ГДЗ-Физика-задачник-11кл-Рымкевич-2004-www.frenglish.ru (991537), страница 14
Текст из файла (страница 14)
136 887. Сравнить затраты электроэнергии на получение электролитическим путем одинаковых масс алюминия и меди, если по нормам напряжение на ванне при получении алюминия в 14 раз больше, чем при рафинировании меди. Решение. Как показано в решении задачи 886, затраченная энергия Е = Р1 = — = —, ПУт Ут л1 л следовательно, отношение затрат энергии по производству одинаковых масс алюминия и меди можно записать в виде: Вычисления: Есе — "' =14 ' =50. Ответ: Е ~ = 50Е „. 889 сколько электроэнергии надо затратить для получе.
ния 2,5 л водорода при температуре 25 *С и давлении 100 кПа, если электролиз ведется при напряжении 5 В и КПД установки 75оуо т Решение. Как следует из закона Менделеева — Клапейрона, масса водорода рум лг = ЯТ где р — давление, 1г — объем„М вЂ” молярная масса,  — молярная газовая постоянная, Т вЂ” абсолютная температура. Затраченная энергия (см. задачу 887) с учетом КПД равна: Ути рГМУ ь~ кть| 137 Вычисления: 100 10 Па 2,5 10 м 2 10 кг/моль 5 В 8,3 Дж/(моль К) 298 К 0,01 10 кг/Кл 0,75 = 0,13 МДж. Ответ: Е = 0,13 МДж.
890 деталь надо покрыть слоем хрома толщиной 50 мкм. Сколько времени потребуется для покрытия, если норма плотности тока при хромировании 2 кА/и ? 1 г Решение. По закону Фарадея ИЛК Здесь лг = рЯЛ, где р — плотность хрома, Я вЂ” площадь поверхности детали, Л вЂ” толщина слоя хрома. Следовательно, рИ /г/ Вычисления: з 3 -а 7,2 ° 10 кг/и 50 10 м 16 7 мин 0,18 10 кг/Кл . 2000 А/м Ответ: 1 = 16,7 мин. 891 ° 8 технических справочниках по применению гальваностегии приводится величина И//П характеризующая скорость роста толщины И покрытия при единичной плотности тока /. Доказать, что эта величина равна отношению электрохимического эквивалента И данного металла к его плотности р, Решение. Как следует из предыдущей задачи, И И /г р' 1 Плотность тока / выражается отношением силы тока ! к площади Я поперечного сечения проводника: /'- //Я.
138 892 Используя решение предыдущей задачи, рассчитать толщину слоя, осевшего на изделие за 1 ч, при лужении (покрытие оловом) и серебрении, если при лужении применяется плотность тока 1 А/дм, а при серебрении — 0,5 А/дм . 2 2 Решение. Толщина слоя, осевшего на изделие, И=— /т )г р Вычисления: при лужении 100 А/м 3600 с 0,62 10 кг/Кл 1 з з 7.3 10 кг/м при серебрении 50 А/м 3600 с 1,12 10 кг/Кл 2 з з 10,5 10 кг/м 32 мкм; 19 мкм. Ответ: И, = 32 мкм; Из = 19 мкм. 893. Какова сила тока насыщения при несамостоятельном газовом разряде, если ионизатор образует ежесекундно 10 пар э ионов в одном кубическом сантиметре, площадь каждого нз двух плоских параллельных электродов 100 см и расстояние 2 между ними 5 см? где 9 и 9 — величина положительного и отрицательного заряда ионов, образовавшихся за время 1, 1 и 1 — сила тока, обусловленного движением положительных и отрицательных зарядов соответственно.
139 Решение. Электрический ток 1 при несамостоятель- ном газовом разряде является насыщенным, если он обусловлен полными зарядами, образовавшимися в газе за время и По условию задачи -Я = 9 = 2пеЯИ, где п — плотность пар ионов, е — заряд иона, Я— площадь пластины электрода, д — расстояние между пластинами. Тогда леЯН 1 =1 е 2пеЯИ Вьечисленияе 9 3 -19 2 2 10 см 1,5 10 Кл 100 ем 5 см 1 с = 160 нА. Ответ: 1 = 160 нА. 894.
При какой напряженности поля начнется самостоятельный разряд в водороде, если энергия ионизации молекул равна 2,5 . 10 Дж, а средняя длина свободного пробега -~з 5 мкм? Какую скорость имеют электроны при ударе о молекулу? Решение. Самостоятельный разряд в водороде начнется, если энергия Е, приобретенная электроном в поле на длине свободного пробегай, равна энергии ионизации И'. тогда Е=— еб Скорость о электрона при ионизации атомов определяется из условия равенства И' и кинетической энергии; ~ги 140 Вычисления: 2,5 10 Дж 3,1 МВ/м; 1,6 10 Кл 5 10 м -18 2 . 2.5 10 Дж 2300 км/с.
91 10 кг Ответ: Е = 3,1 МВ/м; и = 2300 км/с. 896 плоский конденсатор подключен к источнику напряжением 6 кВ. При каком расстоянии между пластинами произойдет пробой, если ударная ионизация воздуха начинается при напряженности поля 3 МВ/и ? 2 Решение. Пробой воздуха произойдет, если напряженность Е = У/д поля в конденсаторе будет равна напряженности Е„поля, при которой возникает ударная ионизация воздуха: Е„= —, поэтому С~=— Е„ Вычисления: = 2 мм 3 10 В/м Ответ: д = 2 мм.
