Страница 136 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. На каком опыте можно показать тепловое действие тока?

1. Для демонстрации теплового действия электрического тока можно провести следующий классический опыт. Потребуется источник тока, ключ (выключатель), соединительные провода и проводник, обладающий заметным электрическим сопротивлением, например, спираль из тонкой нихромовой или железной проволоки.

Сначала необходимо собрать простую электрическую цепь, последовательно соединив источник тока, ключ и проволоку. Чтобы сделать эффект более наглядным, на проволоку можно поместить небольшой, легковоспламеняющийся предмет, например, кусочек бумаги или ваты, либо капнуть каплю воды.

После замыкания ключа по цепи начинает протекать электрический ток. Через короткое время можно будет наблюдать, что проволока сильно нагревается. Если ток достаточно велик, проволока может раскалиться докрасна. Помещенный на нее кусочек бумаги потемнеет, обуглится и, в конечном итоге, загорится. Капля воды зашипит и испарится. Эти наблюдения однозначно доказывают, что при прохождении тока по проводнику выделяется теплота.

Физическое объяснение этого явления заключается в том, что движущиеся под действием электрического поля электроны в проводнике сталкиваются с ионами его кристаллической решетки. При этих столкновениях электроны передают часть своей энергии ионам, что приводит к увеличению амплитуды их колебаний. Увеличение кинетической энергии колебательного движения ионов решетки и есть увеличение внутренней энергии проводника, которое макроскопически проявляется как его нагрев.

Количественно этот процесс описывается законом Джоуля-Ленца, согласно которому количество теплоты ($Q$), выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока ($I$), сопротивлению проводника ($R$) и времени ($t$) прохождения тока:

$Q = I^2 R t$

Этот эффект используется во всех электронагревательных приборах (утюгах, электрочайниках, обогревателях) и в лампах накаливания.

Ответ: Тепловое действие тока можно продемонстрировать, собрав электрическую цепь из источника тока, ключа и тонкой проволоки с высоким сопротивлением (например, нихромовой). При замыкании ключа проволока нагревается, что можно наблюдать визуально (покраснение, обугливание бумаги) или на ощупь (с осторожностью), доказывая преобразование электрической энергии в тепловую.

2. Какие заряженные частицы образуют электрический ток в электролитах?

1. На каком опыте можно показать тепловое действие тока?

Тепловое действие тока можно продемонстрировать на простом опыте с использованием электрической цепи. Для этого понадобится источник тока, ключ, соединительные провода и проводник с заметным электрическим сопротивлением, например, тонкая железная или нихромовая проволока.

Нужно собрать электрическую цепь, последовательно соединив источник тока, ключ и проволоку. При замыкании ключа по цепи потечет электрический ток. Проходя через проволоку, имеющую сопротивление, заряженные частицы (электроны) сталкиваются с ионами кристаллической решетки, передавая им часть своей энергии. В результате внутренняя энергия проводника увеличивается, и он нагревается.

Наблюдать это явление можно несколькими способами:
• Визуально: при достаточно большой силе тока проволока раскалится и начнет светиться.
• Тактильно: поднеся руку к проволоке (с осторожностью, не касаясь!), можно почувствовать выделяемое тепло.
• Практически: если опустить проволоку в сосуд с водой, то через некоторое время термометр зафиксирует повышение температуры воды.

Это явление количественно описывается законом Джоуля-Ленца, согласно которому количество теплоты $Q$, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока $I$, сопротивлению проводника $R$ и времени прохождения тока $t$:
$Q = I^2 \cdot R \cdot t$
Таким образом, в ходе опыта электрическая энергия преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию проводника.

Ответ: Тепловое действие тока можно показать на опыте, пропуская электрический ток через проводник с высоким сопротивлением (например, нихромовую проволоку), что приведет к его заметному нагреванию, которое можно зафиксировать визуально (свечение), тактильно или с помощью термометра.

2. Какие заряженные частицы образуют электрический ток в электролитах?

