Номер 2.2, страница 37 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 2. Электрический ток в различных средах. Электрический ток в электролитах - номер 2.2, страница 37.

Условие.

2.2. Стеклянную палочку через гальванометр подключили к источнику тока. Замыкая цепь, убедились, что при комнатной температуре ток в цепи отсутствует при любом напряжении. Нагревая палочку в пламени горелки, обнаружили появление тока. По мере нагревания сила тока увеличивалась. Объясните наблюдаемое явление.

Решение.

Решение

Наблюдаемое явление связано с зависимостью электрических свойств диэлектриков, к которым относится стекло, от температуры.

При комнатной температуре стекло является очень хорошим изолятором. Это означает, что в нем практически нет свободных носителей заряда (электронов), которые могли бы перемещаться под действием электрического поля и создавать ток. Все электроны прочно связаны со своими атомами. Поэтому, когда цепь замыкают, гальванометр не показывает наличия тока, так как сопротивление стеклянной палочки чрезвычайно велико.

Когда стеклянную палочку начинают нагревать, атомы вещества получают дополнительную энергию. При достаточно высокой температуре эта тепловая энергия становится достаточной для того, чтобы оторвать некоторые электроны от их атомов. В материале появляются свободные носители заряда — электроны. Эти свободные электроны могут перемещаться по палочке под действием электрического поля, создаваемого источником тока, что и приводит к появлению электрического тока в цепи, который регистрирует гальванометр.

По мере дальнейшего нагревания температура палочки продолжает расти. Чем выше температура, тем большее количество электронов отрывается от атомов и становится свободными. Увеличение концентрации свободных носителей заряда означает уменьшение электрического сопротивления материала. Согласно закону Ома для участка цепи, сила тока $\text{I}$ прямо пропорциональна напряжению $\text{U}$ и обратно пропорциональна сопротивлению $\text{R}$:

$I = \frac{U}{R}$

Поскольку напряжение источника тока постоянно, а сопротивление $\text{R}$ стеклянной палочки с ростом температуры уменьшается, сила тока $\text{I}$ в цепи увеличивается. Именно это и наблюдается в опыте.

Таким образом, стекло, являясь диэлектриком при комнатной температуре, при сильном нагревании приобретает свойства проводника (точнее, полупроводника), и его проводимость растет с увеличением температуры.

Ответ: При комнатной температуре стекло является диэлектриком с очень высоким сопротивлением из-за отсутствия свободных носителей заряда. При нагревании часть электронов получает достаточную энергию, чтобы стать свободными, что приводит к появлению тока. С дальнейшим ростом температуры концентрация свободных носителей заряда увеличивается, сопротивление стекла падает, и, как следствие, сила тока в цепи возрастает.