1611143572-9d260122e1f7b937cc263fb9b1cd060d (825035), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Число электроновпроводимости в единице объема проволочки ne = 2,5 · 1022 см−3 .♦ 8.2.24∗ . Лента состоит из узких проводящих полосок с еще более узкимиизолирующими зазорами. Она соприкасается с одной пластиной конденсатора ис небольшим контактом, между которыми включено сопротивление R. До этоголента не была заряжена, а заряд пластин конденсатора был ±q. Длина пластин l,а их ширина совпадает с шириной ленты. Ленту вытягивают из конденсатора ссилой F .
Найдите ток через сопротивление и установившуюся скорость ленты.Расстояние от края пластин конденсатора до контакта много больше расстояниямежду ними и много меньше их длины.♦ 8.2.25. В генераторе Ван де Граафа носители заряда, «приклеившиеся» кнепроводящей ленте, переносятся против поля. Внутри шара заряды снимаютсяс ленты сильным полем, локализованным на контактной щетке. Необходимую длядвижения ленты энергию может поставлять электродвигатель, бензиновый моторили рука человека.
Полный заряд на ленте q, ее длина l, сопротивление междушаром и землей R. Определите установившийся потенциал шара в двух случаях:а) лента движется с постоянной скоростью v; б) ленту двигают, прикладывая кней постоянную силу F .♦ 8.2.26. Электрическая «атомная» батарея представляет собой металлическую сферу с изолированным от нее кусочком β-радиоактивного вещества. Число атомов, распадающихся в единицу времени, равно ν. Энергия вылетевших189электронов W .
Определите напряжение на разомкнутых клеммах батареи. Какойнаибольший ток может давать эта батарея? При каком сопротивлении нагрузкибатарею можно считать генератором тока?♦ 8.2.27∗ . Источник тока состоит из тонкой пластины радиоактивного вещества, окруженной проводящим корпусом. Ширина зазора между корпусом и пластиной много меньше линейных размеров пластины. Как зависит ток от напряжения между корпусом и радиоактивной пластиной, если ток при положительномнапряжении равен I0 ? Энергия вылетающих из пластин электронов eV0 .
Электроны вылетают во все стороны равномерно.♦ 8.2.28. Не углубляясь в вопрос о происхождении сторонних сил, постройте график потенциала разомкнутой и замкнутой цепи с сопротивлением R. Научастке цепи длины l сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, равна Eс ,вне этого участка — нулю. Какую энергию на единицу заряда передает источник сторонних сил на участке l?♦ 8.2.29. В химическом элементе идут реакции: Ag +Cl− = AgCl + e на отрицательном серебряном электродеи (1/2)Cl2 +e = Cl− на положительном платиновом электроде (платина в реакцию не вступает). При очень малом токе на каждый моль образующегося AgCl внутриэлемента выделяется 3280 кал тепла.
При протеканииреакции Ag + (1/2)Cl2 = AgCl на каждый моль образующегося AgCl выделяется 29 380 кал. Найдите ЭДСэлемента, т. е. энергию, сообщаемую элементом единице прошедшего заряда (1 кал ≈ 2,6 · 1019 эВ).8.2.30. При растворении цинка в H2 SO4 выделяется4,40 · 105 Дж/моль тепла, на выделение меди из CuSO4требуется затратить энергии 2,34 · 105 Дж/моль. Казалось бы, ЭДС элемента Даниэля можно рассчитать, приравнивая разность этих значений энергий протекшемузаряду, умноженному на ЭДС. Вычислите ЭДС такимобразом с точностью до 1 %.
Однако истинное значениеЭДС оказывается бо́льшим (при нормальной температуре оно равно 1,09 В.). В чем дело? Откуда беретсяэнергия?8.2.31. Элемент Даниэля дает ток 0,1 А в течение 8 ч. Найдите расход цинкаи медного купороса CuSO4 · 5H2 O (в молях).8.2.32∗ . При разрядке конденсатора, заряд которого q, через электролитическую ванну с подкисленной водой выделяется масса m гремучего газа. Массавыделяющегося при электролизе вещества зависит только от прошедшего заряда. Значит, разрядив конденсатор через k последовательно соединенных ванн,получим массу km гремучего газа. Сжигая этот газ, получим много энергии.190При достаточно большом k эта энергия превзойдет первоначальную энергию заряженного конденсатора! Следовательно, в чем-то наши рассуждения ошибочны.Найдите эту ошибку.8.2.33.
Полная плотность тока в электролитах является суммой плотноститока положительных ионов и плотности тока отрицательных ионов: j = e+ n+ v+ +e− n− v− , где e± , v± и n± — заряд, скорость положительных и отрицательныхионов и их число в единице объема. Почему масса вещества, выделившегося накатоде, пропорциональна полному току, а не току только положительных ионов?8.2.34∗ . Противо-ЭДС одной электролитической ванны E. Имеется конденсатор, заряженный до напряжения V E. Сколько одинаковых ванн нужно соединить последовательно, чтобы, разрядив конденсатор, выделить на них максимальную массу металла из раствора соли?§ 8.3.
Электрические цепи♦ 8.3.1. Шкала вольтметра имеет 150 делений. Вольтметр имеет четыреклеммы, рассчитанные на измерение напряжения до 3, 15 и 150 В. Стрелкаприбора отклоняется на 50 делений при прохождении через него тока 1 мА.Каково внутреннее сопротивление прибора при включении егона различные диапазоны?8.3.2. Какой шунт нужно присоединить кгальванометру, имеющему шкалу на 100 делений с ценой деления 1 мкА и внутреннее сопротивление 180 Ом, чтобы им можно было измерять ток до 1 мА?8.3.3.
