Номер 2.3, 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 2.3, страница 37.

Условие.

2.3. Электрическую лампу включили в сеть последовательно с электролитической ванной, наполненной слабым раствором поваренной соли $(NaCl)$. Как изменится накал лампы, если:

а) добавить в раствор ещё некоторое количество соли;

б) долить дистиллированной воды?

Решение.

Яркость свечения электрической лампы определяется мощностью, которая на ней выделяется. Мощность $\text{P}$ связана с силой тока $\text{I}$ и сопротивлением лампы $R_{лампы}$ соотношением $P = I^2 R_{лампы}$. Поскольку сопротивление лампы можно считать постоянным, её яркость зависит от квадрата силы тока в цепи.

В свою очередь, сила тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных источника напряжения $\text{U}$, лампы и электролитической ванны, определяется по закону Ома: $I = \frac{U}{R_{общ}}$, где $R_{общ} = R_{лампы} + R_{раствора}$ — общее сопротивление цепи, а $R_{раствора}$ — сопротивление раствора электролита. Таким образом, сила тока, а значит и яркость лампы, зависит от сопротивления раствора. Электропроводность раствора соли обусловлена движением ионов. Сопротивление раствора обратно пропорционально концентрации ионов (носителей заряда).

а) добавить в раствор ещё некоторое количество соли

При добавлении поваренной соли (NaCl) в раствор её молекулы диссоциируют на ионы Na$^+$ и Cl$^−$. Это приводит к увеличению концентрации носителей заряда в растворе. Увеличение концентрации ионов повышает электропроводность раствора, что означает уменьшение его сопротивления $R_{раствора}$. В результате общее сопротивление цепи $R_{общ}$ уменьшается, а сила тока $\text{I}$ в цепи, согласно закону Ома, возрастает. Увеличение силы тока приведёт к увеличению мощности на лампе и, следовательно, её накал станет ярче.

Ответ: накал лампы увеличится.

б) долить дистиллированной воды

При добавлении в раствор дистиллированной воды его общий объем увеличивается, в то время как абсолютное количество ионов Na$^+$ и Cl$^−$ остается неизменным. Это приводит к уменьшению концентрации ионов в растворе. Снижение концентрации носителей заряда уменьшает электропроводность раствора и, соответственно, увеличивает его сопротивление $R_{раствора}$. В результате общее сопротивление цепи $R_{общ}$ возрастает, а сила тока $\text{I}$ в цепи уменьшается. Уменьшение силы тока приведёт к уменьшению мощности на лампе, и она будет светить тусклее.

Ответ: накал лампы уменьшится.