Страница 130 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Как объяснить возникновение электрического тока в цепи?

1. Возникновение электрического тока в цепи можно объяснить наличием трех обязательных условий, которые совместно обеспечивают упорядоченное движение заряженных частиц.

Условие 1: Наличие свободных носителей заряда.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Следовательно, в среде, из которой состоит электрическая цепь, должны присутствовать частицы, которые могут свободно перемещаться и переносить электрический заряд. Такими частицами могут быть:

• Свободные электроны — в металлических проводниках. Атомы металла легко отдают валентные электроны, которые образуют так называемый "электронный газ", свободно перемещающийся по всему объему проводника.
• Положительные и отрицательные ионы — в электролитах (растворах и расплавах солей, кислот и щелочей). При растворении или плавлении молекулы диссоциируют на ионы, которые становятся носителями заряда.
• Электроны и ионы — в ионизированных газах (плазме).
• Электроны и "дырки" — в полупроводниках.

Вещества, содержащие большое количество свободных носителей заряда, называются проводниками.

Условие 2: Наличие электрического поля.

Сами по себе свободные заряды движутся хаотично (тепловое движение). Чтобы заставить их двигаться упорядоченно в одном направлении, необходимо создать в проводнике электрическое поле. Электрическое поле действует на заряженные частицы с силой $F = qE$ (где $q$ — заряд частицы, $E$ — напряженность электрического поля), которая и придает их движению направленный характер. Это направленное движение, наложенное на хаотическое, и является электрическим током.

Условие 3: Наличие источника тока и замкнутой цепи.

Для поддержания тока в течение длительного времени необходимо устройство, которое будет создавать и поддерживать электрическое поле в цепи. Таким устройством является источник тока (батарея, аккумулятор, генератор). Внутри источника действуют сторонние силы (неэлектрического происхождения, например, химические в батарейке). Эти силы совершают работу по разделению зарядов, перемещая их против сил электрического поля. В результате на клеммах (полюсах) источника создается и поддерживается разность потенциалов (напряжение).

Эта разность потенциалов создает электрическое поле во всей внешней цепи. Чтобы ток мог протекать непрерывно, цепь должна быть замкнутой, то есть представлять собой непрерывный путь для движения зарядов от одного полюса источника к другому. Работа сторонних сил по перемещению единичного заряда называется электродвижущей силой (ЭДС) источника и обозначается $\mathcal{E}$ ($\mathcal{E} = \frac{A_{стор}}{q}$). Именно ЭДС является причиной существования постоянного тока в цепи.

Ответ: Возникновение электрического тока в цепи объясняется упорядоченным движением свободных носителей заряда (например, электронов в металлах) под действием электрического поля. Для этого необходимо одновременное выполнение трех условий: 1) наличие свободных носителей заряда в проводнике; 2) наличие источника тока (например, батареи), который за счет работы сторонних сил создает и поддерживает разность потенциалов (напряжение) и, следовательно, электрическое поле в цепи; 3) цепь должна быть замкнутой, чтобы обеспечить непрерывный путь для движения зарядов.

2. Покажите стрелками направление электрического тока в электрической цепи, схема которой изображена на рисунке 79. Из каких элементов состоит эта цепь?

Покажите стрелками направление электрического тока в электрической цепи, схема которой изображена на рисунке 79.

Поскольку сама схема из рисунка 79 не предоставлена, ответ будет дан на основе общего правила определения направления тока в электрических цепях.

В физике по исторически сложившемуся соглашению за направление электрического тока принимают направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц. В источнике постоянного тока (например, в гальваническом элементе или аккумуляторе) есть два вывода, называемых полюсами: положительный (+) и отрицательный (−). На принципиальных схемах положительный полюс источника тока принято обозначать длинной тонкой линией, а отрицательный — короткой толстой линией.

Во внешней цепи, то есть на участке цепи вне источника, электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. Следовательно, чтобы показать направление тока, необходимо нарисовать стрелки на соединительных проводах. Эти стрелки должны быть направлены от длинной черты (полюса «+») источника, далее последовательно через все элементы цепи (потребители, ключи) и к короткой черте (полюсу «−») источника.

Ответ: Направление электрического тока на схеме указывается стрелками, которые идут от положительного полюса источника тока (обозначается длинной линией) к отрицательному полюсу (короткая линия) по внешней части цепи.

Из каких элементов состоит эта цепь?

Любая простейшая замкнутая электрическая цепь, которая может быть изображена на подобной схеме, для своей работы должна содержать несколько обязательных элементов. К ним относятся:
1. Источник тока — это элемент, который создает и поддерживает электрическое поле в цепи, заставляя заряды двигаться. Примерами могут служить гальванический элемент, батарея элементов или аккумулятор.
2. Потребитель электрической энергии (или нагрузка) — это устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии (например, в световую и тепловую у лампы накаливания, в механическую у электродвигателя).
3. Замыкающее (коммутационное) устройство — это ключ, кнопка или выключатель. Оно предназначено для замыкания и размыкания цепи, то есть для управления током в ней.
4. Соединительные провода — это проводники (обычно металлические), которые физически соединяют все перечисленные элементы в единую замкнутую систему, создавая путь для протекания электрического тока.

Ответ: Электрическая цепь состоит из источника тока, потребителя энергии (нагрузки), замыкающего устройства (ключа) и соединительных проводов.

3. Начертите схему электрической цепи карманного фонарика с тремя лампами, который работает от батарейки. Лампы зажигаются одновременно.

Решение

Чтобы начертить схему электрической цепи карманного фонарика, необходимо определить все его элементы и способ их соединения.

Элементы цепи:

• Источник тока: батарейка. На схеме обозначается как гальванический элемент или батарея гальванических элементов.
• Потребители: три электрические лампы.
• Замыкающее/размыкающее устройство: ключ (выключатель), который позволяет включать и выключать фонарик.
• Соединительные провода: линии, соединяющие элементы.

Условие, что лампы зажигаются одновременно, выполняется как при последовательном, так и при параллельном соединении. Однако для фонарика наиболее практичным является параллельное соединение.

Почему выбирается параллельное соединение:

1. На каждую лампу подается одинаковое, полное напряжение от источника тока, благодаря чему все лампы горят с максимальной возможной яркостью.
2. Если одна из ламп перегорит, цепь для остальных ламп останется замкнутой, и они продолжат светить. При последовательном соединении выход из строя одной лампы привел бы к разрыву всей цепи и отключению всех ламп.

Таким образом, схема будет состоять из источника тока, ключа и трех ламп, соединенных параллельно. При замыкании ключа ток потечет от источника и разделится на три параллельные ветви, в каждой из которых находится лампа.

Ниже представлена принципиальная электрическая схема такого фонарика.

Ответ:

Электрическая схема карманного фонарика с тремя лампами, которые зажигаются одновременно, представляет собой цепь с параллельным соединением ламп. Она включает в себя источник тока (батарейку), выключатель (ключ) и три лампы, каждая из которых подключена в отдельную ветвь. Схема приведена выше.