Электрический ток в электролитах (растворах или расплавах солей, кислот и щелочей) представляет собой упорядоченное движение свободных заряженных частиц, которыми являются ионы.

Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации — распада молекул растворенного вещества на частицы с противоположными электрическими зарядами. Различают два вида ионов:
• Положительно заряженные ионы (катионы). Они образуются из атомов (чаще всего металлов) или групп атомов, потерявших один или несколько электронов.
• Отрицательно заряженные ионы (анионы). Они образуются из атомов (например, галогенов) или групп атомов (кислотных остатков), присоединивших один или несколько лишних электронов.

Когда в электролит опускают электроды, подключенные к источнику тока, внутри раствора создается электрическое поле. Под действием этого поля ионы приходят в направленное движение: положительные катионы движутся к отрицательному электроду (катоду), а отрицательные анионы — к положительному электроду (аноду). Это встречное упорядоченное движение ионов двух знаков и представляет собой электрический ток в электролитах.

Например, в водном растворе поваренной соли ($NaCl$) носителями тока являются катионы натрия ($Na^+$) и анионы хлора ($Cl^-$).

Ответ: Электрический ток в электролитах образуют движущиеся в противоположных направлениях положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы).

3. Как называют электрод, соединённый с положительным полюсом источника тока; отрицательным полюсом источника тока?

Электрод, соединённый с положительным полюсом источника тока

Электрод, который подключается к положительному полюсу внешнего источника тока, называется анодом. В электролитической ячейке (устройстве, где под действием внешнего тока протекает химическая реакция) анод является положительным электродом. На нём происходит процесс окисления: отрицательно заряженные ионы (анионы) или нейтральные молекулы отдают свои электроны. Эти электроны уходят во внешнюю цепь к положительному полюсу источника.

Ответ: анод.

Электрод, соединённый с отрицательным полюсом источника тока

Электрод, который подключается к отрицательному полюсу внешнего источника тока, называется катодом. В электролитической ячейке катод является отрицательным электродом. На нём происходит процесс восстановления: положительно заряженные ионы (катионы) или нейтральные молекулы принимают электроны из внешней цепи. Источник тока «накачивает» электроны на катод, сообщая ему отрицательный заряд, который и притягивает частицы для их восстановления.

Ответ: катод.

4. Где используют тепловое действие тока; химическое действие тока?

Тепловое действие тока

Тепловое действие электрического тока заключается в нагревании проводника, по которому он протекает. Это явление описывается законом Джоуля-Ленца, согласно которому количество выделяемой теплоты $Q$ прямо пропорционально квадрату силы тока $I$, сопротивлению проводника $R$ и времени протекания тока $t$: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$. Это свойство тока нашло широкое применение в быту и промышленности. Основные области применения включают: нагревательные приборы (электрические плиты, чайники, утюги, бойлеры, обогреватели, паяльники), в которых специальный элемент преобразует электрическую энергию в тепловую; осветительные приборы, такие как лампы накаливания, где нить накала раскаляется до свечения; защитные устройства, например, плавкие предохранители, разрывающие цепь при перегреве из-за слишком большого тока; электросварку, где мощный ток плавит металл для соединения деталей.

Ответ: Тепловое действие тока используют в различных нагревательных и осветительных приборах (электроплиты, утюги, лампы накаливания), в устройствах защиты электрических цепей (плавкие предохранители) и в технологических процессах, таких как электросварка.

Химическое действие тока

Химическое действие тока проявляется при его прохождении через растворы или расплавы электролитов (солей, кислот, щелочей). Этот процесс, называемый электролизом, приводит к химическим реакциям на электродах, в результате которых на них выделяются вещества, содержащиеся в электролите. Основные области применения: гальванотехника (нанесение защитных и декоративных металлических покрытий, например, хромирование или позолота, а также создание точных металлических копий — гальванопластика); промышленное получение веществ, включая извлечение и очистку металлов (алюминия, меди) и производство химических веществ (хлора, водорода, щелочей); зарядка аккумуляторов, где электрический ток запускает обратные химические реакции для восстановления заряда.

