулоновская сила) $ \vec{F}_{э} $. Между положительным и отрицательным электродами источника существует электрическое поле $ \vec{E} $, направленное от «+» к «–». Это поле действует на ионы с силой $ \vec{F}_{э} = q\vec{E} $. Она стремится переместить положительные ионы к отрицательному электроду, а отрицательные — к положительному, то есть препятствует разделению зарядов.
2. Сторонние силы $ \vec{F}_{ст} $. Это силы неэлектростатического происхождения (в гальванических элементах и аккумуляторах они возникают в результате химических реакций). Именно сторонние силы отвечают за разделение зарядов и поддержание разности потенциалов. Они действуют против сил электростатического поля, перемещая положительные ионы к положительному электроду, а отрицательные — к отрицательному. Работа, совершаемая сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника $ \mathcal{E} $.

В-третьих, характер движения ионов — это не свободное ускорение, а медленный дрейф. Когда через источник течет ток, сторонняя сила $ \vec{F}_{ст} $ преобладает над электростатической $ \vec{F}_{э} $, что и вызывает направленное движение ионов. Однако ионы движутся в вязкой среде электролита и постоянно сталкиваются с другими ионами и нейтральными молекулами растворителя. Эти столкновения создают силу сопротивления, которая мешает движению. В результате ионы движутся с некоторой установившейся, очень малой средней скоростью, называемой дрейфовой скоростью. Именно это сопротивление движению ионов является причиной наличия у источника тока внутреннего сопротивления $ r $.

Ответ: Особенностью движения заряженной частицы в электролите источника тока является то, что это упорядоченное встречное движение положительных и отрицательных ионов (а не электронов). Это движение происходит под действием двух основных сил: сторонних сил неэлектрической природы, которые разделяют заряды и создают ЭДС, и противодействующих им сил электростатического поля. Из-за постоянных столкновений в вязкой среде электролита ионы движутся не с ускорением, а с малой постоянной дрейфовой скоростью, что обуславливает наличие у источника внутреннего сопротивления.