Номер 41.5, страница 96 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Электрические явления - номер 41.5, страница 96.

Условие.

Задание 41.5. На рисунке в задании 40.8 изображена электрическая цепь, в которую включена спираль из железной проволоки. Изменятся ли и каким образом показания амперметра и вольтметра, если в цепь вместо спирали из железной проволоки включить такой же длины и площади поперечного сечения спираль из:

никелиновой проволоки; _______

медной проволоки? _______

Решение.

Решение

Изменения показаний приборов будут зависеть от того, как изменится сопротивление спирали. Сопротивление проводника $\text{R}$ рассчитывается по формуле $R = \rho \frac{l}{S}$, где $\rho$ – удельное электрическое сопротивление материала, из которого изготовлен проводник, $\text{l}$ – его длина, а $\text{S}$ – площадь поперечного сечения.

По условию задачи, при замене спирали её длина $\text{l}$ и площадь поперечного сечения $\text{S}$ остаются неизменными. Это означает, что сопротивление спирали прямо пропорционально удельному сопротивлению материала ($R \propto \rho$).

Для анализа показаний приборов будем использовать закон Ома для полной цепи. Сила тока, которую измеряет амперметр, равна $I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}$, где $\mathcal{E}$ – ЭДС источника тока, $\text{r}$ – его внутреннее сопротивление, а $\text{R}$ – сопротивление спирали. Вольтметр измеряет напряжение на спирали, которое равно $U = I \cdot R = \frac{\mathcal{E} \cdot R}{R+r}$.

Сравним удельные сопротивления материалов:

• Удельное сопротивление железа ($\rho_{ж}$): примерно $0,1 \frac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$
• Удельное сопротивление никелина ($\rho_{н}$): примерно $0,4 \frac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$
• Удельное сопротивление меди ($\rho_{м}$): примерно $0,017 \frac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$

Таким образом, справедливо соотношение: $\rho_{м} < \rho_{ж} < \rho_{н}$.

никелиновой проволоки;

При замене железной проволоки на никелиновую сопротивление спирали увеличится, так как удельное сопротивление никелина больше, чем у железа ($\rho_{н} > \rho_{ж}$).

1. Показания амперметра. Общее сопротивление цепи $R_{общ} = R+r$ увеличится. Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока $I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}$ обратно пропорциональна общему сопротивлению. Следовательно, сила тока в цепи уменьшится, и показания амперметра уменьшатся.

2. Показания вольтметра. Напряжение на спирали можно выразить как $U = \mathcal{E} - I \cdot r$. Поскольку сила тока $\text{I}$ уменьшилась, падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника ($I \cdot r$) также уменьшится. Следовательно, напряжение на внешнем участке цепи (на спирали) $\text{U}$ увеличится. Показания вольтметра увеличатся.

Ответ: Показания амперметра уменьшатся, а показания вольтметра увеличатся.

медной проволоки?

При замене железной проволоки на медную сопротивление спирали уменьшится, так как удельное сопротивление меди меньше, чем у железа ($\rho_{м} < \rho_{ж}$).

1. Показания амперметра. Общее сопротивление цепи $R_{общ} = R+r$ уменьшится. Согласно закону Ома, сила тока $I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}$ в цепи увеличится. Показания амперметра увеличатся.

2. Показания вольтметра. Напряжение на спирали $U = \mathcal{E} - I \cdot r$. Поскольку сила тока $\text{I}$ увеличилась, падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника ($I \cdot r$) также увеличится. Следовательно, напряжение на внешнем участке цепи $\text{U}$ уменьшится. Показания вольтметра уменьшатся.

Ответ: Показания амперметра увеличатся, а показания вольтметра уменьшатся.