Ответ: Химическое действие тока используют для получения чистых металлов (алюминий, медь), для нанесения металлических покрытий (хромирование), в химической промышленности для производства веществ (хлор, водород), а также для зарядки аккумуляторов.

5. Приведите примеры магнитного действия тока.

Решение

Тепловое действие тока

Тепловое действие тока заключается в том, что при прохождении электрического тока по проводнику он нагревается. Это явление объясняется тем, что движущиеся под действием электрического поля заряженные частицы (электроны в металлах) сталкиваются с ионами кристаллической решетки, передавая им часть своей энергии. Внутренняя энергия проводника увеличивается, что проявляется в его нагревании. Количество теплоты $Q$, выделяемое в проводнике, описывается законом Джоуля–Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $I$ – сила тока, $R$ – сопротивление проводника, а $t$ – время прохождения тока. Это свойство широко используется в быту и технике.
Примеры использования:
– Электрические нагревательные приборы: электрочайники, утюги, бойлеры, электроплиты, обогреватели.
– Лампы накаливания: ток, проходя через тонкую вольфрамовую нить, раскаляет ее до яркого свечения.
– Плавкие предохранители: при превышении допустимой силы тока тонкий проводник в предохранителе плавится и разрывает цепь.
– Электросварка: за счет выделения большого количества теплоты в месте контакта свариваемых деталей происходит их плавление.

Ответ: Тепловое действие тока используется в электронагревательных приборах (чайники, плиты, утюги), лампах накаливания, плавких предохранителях, аппаратах для электросварки.

Химическое действие тока

Химическое действие тока проявляется в том, что при прохождении тока через растворы или расплавы электролитов (солей, кислот, щелочей) на электродах происходят химические реакции – выделяются вещества, содержащиеся в электролите. Этот процесс называется электролизом. Химическое действие тока наблюдается не во всех средах, например, оно отсутствует в металлах и вакууме. Оно лежит в основе многих промышленных технологий.
Примеры применения:
– Гальваностегия: нанесение тонких защитных или декоративных металлических покрытий на поверхность изделий (хромирование, никелирование, позолота).
– Гальванопластика: получение точных металлических копий предметов.
– Электролитическая очистка (рафинирование) металлов: получение металлов высокой чистоты, например, меди.
– Получение металлов и газов: в промышленности электролизом получают алюминий, натрий, хлор, водород.
– Работа аккумуляторов: при зарядке аккумулятора электрический ток вызывает химические реакции, запасая энергию.

Ответ: Химическое действие тока используется для получения чистых металлов (рафинирование), нанесения металлических покрытий (гальваностегия), получения газов (хлор, водород), а также в работе аккумуляторов.

Магнитное действие тока

Магнитное действие тока является универсальным и проявляется всегда, когда есть электрический ток. Оно заключается в том, что вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле. Это поле может оказывать силовое воздействие на другие токи, намагниченные тела (постоянные магниты) и движущиеся заряженные частицы. Это явление было открыто Г. Х. Эрстедом и является основополагающим в электромагнетизме.
Примеры использования:
– Электромагниты: катушки с сердечником, которые создают сильное магнитное поле при пропускании тока. Используются в грузоподъемных кранах, электромагнитных реле, замках, клапанах.
– Электродвигатели: их работа основана на взаимодействии магнитных полей ротора и статора, что приводит к вращению.
– Электроизмерительные приборы: амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы, где ток, проходя по рамке, заставляет ее поворачиваться в поле постоянного магнита.
– Динамики и наушники: ток звуковой частоты, проходя по катушке, связанной с диффузором, заставляет ее колебаться в поле постоянного магнита, создавая звуковые волны.
– Трансформаторы: используются для изменения напряжения переменного тока за счет явления электромагнитной индукции, которое неразрывно связано с магнитным полем тока.

Ответ: Магнитное действие тока используется в электромагнитах (краны, реле), электродвигателях, электроизмерительных приборах, динамиках, трансформаторах.