Вопросы, страница 52 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Как получено выражение для вычисления работы электрического тока?

2. Значения каких физических величин необходимо знать для вычисления работы и мощности электрического тока?

3. Как на основе измерения электрических величин можно вычислить количество теплоты, выделяющееся в проводнике под действием электрического тока?

1. Как получено выражение для вычисления работы электрического тока?

Выражение для вычисления работы электрического тока $\text{A}$ выводится из фундаментальных определений электрического напряжения $\text{U}$ и силы тока $\text{I}$.

По определению, электрическое напряжение (или разность потенциалов) $\text{U}$ на участке цепи — это физическая величина, равная работе $\text{A}$, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда $\text{q}$ по этому участку: $U = \frac{A}{q}$

Из этой формулы можно выразить работу электрического поля: $A = Uq$

Сила тока $\text{I}$ по определению — это физическая величина, показывающая, какой заряд $\text{q}$ проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени $\text{t}$: $I = \frac{q}{t}$

Из этого определения можно выразить заряд, прошедший через проводник за время $\text{t}$: $q = It$

Теперь, подставив выражение для заряда $\text{q}$ в формулу для работы $\text{A}$, мы получаем искомое выражение для работы электрического тока: $A = U \cdot (It) = UIt$

Таким образом, работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка, силы тока в нем и времени, в течение которого протекал ток.

Ответ: Выражение для работы электрического тока $A = UIt$ получено путем объединения формулы, определяющей электрическое напряжение ($U = A/q$), и формулы, определяющей силу тока ($I = q/t$).

2. Значения каких физических величин необходимо знать для вычисления работы и мощности электрического тока?

Для вычисления работы электрического тока ($\text{A}$) и мощности электрического тока ($\text{P}$) используются различные формулы, которые требуют знания определенных физических величин.

Для вычисления работы ($\text{A}$) в общем случае необходимо знать значения трех величин: напряжения $\text{U}$ на участке цепи, силы тока $\text{I}$ в нем и времени $\text{t}$, в течение которого протекал ток. Это следует из основной формулы для работы: $A = UIt$. Используя закон Ома для участка цепи ($U=IR$), можно выразить работу через другие комбинации величин. Например, по формуле $A = I^2Rt$ работа вычисляется через силу тока $\text{I}$, сопротивление $\text{R}$ и время $\text{t}$. По формуле $A = \frac{U^2}{R}t$ работа вычисляется через напряжение $\text{U}$, сопротивление $\text{R}$ и время $\text{t}$.

Для вычисления мощности ($\text{P}$), которая по определению равна работе, совершаемой в единицу времени ($P = A/t$), достаточно знать значения двух величин. Основная формула для мощности: $P = UI$. Для расчета по ней необходимо знать напряжение $\text{U}$ и силу тока $\text{I}$. Альтернативные формулы, полученные с помощью закона Ома: $P = I^2R$ (требует знания силы тока $\text{I}$ и сопротивления $\text{R}$) и $P = \frac{U^2}{R}$ (требует знания напряжения $\text{U}$ и сопротивления $\text{R}$).

Ответ: Для вычисления работы электрического тока необходимо знать напряжение, силу тока и время (либо две из этих величин и сопротивление). Для вычисления мощности необходимо знать напряжение и силу тока (либо одну из этих величин и сопротивление).

3. Как на основе измерения электрических величин можно вычислить количество теплоты, выделяющееся в проводнике под действием электрического тока?

Количество теплоты $\text{Q}$, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему электрического тока, определяется законом Джоуля-Ленца. Согласно этому закону, если на рассматриваемом участке цепи электрическая энергия превращается только во внутреннюю (тепловую) энергию, то количество выделившейся теплоты равно работе $\text{A}$, совершенной электрическим током. $Q = A$

Так как работа тока вычисляется по формулам $A = UIt$, $A = I^2Rt$ или $A = \frac{U^2}{R}t$, то и количество теплоты можно рассчитать по соответствующим формулам: $Q = UIt$ $Q = I^2Rt$ $Q = \frac{U^2}{R}t$

Таким образом, чтобы вычислить количество теплоты на основе измерений, можно использовать следующий алгоритм:

1. Измерить силу тока $\text{I}$ в проводнике с помощью амперметра.

2. Измерить напряжение $\text{U}$ на концах проводника с помощью вольтметра.

3. Засечь время $\text{t}$ прохождения тока с помощью секундомера.

После проведения измерений, количество теплоты можно рассчитать по формуле $Q = UIt$. Если же известно сопротивление проводника $\text{R}$, то достаточно измерить только силу тока и время (используя формулу $Q = I^2Rt$) или только напряжение и время (используя формулу $Q = \frac{U^2}{R}t$).

Ответ: Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, можно вычислить, измерив напряжение на нем ($\text{U}$), силу тока в нем ($\text{I}$) и время прохождения тока ($\text{t}$), а затем подставив эти значения в формулу $Q = UIt$. Это следует из закона Джоуля-Ленца, который гласит, что количество выделенной теплоты равно работе электрического тока ($Q=A$).