Номер 32.4, страница 72 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Электрические явления - номер 32.4, страница 72.

Условие.

Задание 32.4. На рисунке схематично изображено строение трёх металлических образцов 1, 2 и 3, состоящих из ионов (+) и электронов (–), способных к свободному перемещению. Заряд каждого иона равен заряду протона.

а) Около каждого образца напишите знак суммарного заряда.

1 _______

2 _______

3 _______

б) Вычислите суммарный заряд каждого образца.

1 _______

2 _______

3 _______

в) Что произойдёт, если эти образцы соединить металлическими проводами?

г) Дорисуйте карандашом на рисунке два провода, соединяющие соседние образцы между собой. Стрелками укажите, какие электроны при этом и в каком направлении переместятся со своего образца на соседний. Изменится ли суммарный заряд образцов после того, как их соединят проводами?

Решение.

а)

Знак суммарного заряда образца определяется соотношением числа положительных ионов и отрицательных электронов.

1. В образце 1 четыре положительных иона (+) и два электрона (–). Так как положительных зарядов больше, суммарный заряд образца положительный (+).

2. В образце 2 пять положительных ионов (+) и пять электронов (–). Число положительных и отрицательных зарядов равно, поэтому образец электрически нейтрален (заряд равен нулю).

3. В образце 3 четыре положительных иона (+) и шесть электронов (–). Так как электронов больше, суммарный заряд образца отрицательный (–).

Ответ: 1: (+), 2: нейтрален (0), 3: (–).

б)

Дано:

Заряд каждого иона равен заряду протона, то есть одному элементарному заряду $\text{e}$.

Заряд электрона равен $-e$.

Элементарный заряд $e \approx 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл.

Образец 1: число ионов $N_{+1} = 4$, число электронов $N_{-1} = 2$.

Образец 2: число ионов $N_{+2} = 5$, число электронов $N_{-2} = 5$.

Образец 3: число ионов $N_{+3} = 4$, число электронов $N_{-3} = 6$.

Найти:

Суммарные заряды образцов $Q_1, Q_2, Q_3$.

Решение:

Суммарный заряд образца $\text{Q}$ вычисляется по формуле: $Q = N_{+} \cdot e + N_{-} \cdot (-e) = (N_{+} - N_{-}) \cdot e$.

1. Для образца 1:

$Q_1 = (4 - 2) \cdot e = +2e = +2 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} = +3,2 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}$.

2. Для образца 2:

$Q_2 = (5 - 5) \cdot e = 0 \cdot e = 0 \text{ Кл}$.

3. Для образца 3:

$Q_3 = (4 - 6) \cdot e = -2e = -2 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} = -3,2 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}$.

Ответ: $Q_1 = +2e \approx +3,2 \cdot 10^{-19}$ Кл; $Q_2 = 0$; $Q_3 = -2e \approx -3,2 \cdot 10^{-19}$ Кл.

в)

Если эти образцы соединить металлическими проводами, они образуют единую проводящую систему. В металлах носителями заряда являются свободные электроны. Под действием электрического поля, созданного разностью потенциалов между образцами, электроны начнут перемещаться. Они будут перетекать от образца с избытком электронов (отрицательно заряженного) к образцу с их недостатком (положительно заряженному) до тех пор, пока электрический потенциал во всей системе не выровняется.

Суммарный заряд всей системы из трёх образцов до соединения равен:

$Q_{общ} = Q_1 + Q_2 + Q_3 = (+2e) + 0 + (-2e) = 0$.

Согласно закону сохранения заряда, этот суммарный заряд сохранится и после соединения. Он перераспределится по всем трём образцам. Поскольку общий заряд равен нулю, после перераспределения заряд каждого из трёх образцов также станет равен нулю. То есть все три образца станут электрически нейтральными.

Ответ: Произойдёт перераспределение свободных электронов между образцами, в результате чего все три образца станут электрически нейтральными.

г)

На рисунке необходимо нарисовать два провода: один соединяет образец 1 с образцом 2, а другой — образец 2 с образцом 3.

Поскольку образец 3 имеет избыток электронов ($Q_3 = -2e$), а образец 1 — недостаток ($Q_1 = +2e$), два свободных электрона переместятся с образца 3 на образец 1. Так как образцы соединены последовательно через образец 2, электроны будут двигаться по цепи: от образца 3 к образцу 2, а затем от образца 2 к образцу 1.

Стрелками на рисунке следует показать перемещение двух электронов с образца 3 на провод, ведущий к образцу 2, и затем с провода на образец 1 (через образец 2). В результате образец 3 потеряет два электрона и станет нейтральным ($Q'_3 = 0$), а образец 1 получит два электрона и тоже станет нейтральным ($Q'_1 = 0$). Заряд образца 2 не изменится, он останется нейтральным ($Q'_2 = 0$).

Суммарный заряд образцов (как системы из трёх тел) после их соединения проводами не изменится. Это следует из закона сохранения электрического заряда для замкнутой системы. До соединения суммарный заряд был равен $Q_{общ} = (+2e) + 0 + (-2e) = 0$. После соединения заряды образцов стали $Q'_1=0$, $Q'_2=0$, $Q'_3=0$, и их сумма также равна нулю.

Ответ: Два электрона переместятся с образца 3 на образец 1 через образец 2. Суммарный заряд образцов не изменится, он останется равным нулю.