Вопросы, страница 27 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Чем объясняется тепловое действие тока?

2. Как можно на опыте обнаружить химическое действие тока? Чем объясняется химическое действие тока?

3. Как можно обнаружить магнитное действие тока?

4. Почему магнитное действие тока называют универсальным действием?

5. Одинаковы ли скорость движения электронов в металлическом проводнике и скорость распространения электрического тока в проводнике?

1. Чем объясняется тепловое действие тока?

Тепловое действие электрического тока объясняется взаимодействием носителей заряда (в металлах — электронов) с ионами кристаллической решётки проводника. При протекании тока электроны, двигаясь упорядоченно под действием электрического поля, сталкиваются с ионами, находящимися в узлах кристаллической решётки. В результате этих столкновений электроны передают часть своей кинетической энергии ионам, заставляя их колебаться интенсивнее. Это приводит к увеличению внутренней энергии проводника, что макроскопически проявляется в его нагревании. Количество теплоты, выделяемое в проводнике, описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $\text{Q}$ — количество теплоты, $\text{I}$ — сила тока, $\text{R}$ — сопротивление проводника, а $\text{t}$ — время протекания тока.

Ответ: Тепловое действие тока объясняется передачей энергии от движущихся заряженных частиц ионам кристаллической решётки проводника при их столкновениях, что ведёт к увеличению внутренней энергии и температуры проводника.

2. Как можно на опыте обнаружить химическое действие тока? Чем объясняется химическое действие тока?

На опыте химическое действие тока можно обнаружить с помощью процесса электролиза. Например, если в сосуд с водным раствором сульфата меди ($CuSO_4$) опустить два угольных или медных электрода и подключить их к источнику постоянного тока, то через некоторое время на катоде (отрицательно заряженном электроде) осядет слой чистой меди. Это и есть наглядное проявление химического действия тока.

Объясняется химическое действие тока тем, что в растворах и расплавах электролитов (солей, кислот, щелочей) носителями тока являются не электроны, а положительно и отрицательно заряженные ионы. Под действием электрического поля положительные ионы (катионы) движутся к катоду, а отрицательные ионы (анионы) — к аноду. Достигнув электродов, ионы вступают в химические реакции: катионы принимают электроны (восстанавливаются), а анионы отдают электроны (окисляются). В результате на электродах выделяются вещества, из которых состоял электролит. Этот процесс и называется электролизом.

Ответ: Обнаружить химическое действие тока можно на опыте по электролизу, например, при пропускании тока через раствор сульфата меди, когда на катоде выделяется чистая медь. Объясняется оно направленным движением ионов в электролитах и их последующими химическими превращениями на электродах.

3. Как можно обнаружить магнитное действие тока?

Магнитное действие тока заключается в том, что вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле. Обнаружить это поле можно несколькими способами:

1. С помощью магнитной стрелки (компаса). Если поднести компас к проводнику, по которому течёт ток, стрелка компаса отклонится от своего первоначального положения (север-юг) и расположится по касательной к силовой линии магнитного поля тока. Этот опыт впервые провёл Г. Х. Эрстед.

2. С помощью железных опилок. Если насыпать железные опилки на лист картона, сквозь который пропущен проводник с током, то опилки выстроятся вдоль концентрических окружностей вокруг проводника, визуализируя силовые линии магнитного поля.

3. По взаимодействию двух проводников с током. Два параллельных проводника притягиваются, если токи в них текут в одном направлении, и отталкиваются, если токи направлены в противоположные стороны. Это взаимодействие обусловлено магнитными полями, создаваемыми каждым из проводников.

Ответ: Магнитное действие тока можно обнаружить по отклонению магнитной стрелки вблизи проводника с током, по ориентации железных опилок вокруг проводника или по силовому взаимодействию (притяжению или отталкиванию) двух параллельных проводников с током.

4. Почему магнитное действие тока называют универсальным действием?

Магнитное действие тока называют универсальным, потому что оно проявляется абсолютно во всех средах, где может существовать электрический ток: в твёрдых телах (металлах и полупроводниках), в жидкостях (электролитах), в газах (при газовом разряде) и даже в вакууме (направленное движение пучка электронов). Любое движение электрических зарядов, независимо от среды, порождает магнитное поле.

В отличие от магнитного, другие действия тока не являются универсальными. Например, химическое действие проявляется только в электролитах и отсутствует в металлах. Тепловое действие хотя и широко распространено, но практически отсутствует у сверхпроводников, сопротивление которых равно нулю.

Ответ: Магнитное действие тока называют универсальным, так как оно сопровождает электрический ток в любой среде (твёрдой, жидкой, газообразной) и в вакууме, в то время как химическое и тепловое действия проявляются не всегда.

5. Одинаковы ли скорость движения электронов в металлическом проводнике и скорость распространения электрического тока в проводнике?

Нет, эти скорости не одинаковы и кардинально различаются по величине.

Скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике (так называемая дрейфовая скорость) очень мала. Из-за постоянных столкновений с ионами кристаллической решётки электроны движутся не по прямой, а их средняя скорость составляет всего доли миллиметра в секунду (порядка $10^{-4} - 10^{-5}$ м/с).

Скорость распространения электрического тока — это скорость распространения электрического поля вдоль проводника, которое и заставляет электроны двигаться. Эта скорость огромна и практически равна скорости света в вакууме (около 300 000 км/с). Как только цепь замыкается, электрическое поле возникает почти мгновенно по всей длине проводника, и все свободные электроны почти одновременно приходят в упорядоченное движение. Это можно сравнить с длинной трубкой, полностью заполненной шариками: как только вы толкаете первый шарик, последний почти сразу же выкатывается, хотя каждый отдельный шарик переместился на очень малое расстояние.

Ответ: Нет, не одинаковы. Скорость движения электронов (дрейфовая скорость) очень мала (доли миллиметра в секунду), а скорость распространения электрического тока (скорость распространения электрического поля) огромна и близка к скорости света.