Розділ: Електродинаміка
Тема: Електричний струм у різних середовищах
Кількість завдань: 48
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння природи струму в різних середовищах.
Характерні особливості проходження струму в різних середовищах такі:
A Електричний струм у газах (газовий розряд ) – це напрямлений рух вільних електронів, позитивних і негативних йонів.
У більшості газів у нормальному стані практично немає вільних носіїв заряду, що є ознакою діелектриків. Тому необхідно якось змусити електрони відділитися від атомів і приєднатися до інших, утворюючи і позитивні, і негативні йони. Цей процес, у результаті якого гази стають провідниками, називають йонізацією.
Щоб йонізувати газ, електронам у його атомах потрібно надати додаткової енергії, якої буде досить для того, щоби покинути атом. Є багато способів надати газу цю енергію, серед яких і термічна йонізація внаслідок нагрівання газу до високих температур. За термічної йонізації молекули рухаються настільки швидко, що часто стикаються одна з одною, у результаті таких зіткнень утворюються вільні електрони та йони.
Б Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів – це напрямлений рух вільних йонів (як позитивних, так і негативних).
В Електричний струм у металах – це напрямлений рух вільних електронів.
Г Діелектрик – це речовина, яка погано проводить струм, а отже в ній майже немає зарядів що можуть вільно пересуватися.
Д У напівпровідниках \(n-\text{типу}\) електрична провідність зумовлена наявністю вільних електронів, а в провідниках \(p-\text{типу}\) – переміщенням порожніх місць, у яких електронів не вистачає, тобто дірок.
Відповідь: 1В, 2Б, 3А, 4Д.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Закони електролізу.
Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати закони електролізу для розв’язування розрахункових задач.
Дано:
\(m_0=80,25\ \text{г}\)
\(m=80,73\ \text{г}\)
\(I=1\ \text{А}\)
\(t=25\ \text{хв}\)
Знайти:
\(k\ \left(\frac{\text{мг}}{Кл}\right)\ -\ ?\)
В електролітичній ванні на катодній пластині збирається речовина, що виділилася внаслідок електролізу.
За першим законом електролізу можна визначити масу міді, що виділилася: $$ \Delta m=kIt, $$ де \(m\) – маса речовини, \(I\) – сила струму, \(t\) – час, \(k\) – електрохімічний еквівалент речовини.
Тоді можна визначити електрохімічний еквівалент:
\begin{gather*} k=\frac{\Delta m}{It};\\[6pt] k=\frac{m-m_0}{It};\\[6pt] k=\frac{80,73\ \text{г}-80,25\ \text{г}}{1\ \text{А}\cdot 25\ \text{хв}};\\[6pt] k=\frac{0,48\ \text{г}}{1\ \text{А}\cdot 1\ 500\ \text{с}};\\[6pt] k=\frac{0,00048\ \text{кг}}{1\ 500\ \text{Кл}};\\[6pt] k=32\cdot 10^{-8}\ \frac{\text{кг}}{\text{Кл}};\\[6pt] k=0,32\ \frac{\text{мг}}{\text{Кл}}. \end{gather*}Відповідь: 0,32.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах. Електричний струм у газах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння механізмів різних видів газових розрядів.
Дуговий газовий розряд виникає за високої температури (понад \(4000\ ^\circ\text{С}\) і майже за будь-якого тиску. Це яскраве дугоподібне полум’я.
Іскровий газовий розряд виникає за атмосферного тиску й великої напруги між електродами. Його тривалість дуже мала, він має вигляд яскравих і розгалужених зиґзаґів.
Жеврійний (тліючий) газовий розряд виникає за невеликої напруги між електродами й низького тиску. Цей тип розряду приводить до жевріння в трубках із низьким тиском газу.
Коронний газовий розряд виникає за близького до атмосферного тиску в сильному \((E\gt 500\ \text{кВ/м})\), різко неоднорідному електричному полі. Має вигляд фіолетового світіння у формі корони.
Відповідь: Б.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Природні явища.
Завдання скеровано на перевірку вміння поєднувати фізичні явища з їхніми проявами в природі та використанням у техніці.
1. І під час дощу, і у зрошувальній системі краплі води рухаються під дією сили тяжіння.