897 Вели, не изменяя расстояния между разрядниками электрофорной машины и поддерживая примерно постоянную частоту вращения, отключить при помощи соединительного стержня конденсаторы (лейденские банки), то характер разряда существенно изменится: вместо мощной искры, проскаки вающей через заметные промежутки времени, будет очень час то проскакивать слабая искра. Объясните причину явления При возможности проверьт ° на опыте. 141 Решение. Как следует из решения предыдущей задачи, пробой воздуха происходит, если напряженность поля между разрядниками достигает порогового значения Е„, т. е. при определенной разности потенциалов У„.
Если отключить конденсаторы, то емкость С электрофорной машины существенно уменьшится, и критическое напряжение 5г„ достигается при гораздо меньшем значении накопленного на разрядниках заряда 9 = СУ„. Поэтому пробой происходит чаще, а протекающий ток будет меньше (часто проскакивает слабая искра). 898. Молния представляет собой прерывистый разряд, состоящий из отдельных импульсов длительностью примерно 1 мс.
Заряд, проходящий по каналу молнии зв один импульс, равен 20 Кл, в среднее напряжение нв концах канала равно 2 ГВ. Какова сила тока и мощность одного импульсв7 Какая энергия выделяется при вспышке молнии, если онв состоит из 5 разрядов? Решение. Сила тока в импульсе равна: Я 7 Мощность Р =Ш.
Энергия, выделяемая при вспышке молнии, И' = 5Р1. Вычисления: 1= — л = 20кА; 10 с Р=20кА 2 10 В=40ТВт; Иг= 5 40 10 Вт 10 с = 200 ГДж. Ответ: 1 = 20 кА; Р = 40 ТВт; И' = 200 ГДж. 142 899 При перенапряжении между рогами разрядника (рис. 41) возникает плазменная дуга. Почему дуга сначала возникает внизу, а затем перемещается вверх и гаснет? Рис. 41 Решение. Внизу меньше расстояние между рогами разрядника, поэтому напряженность поля больше, и раньше появляются частицы с кинетической энергией, равной энергии ионизации. Следовательно, дуга возникает внизу, а затем нагретая плазма поднимается вверх за счет конвекции. 900 Концентрация ионизованных молекул воздуха при нормальных условиях была равна 2,7 . 10 и .
Сколько про- за -3 центов молекул ионизовано? Какова степень ионизации плазмы? Решение. Концентрация молекул газа при нормальных условиях равна: ~уА и= —, и где Фя — постоянная Авогадро, г'„— молярный объем. Вычисления: гз 6 10 моль = 2,7 10гь м з. 22,4 10 м 143 Следовательно, ионизовано молекул гг -3 л 27 10 м 01о~ 2,7 10 м Такая плазма называется слабо ионизованной. Ответ: ионизовано 0,1'/о молекул, степень ионизация слабая.
901 ° При какой температуре Т в воздухе будет полностью ионизованная плазма? Энергия ионизации молекул азота И' = 2,5 10 Дж. Энергия ионизации кислорода меньше. -18 Решение. Плазма называется полностью ионизованной, если ионизованы все молекулы. Для этого кинетическая энергия молекулы при температуре Т должна быть равна максимальной энергии ионизациий": -'яТ = Иг, 2 Т=— 2Ю эа Вычислгнияг Т 2'25'10 Дж 12 105К 3 14 10 Дж/К Ответ: Т = 1,2 10 К. глдвд х) Электромагнитная индукция 42. Электромагнитная индукция. ЭДС индукции.
Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока 902. На рисунке 42 приведены различные случаи электро. магнитной индукции. Сформулировать и решить задачу для каждого случая. Рис. 42, а Проводник, движущийся со скоростью с, является частью замкнутого контура. Определить направление тока, индуцируемого в проводнике. Ответ: для определения направления индуцированного тока можно использовать правило правой з) — г) а) д д) ж) Рис. 42 145 руки: если правую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца покажут направление индукционного тока. Это правило является следствием более общего правила Ленца.
Рис. 42, б Определить направление движения замкнутого контура, частью которого является проводник, изображенный на рисунке. Ответ: применим правило правой руки, описанное в предыдущей задаче. Направление движения вверх от плоскости рисунка. Рис. 42, в Определить направление вектора магнитной индукции поля и полярность магнита при заданных направлениях движения проводника замкнутого контура и направления тока. Ответ: влево. Рис. 42, г Определить направление тока, индуцируемого в проводнике. Ответ: с помощью правила буравчика определяем направление вектора магнитной индукции поля в электромагните.
Он направлен влево. Далее используем правило правой руки, по которому ток направлен вверх от плоскости рисунка. Рис. 42, д Определить направление движения проводника. Ответ: по правилу буравчика вектор магнитной индукции поля в электромагните направлен вверх (в плоскости рисунка). Следовательно, по правилу правой руки проводник движется вверх от плоскости рисунка. 146 Рис. 42, е Определить направление тока в контуре. Ответ: согласно правилу правой руки, слева ток направлен в плоскость рисунка, а справа — вверх от этой плоскости. Рис. 42, ж Определить полярность напряжения ЭДС индукции.
Ответ: индукция магнитного поля постоянного магнита направлена вверх. Магнитный поток сквозь катушку увеличивается. Таким образом, каждый элемент проводника катушки относительно силовых линий движется от оси катушки. Следовательно, под действием силы Лоренца электроны должны двигаться против часовой стрелки, если смотреть на катушку сверху. В результате на нижней клемме катушки будет скапливаться отрицательный заряд, а на верхней— положительный.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
