Номер 21, страница 75, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 18. Закон Ома для участка цепи. Удельное сопротивление вещества - номер 21, страница 75.

Условие.

21. Изобразите качественно вольтамперную характеристику электролита с учётом того, что в данном опыте при увеличении напряжения электролит нагревается.

Решение.

Решение

Вольтамперная характеристика (ВАХ) — это график зависимости силы тока $\text{I}$, протекающего через элемент цепи, от напряжения $\text{U}$ на этом элементе.

Для проводников, подчиняющихся закону Ома, сопротивление $\text{R}$ постоянно, и зависимость тока от напряжения линейна: $I = U/R$. Графиком такой зависимости является прямая линия, проходящая через начало координат.

В случае с электролитом, который нагревается при увеличении напряжения, ситуация иная. Согласно закону Джоуля-Ленца, при прохождении тока через проводник в нём выделяется теплота. Мощность тепловыделения $\text{P}$ равна $P = U \cdot I$. С увеличением напряжения $\text{U}$ растёт и сила тока $\text{I}$, что приводит к увеличению выделяемой мощности и, следовательно, к повышению температуры $\text{T}$ электролита.

Ключевое отличие электролитов от металлов заключается в том, что их сопротивление с ростом температуры уменьшается. Это происходит по двум основным причинам:

1. С повышением температуры увеличивается степень диссоциации молекул электролита на ионы, что приводит к увеличению концентрации носителей заряда.
2. С повышением температуры уменьшается вязкость растворителя, что облегчает движение ионов, то есть увеличивает их подвижность.

Таким образом, мы имеем следующую последовательность:

Увеличение напряжения $\text{U}$ $\implies$ Увеличение мощности $\text{P}$ $\implies$ Увеличение температуры $\text{T}$ $\implies$ Уменьшение сопротивления $\text{R}$.

Поскольку сопротивление $\text{R}$ в формуле $I = U/R$ не является постоянным, а уменьшается с ростом $\text{U}$, сила тока $\text{I}$ будет расти быстрее, чем по линейному закону. Это означает, что вольтамперная характеристика электролита будет нелинейной. График будет представлять собой кривую, которая выходит из начала координат и изгибается вверх, в сторону оси тока. Наклон графика, характеризующий проводимость, будет увеличиваться с ростом напряжения.

Качественное изображение такой вольтамперной характеристики показано на рисунке ниже. Серой пунктирной линией для сравнения показана ВАХ для случая с постоянным сопротивлением (закон Ома).

Ответ:

Вольтамперная характеристика электролита, который нагревается при увеличении напряжения, является нелинейной. График зависимости силы тока $\text{I}$ от напряжения $\text{U}$ — это кривая, выходящая из начала координат и загибающаяся вверх, в сторону оси тока. Это объясняется тем, что с ростом напряжения электролит нагревается, его сопротивление уменьшается, и в результате ток растёт быстрее, чем по линейному закону.