2. У смерчі, пилососі й центрифузі використовують потоки рідин чи газів, що мають однакову форму.
3. У водоспаді та греблі електростанції потік води має майже однакову форму.
4. Полярне сяйво та світіння люмінесцентної трубки є проявом жеврійного (тліючого) газового розряду.
Відповідь: 1А, 2В, 3Б, 4Д.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Закони постійного струму. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння впливу струму на середовища, у яких він протікає.
Теплова дія струму полягає в тому, що будь-який провідник нагрівається під час проходження ним струму. Електрони, що рухаються під дією поля, зіштовхуються із частинками у кристалічній ґратці провідника. У результаті таких зіткнень частинки поглинають кінетичну енергію електронів, внутрішня енергія провідника росте, а отже збільшується і температура.
Електроплита працює саме завдяки цьому ефекту: металеві конфорки або спіралі нагріваються, коли по них тече струм, що й дає змогу готувати на них їжу.
У випадку Б ілюстровано йонну провідність електролітів, а у випадках В і Г – появу магнітного поля у провідниках зі струмом.
Відповідь: A.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на перевірку розуміння поняття термоелектронної емісії.
Нитка розжарення нагріває катод, у результаті чого деякі його електрони отримують кінетичну енергію, більшу за роботу виходу матеріалу, і покидають катод.
Якщо катод підключений до негативного полюсу джерела, а анод до позитивного, то електрони, що утворилися внаслідок термоелектронної емісії, починають рухатися до анода, тобто через діод тече струм. Якщо полюси джерела підключити навпаки, то поле на катоді затримуватиме електрони.
Відповідь: Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електординаміка. Електричний струм у різних середовищах. Діод.
Завдання скеровано на перевірку вміння розв'язувати задачі на розрахунок електричних кіл і вольт-амперну характеристику діода.
За умовою діоди ідеальні, тобто коли діод має пряме підключення \(I\gt 0\) якщо \(U=0\), як за короткога замикання. Коли ідеальний діод підключено обернено, то \(I=0\), якщо \(U\gt 0\), як за розімкненого кола.
На схемі діоди \(\text{Д}_1,\ \text{Д}_3,\ \text{Д}_4\) підключено прямо й напруга на них нуль, а струм проходить. А ось у паралельно підключених лампах \(\text{Л}_1,\ \text{Л}_2,\ \text{Л}_3\ U=0\) і струму не буде.
Відповідь: Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах. Власна й домішкова електропроводність напівпровідників.
Завдання скеровано на перевірку розуміння поняття «домішкова провідність напівпровідників».
У напівпровідниках n-типу основними носіями заряду є негативно заряджені електрони.
Відповідь: А.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електричний струм у різних середовищах. Електричний струм у напівпровідниках. Електронно-дірковий перехід.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння принципу роботи p-n переходу й основних його особливостей.
Зменшення опору зі збільшенням температури й освітленості є важливими особливостями напівпровідників.
p-n-Перехід – це ділянка контакту двох напівпровідників із різними типами провідності. Їхньою головною особливістю є одностороння провідність. Під час прямого підключення p-напівпровідник із дірковою провідністю з’єднують із позитивним полюсом джерела, а n-напівпровідник – із негативним полюсом. У такому разі електрони з напівпровідника n-типу рухаються до позитивного полюса джерела, а дірки з напівпровідника p-типу рухаються до негативного полюса джерела. Цей рух проходить крізь p-n перехід, а отже потоку електронів у колі від одного полюса джерела до іншого нічого не заважає (рис. 1).
Рис. 1. Процеси в p-n переході під час прямого підключення
Якщо p-n перехід до джерела навпаки (негативний полюс до напівпровідника p-типу, а позитивний до напівпровідника n-типу), то дірки й електрони знову почнуть рухатися до протилежних полюсів джерела, але цього разу рух відбувається не крізь p-n перехід, а навпаки. Тому потік електронів між полюсами джерела в колі майже зупиняється (рис. 2).
Рис. 2. Процеси в p-n переході під час зворотного підключення
Відповідь: B.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння принципів роботи напівпровідникових приладів і вольтметра.
1 Термістор – це напівпровідниковий прилад для контролювання температури. Принцип його роботи базується на тому, що в напівпровідників зі збільшенням температури зменшується питомий опір, тому зміна температури приводить до зміни провідності.
