Страница 132 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

3. Через поперечное сечение проводника за 2 с проходит $6 \cdot 10^{19}$ электронов. Какова сила тока в проводнике?

Время $t = 2$ с

Количество электронов $N = 6 \cdot 10^{19}$

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

Силу тока $I$

Сила тока $I$ определяется как отношение электрического заряда $\Delta q$, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени $t$, в течение которого этот заряд проходил.

$I = \frac{\Delta q}{t}$

Суммарный заряд $\Delta q$, прошедший через сечение, равен произведению количества электронов $N$ на модуль заряда одного электрона $e$, который является элементарным зарядом.

$\Delta q = N \cdot e$

Подставим второе выражение в первое, чтобы получить формулу для расчета силы тока через известные величины:

$I = \frac{N \cdot e}{t}$

Теперь подставим числовые значения в полученную формулу и выполним вычисления:

$I = \frac{6 \cdot 10^{19} \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}}{2 \text{ с}}$

Степени десяти $10^{19}$ и $10^{-19}$ взаимно уничтожаются ($10^{19} \cdot 10^{-19} = 10^{0} = 1$).

$I = \frac{6 \cdot 1,6}{2} \text{ А} = \frac{9,6}{2} \text{ А} = 4,8 \text{ А}$

сила тока в проводнике равна 4,8 А.

4. Сколько времени длится пуск стартера автомобиля, если при силе тока $100 \, \text{А}$ за это время в цепи стартера протекает электрический заряд $1000 \, \text{Кл}$?

Дано:

Сила тока $I = 100$ А

Электрический заряд $q = 1000$ Кл

Найти:

Время $t$

Решение:

Сила тока по определению — это скорость протекания электрического заряда через поперечное сечение проводника. Она связана с зарядом и временем следующей формулой:

$I = \frac{q}{t}$

где $I$ — сила тока, $q$ — электрический заряд, $t$ — время.

Чтобы найти время, в течение которого протекал заряд, выразим $t$ из этой формулы:

$t = \frac{q}{I}$

Теперь подставим данные из условия задачи в полученную формулу:

$t = \frac{1000 \text{ Кл}}{100 \text{ А}} = 10 \text{ с}$

Ответ: пуск стартера длится 10 с.

5. Как правильно подключить элементы электрической цепи (см. рис. 83) при изменении полярности подключения источника тока?

При изменении полярности подключения источника тока направление электрического тока во всей цепи меняется на противоположное. Это означает, что условно принятое направление тока (от «+» к «–») теперь будет обратным по отношению к первоначальному.

Элементы электрической цепи делятся на полярные (чувствительные к направлению тока) и неполярные.

Неполярные элементы, такие как резисторы, лампы накаливания, реостаты и выключатели, работают одинаково независимо от направления тока. Поэтому при изменении полярности источника их переподключать не нужно.

Полярные элементы, напротив, чувствительны к направлению тока. Для их корректной работы и во избежание поломки их необходимо переподключить в соответствии с новым направлением тока. К таким элементам в первую очередь относятся измерительные приборы, которые обычно присутствуют в схемах, подобных той, что могла быть на рис. 83.

Для правильного подключения амперметра, который включается в цепь последовательно для измерения силы тока, необходимо поменять местами провода на его клеммах. Это связано с тем, что ток должен входить в клемму «+» и выходить из клеммы «–». Поскольку направление тока в цепи изменилось на противоположное, подключение амперметра также следует изменить на противоположное.

Аналогично для вольтметра, который подключается параллельно участку цепи для измерения напряжения, нужно поменять местами провода на его клеммах. Его положительная клемма должна быть соединена с точкой более высокого потенциала. При смене полярности источника эта точка станет точкой с низким потенциалом, поэтому для корректного измерения напряжения необходимо реверсировать подключение вольтметра.

Если в цепи есть и другие полярные элементы (например, диоды или электролитические конденсаторы), их подключение также нужно изменить на противоположное.

Ответ: При изменении полярности подключения источника тока необходимо поменять на противоположную полярность подключения всех чувствительных к ней элементов, в частности, поменять местами провода на клеммах амперметра и вольтметра. Неполярные элементы (резисторы, лампы и др.) в переподключении не нуждаются.

6. Две лампы соединены последовательно. Через первую лампу за 1,5 мин прошёл электрический заряд 90 Кл. Найдите силу тока через вторую лампу.

Дано:

$t = 1,5 \text{ мин}$

$q = 90 \text{ Кл}$

$t = 1,5 \cdot 60 \text{ с} = 90 \text{ с}$

Найти:

$I_2$ — ?

Решение:

Сила тока $I$ — это физическая величина, равная отношению электрического заряда $q$, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения $t$.

Формула для силы тока: $I = \frac{q}{t}$.

Так как через первую лампу за время $t = 90 \text{ с}$ прошёл заряд $q = 90 \text{ Кл}$, мы можем найти силу тока через первую лампу ($I_1$):

$I_1 = \frac{90 \text{ Кл}}{90 \text{ с}} = 1 \text{ А}$

Согласно условию задачи, две лампы соединены последовательно. При последовательном соединении сила тока во всех участках цепи одинакова. Это означает, что сила тока, проходящая через первую лампу, равна силе тока, проходящей через вторую лампу, и равна общей силе тока в цепи.

$I = I_1 = I_2$

Следовательно, сила тока через вторую лампу $I_2$ также равна 1 А.

$I_2 = 1 \text{ А}$

Ответ: сила тока через вторую лампу составляет 1 А.

7. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 мА? Сколько электронов должно проходить через это сечение за 1 с, чтобы создать такую силу тока?

Дано:

Время, $t = 1$ с

Сила тока, $I = 1$ мА

Элементарный заряд (модуль заряда электрона), $e \approx 1.6 \cdot 10^{-19}$ Кл (справочное значение)

Перевод в систему СИ:

$I = 1 \text{ мА} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ А}$

Найти:

1. Электрический заряд, $q$ - ?

2. Количество электронов, $N$ - ?

Решение:

Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 мА?

Сила тока $I$ по определению равна отношению электрического заряда $q$, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени $t$, за которое этот заряд прошел.

$I = \frac{q}{t}$

Чтобы найти заряд $q$, выразим его из этой формулы:

$q = I \cdot t$

Подставим числовые значения в единицах СИ:

$q = 1 \cdot 10^{-3} \text{ А} \cdot 1 \text{ с} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ Кл}$

Ответ: Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, равен $1 \cdot 10^{-3}$ Кл.

Сколько электронов должно проходить через это сечение за 1 с, чтобы создать такую силу тока?

Общий заряд $q$, прошедший через сечение, создается совокупностью движущихся электронов. Он равен произведению числа электронов $N$ на модуль заряда одного электрона $e$ (элементарный заряд).

$q = N \cdot e$

Чтобы найти количество электронов $N$, выразим его из этой формулы:

$N = \frac{q}{e}$

Подставим найденное в первой части значение заряда $q$ и справочное значение элементарного заряда $e$:

$N = \frac{1 \cdot 10^{-3} \text{ Кл}}{1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}} = 0.625 \cdot 10^{16} = 6.25 \cdot 10^{15}$

Ответ: Чтобы создать такую силу тока, через сечение проводника должно проходить $6.25 \cdot 10^{15}$ электронов в секунду.