Вопросы, страница 57 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Как объясняется способность металлов проводить электрический ток?

2. Что такое электролиты и как объясняется их способность проводить электрический ток?

3. При каких условиях может возникать электрический ток в газах?

4. Как может проходить ток в вакууме?

1. Как объясняется способность металлов проводить электрический ток?

Способность металлов проводить электрический ток объясняется их внутренним строением. Металлы состоят из кристаллической решетки, в узлах которой находятся положительно заряженные ионы. Между этими ионами хаотически движутся свободные электроны, которые отделились от атомов. Эти электроны не принадлежат какому-то конкретному атому и образуют так называемый "электронный газ".

В отсутствие внешнего электрического поля движение свободных электронов беспорядочно, и суммарный перенос заряда в любом направлении равен нулю. Поэтому электрического тока нет.

Когда к металлическому проводнику прикладывается электрическое поле (например, при подключении к источнику питания), на свободные электроны начинает действовать электрическая сила. Под действием этой силы хаотическое движение электронов сменяется на упорядоченное (дрейфовое) движение в направлении, противоположном направлению вектора напряженности электрического поля. Это направленное движение свободных электронов и представляет собой электрический ток в металлах.

Ответ: Способность металлов проводить электрический ток объясняется наличием в их кристаллической решетке большого количества свободных электронов, которые под действием внешнего электрического поля приходят в упорядоченное движение, создавая электрический ток.

2. Что такое электролиты и как объясняется их способность проводить электрический ток?

Электролиты — это вещества (соли, кислоты, основания), растворы или расплавы которых проводят электрический ток. Проводимость электролитов обусловлена процессом электролитической диссоциации, при котором молекулы вещества распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Например, при растворении поваренной соли ($NaCl$) в воде она диссоциирует на положительные ионы натрия ($Na^+$) и отрицательные ионы хлора ($Cl^-$). В отсутствие электрического поля эти ионы движутся в растворе хаотично.

Если в раствор электролита опустить два электрода (анод и катод) и подключить их к источнику тока, то в растворе создастся электрическое поле. Под действием этого поля ионы начинают двигаться упорядоченно: положительно заряженные ионы (катионы, например, $Na^+$) движутся к отрицательному электроду (катоду), а отрицательно заряженные ионы (анионы, например, $Cl^-$) движутся к положительному электроду (аноду). Направленное движение ионов в растворе или расплаве и является электрическим током в электролитах. В отличие от металлов, где носителями заряда являются только электроны, в электролитах носителями заряда являются ионы обоих знаков.

Ответ: Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят ток благодаря наличию свободных ионов, образующихся в процессе электролитической диссоциации. Их способность проводить ток объясняется направленным движением положительных и отрицательных ионов под действием электрического поля.

3. При каких условиях может возникать электрический ток в газах?

В обычных условиях газы являются диэлектриками, так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, а количество свободных заряженных частиц в них ничтожно мало. Для возникновения электрического тока в газе необходимо создать в нем свободные носители заряда — электроны и ионы. Этот процесс называется ионизацией газа.

Ионизация газа может происходить под действием внешних факторов (ионизаторов):

1. Высокая температура: При сильном нагревании атомы и молекулы газа начинают двигаться с такими большими скоростями, что при столкновениях друг с другом могут выбивать электроны, образуя ионы.

2. Излучение: Ультрафиолетовое, рентгеновское или гамма-излучение, обладая достаточной энергией, может выбивать электроны из атомов газа.

3. Сильное электрическое поле: Если поле достаточно сильное, свободные электроны (всегда присутствующие в малом количестве) могут разогнаться до энергии, достаточной для ионизации нейтральных атомов при столкновении. Этот процесс называется ударной ионизацией и может привести к лавинообразному нарастанию числа носителей заряда и возникновению самостоятельного газового разряда (например, молнии).

Таким образом, для возникновения тока в газе необходимо наличие ионизатора и электрического поля, которое будет создавать упорядоченное движение образовавшихся свободных электронов и ионов.

Ответ: Электрический ток в газах может возникать при одновременном выполнении двух условий: наличия свободных носителей заряда (электронов и ионов), которые появляются в результате ионизации газа, и наличия внешнего электрического поля, которое вызывает их направленное движение.

4. Как может проходить ток в вакууме?

Вакуум — это пространство, практически свободное от вещества. Сам по себе идеальный вакуум является изолятором, так как в нем нет носителей заряда. Чтобы в вакууме мог протекать электрический ток, в него необходимо ввести (инжектировать) заряженные частицы.

Основной способ создания тока в вакууме — это использование явления термоэлектронной эмиссии. Для этого в вакуумную колбу помещают два электрода: катод и анод. Катод нагревают до высокой температуры (например, с помощью нити накала). При этом электроны на поверхности катода получают достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы удержания в металле и вылететь в окружающее пространство (в вакуум). Этот процесс и называется термоэлектронной эмиссией.

Если между катодом и анодом создать электрическое поле, подключив к ним источник напряжения так, чтобы анод был положительным по отношению к катоду, то вылетевшие из катода электроны будут притягиваться к аноду. Упорядоченное движение этих электронов от катода к аноду через вакуумный промежуток и образует электрический ток. Этот принцип используется в электронно-лучевых трубках, вакуумных диодах и других электровакуумных приборах.

Ответ: Ток в вакууме может проходить, если в вакуумный промежуток между электродами ввести носители заряда. Чаще всего это электроны, испускаемые нагретым катодом (термоэлектронная эмиссия). Под действием электрического поля эти электроны движутся к положительному аноду, создавая электрический ток.