2 Сонячна батарея – це прилад для перетворення сонячної енергії на електричну. Вони зазвичай складаються з напівпровідникових фотоелементів, що працюють на внутрішньому фотоефекті. Сонячні промені вибивають із напівпровідника n-типу електрони, і вони рухаються до напівпровідника p-типу, де об’єднуються з дірками в пари. Між p-напівпровідником і n-напівпровідником у результаті цього утворюється різниця потенціалів.
3 Вакуумний діод – це прилад з однобічною провідністю, що складається з резервуару, у якому утворено вакуум, і двох електродів. У резервуарі катод нагрівається ниткою розжарення, у результаті чого деякі електрони катода отримують кінетичну енергію, більшу за роботу виходу матеріалу. Тоді вони покидають катод. Якщо катод підключено до негативного полюса джерела, а анод – до позитивного, то електрони, що утворилися внаслідок термоелектронної емісії, починають рухатися до анода, тобто через діод тече струм. Якщо полюси джерела підключити навпаки, то електрони затримуватиме поле на катоді.
4 Стрілочний вольтметр – це прилад для вимірювання напруги. Він складається з постійного магніту, усередині якого закріплено рамку. За підключення вольтметра в коло зі струмом по рамці починає текти струм, вона обертається. Обертання рамки зі струмом під дією магнітного поля постійного магніту через спеціальні кріплення, що складаються зі спіральних пружин і півосей, передаються стрілці, яка вказує на значення на шкалі.
Відповідь: 1Г, 2А, 3В, 4Д.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння поняття питомого опору й механізмів проходження струму в речовинах різної природи.
Для правильного розв’язання завдання потрібно пригадати механізм перенесення заряду в кожній із речовин.
У газах струм – це газовий розряд, тобто потік вільних йонів й електронів. Для того, щоби в газах виник струм, необхідно утворити в ньому вільні йони, яких зазвичай мало. Цей процес називають йонізацією. Коли температура газу висока, то його молекули рухаються з великими швидкостями, а отже за їхніх непружних зіткнень енергії може вистачити для того, щоби примусити електрон вилетіти з атома. Тому зі збільшенням температури в газі відбувається більше зіткнень, а отже утворюється більше вільних носіїв заряду. Тому питомий опір газів збільшується зі збільшенням температури.
У металах струм – це потік вільних електронів. Зі збільшенням температури їхній рух у металі ускладняється, що пояснюють квантовою теорією електропровідності. Тому питомий опір у металах зі збільшенням температури збільшується.
В електролітах струм – це потік вільних йонів. Зі збільшенням температури кількість йонів в електролітах збільшується, а тому зменшується питомий опір.
У напівпровідниках два типи провідності – електронна (за наявності вільних електронів) і діркова (за наявності вакантних місць або дірок). Зі збільшенням температури утворюється більше вільних носіїв заряду (електронів або дірок), тому питомий опір зменшується.
Відповідь: А, В, Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Фізичні явища й фізичні величини.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння поняття фізичного явища й фізичної величини.
Фізичне явище – це зміни в природі, які можна описати за допомогою відповідних фізичних законів.
Фізична величина – це кількісно виражена характеристика тіла або фізичного явища.
Проаналізуймо поняття, наведені в кожному варіанті відповіді.
У варіанті А теплопровідність, остигання і горіння – це фізичні явища, а площа – це фізична величина.
У варіанті Б падіння, електроліз і нагрівання – це фізичні явища, а ньютон – це одиниця вимірювання сили.
У варіанті В гальмування – це фізичне явище, кілограм і діоптрія – це одиниці вимірювання маси й оптичної сили лінзи відповідно, а густина – це фізична величина.
У варіанті Г всі поняття є фізичними явищами.
Відповідь: Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на оцінювання знання особливостей проходження струму в різних середовищах.
За результатами аналізування ситуацій, описаних у завданні, можна дійти таких висновків:
А Вільними носіями заряду в газах є електрони, позитивні й негативні йони, а не лише електрони.
Б З підвищенням температури в напівпровідниках виникають додаткові вільні носії заряду, тому питомий опір зменшується.
В Йони в металах залишаються у вузлах кристалічної ґратки й не є вільними носіями заряду, а тому не беруть участь в електропровідності.