Вольтметр со шкалой на 100 В имеет внутренее сопротивление10 кОм. Какую наибольшую разность потенциалов можно измерить этим прибором, если присоединить к нему добавочное сопротивление 90 кОм?♦ 8.3.4. Как будут реагировать приборы на перемещение движка реостатов внаправлении стрелок на схемах а–в и на замыкание ключей в схеме г–е? Внутреннее сопротивление генератора очень мало∗) .8.3.5.
а. Требуется определить падение напряжения на сопротивлении R.Для этого к концам сопротивления подключают вольтметр. Какая относительная погрешность будет допущена при измерениях, если показания вольтметра∗)Кружком со стрелкой на схемах обозначен генератор. Стрелка указывает направлениетока генератора.191принять за то, которое имело место до его подключения? Сила тока в цепи поддерживается постоянной. Сопротивление вольтметра r.б. Для измерения тока в цепи с сопротивлением R включен амперметр.
Какаяотносительная ошибка будет допущена, если считать, что включение амперметра не изменило тока? Напряжение на концах цепи поддерживается постоянным.Сопротивление амперметра r.♦ 8.3.6. Вольтметр включен параллельно сопротивлению 4 кОм и показывает 36 В. Напряжение на клеммах источника тока поддерживаетсяпостоянным и равным 100 В. Найдите отношениетока, идущего через вольтметр, к току, идущему через сопротивление 6 кОм. Что покажет этотвольтметр, если заменить сопротивления соответственно на 4 и 6 Ом?8.3.7. Для нормальной работы прибора необходимо напряжение 20 В, а напряжение в сети 120 В. Экспериментатор подключил к цепи делитель напряженияс сопротивлением плеч 5 и 1 кОм и до подключения прибора высокоомным вольтметром проверил, что на втором сопротивлении напряжение действительно 20 В.Однако подключенный прибор не заработал.
Экспериментатор сообразил в чемдело и добился нормальной работы прибора, подключив его к делителю напряжения с сопротивлением плеч 250 и 100 Ом. Найдите сопротивление прибора, еслии в этом случае он подключен ко второму сопротивлению делителя.8.3.8. Переключая вольтметр на измерение вдвое большего диапазона напряжения (со 100 на 200 В), ожидали отклонения стрелки на вдвое меньшее числоделений. Однако этого не произошло, хотя в остальной части цепи ничего неизменяли.
Большее или меньшее напряжение покажет вольтметр после переключения?♦ 8.3.9. Чему равна разность потенциалов между клеммами в схеме на рисунке? Что покажет амперметр, если его подключить к клеммам∗) ?♦ 8.3.10. В мосте Уитстона сопротивления подбирают таким образом, что чувствительный гальванометр, подключенный к точкам A и B, показывает нуль.Считая сопротивления R1 , R2 , r известными, определите сопротивление rx . Еслипоменять местами батарею и гальванометр, то снова получится мостовая схема.Сохраняется ли баланс в новой схеме?♦ 8.3.11. Одни и те же приборы при присоединении их по трем разным схемам дают следующие показания: V1 , I1 ; V2 , I2 ; V3 , I3 .
Найдите сопротивлениевольтметра, резистора и амперметра. Напряжение, подаваемое на эти схемы, необязательно одинаково.∗)192Сопротивления на рисунках здесь и далее приведены в омах без указания единиц на схемах.Если характеристики измерительных приборов не упомянуты, то сопротивление амперметра считайте много меньшим сопротивлений схемы, а сопротивление вольтметра —много бо́льшим.♦ 8.3.12∗ .
Участок схемы состоит из неизвестных сопротивлений. Как, имеяамперметры, вольтметр, батарею и соединительные провода, измерить сопротивление R, не разрывая ни одного контакта в схеме?♦ 8.3.13. Чему равно сопротивление между клеммами в схеме, изображеннойна рисунке?♦ 8.3.14. а. Каким должно быть сопротивление r, чтобы входное сопротивление между клеммами было равно тоже r?♦ б∗ . Какое сопротивление r нужно присоединить к клеммам C и D, чтобысопротивление всей цепочки между клеммами A и B не зависело от числа элементарных ячеек?в. Полный ток в цепи равен I. Определите токи в n-й ячейке, если цепочкасопротивлений бесконечна. Чему равно сопротивление такой цепочки?♦ 8.3.15∗ .
Аттенюатор представляет собой делитель напряжения, схема которого представлена на рисунке. Каковы должны быть сопротивления R1 и R2 ,чтобы на каждом следующем сопротивлении R1 напряжение было в десять разменьше, чем на предыдущем?13193♦ 8.3.16. В сопротивлении R на единицу прошедшего заряда рассеиваетсяэнергия IR независимо от направления тока I. Генератор на единицу прошедшегочерез него заряда передает в цепь энергию (ЭДС) E, если направление тока совпадает с направлением напряженности сторонних сил (сторонней силы, отнесеннойк единице заряда), и забирает энергию E, если их направления противоположны.При прохождении тока через генератор на его внутреннем сопротивлении тожепроисходит рассеяние энергии.
Используя энергетические соображения, определите разность потенциалов на участках цепей, приведенных на рисунке.8.3.17. Батарея, замкнутая на сопротивлении 10 Ом, дает ток 3 А; замкнутая на сопротивление 20 Ом, она дает ток 1,6 А. Найдите ЭДС и внутреннеесопротивление батареи.♦ 8.3.18.
К ящику с двумя клеммами подключили амперметр, сопротивление1 Ом и источник постоянного напряжения 5 В. Амперметр показал ток 1 А. Когдавключили другой источник напряжения 20 В, амперметр показал ток 2А. Чтонаходится внутри ящика?8.3.19.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