Г В електролітах негативні йони рухаються до анода, а позитивні – до катода, а не в один бік.
Відповідь: B.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння природи струму в різних середовищах.
Для правильного розв’язання завдання потрібно розглянути характерні особливості проходження струму в різних середовищах.
1. Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів є напрямленим рухом вільних йонів (як позитивних, так і негативних).
Після того, як електроди вводять у розчин, до катода прямують позитивні йони \(\mathrm{Na}^+,\) а до анода – негативні \(\mathrm{Cl}^-\). Під час електролізу на електродах унаслідок розрядження йонів виділяються речовини: на катоді замість катіонів Натрію молекули води відновлюються до водню, а на аноді хлорид-іони окиснюються до хлору. У результаті на катоді виділяються гази: на катоді – водень, а на аноді – хлор.
2. У напівпровідниках \(n\)-типу провідність зумовлено вільними електронами, а в провідниках \(p\)-типу – переміщенням порожніх місць, у яких електронів не вистачає, тобто дірок. За яскравого освітлення фотони вибивають електрони із кристалічної ґратки напівпровідника \(n\)-типу. Ці вибиті електрони можуть ставати додатковими носіями струму, що й зменшує опір.
3. Електричний струм у металах – це напрямлений рух вільних електронів. Зі збільшенням температури електричний опір у металах зростає через те, що електрони частіше зіштовхуються із йонами кристалічної ґратки, а тому повільніше рухаються у провіднику. За наближення температури до абсолютного нуля (-273 °С) опір провідників різко зменшується майже до нуля. Таке явище називають надпровідністю.
4. Електричний струм у газах (газовий розряд) – це напрямлений рух вільних електронів, позитивних і негативних йонів. У більшості газів у нормальному стані майже немає вільних носіїв заряду, що є ознакою діелектриків. Тому необхідно якось примусити електрони відділитися від їхніх атомів і приєднатися до інших з утворенням катіонів і аніонів. Цей процес, у результаті якого гази стають провідниками, називають йонізацією. Для йонізації електронам в атомах газу потрібно надати додаткової енергії, достатньої для того, щоб покинути атом. Є багато способів надати газу цю енергію, серед яких і термічна йонізація внаслідок нагрівання газу до високих температур. За термічної йонізації молекули рухаються настільки швидко, що часто стикаються між собою. Унаслідок таких зіткнень утворюються вільні електрони і йони.
Відповідь: 1В, 2А, 3Б, 4Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах. Електричний струм у газах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння різних видів газових розрядів й умов їхнього застосування в техніці.
Дуговий газовий розряд виникає за високої температури (понад 4000 °С) і майже за будь-якого тиску. Його характерною ознакою є яскраве дугоподібне полум’я. За такої високої температури з поверхні катода безперервно «випаровуються» електрони, а в стовпі розпеченого газу відбувається термічна йонізація. Це забезпечує ідеальні умови для впливу на металеві поверхні без прямого контакту приладу з ними.
Іскровий газовий розряд виникає за атмосферного тиску й великої напруги між електродами. Тривалість іскрового газового розряду дуже мала, тому його часто використовують під час підпалювання робочої суміші в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння. Цикл усередині циліндра загалом займає мало часу й потребує швидкого нагрівання для роботи.
Тліючий (жеврійний) газовий розряд виникає за невеликої напруги між електродами й низького тиску. Цей тип розряду приводить до жеврійного світіння в трубках із низьким тиском газу навіть під дією слабкого електричного поля, що робить його найзручнішим для використання в освітленні.
Коронний газовий розряд виникає за тиску, близького до атмосферного в сильному \((E\gt 500\ \text{кВ/м}),\) різко неоднорідному електричному полі. Велике поле змушує йони рухатись із великою швидкістю і, як наслідок, великою кінетичною енергією, що викликає ударну йонізацію. Численні йони газу під час проходження між електронами заряджають дрібні частинки пилу, що також рухаються в полі й осідають на одному з електродів, звідки їх легко прибрати.
Відповідь: 1В, 2Д, 3А, 4Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах. Поняття про плазму.
Завдання скеровано на перевірку розуміння поняття плазми.
Пригадаймо, що плазма – це частково або повністю йонізований газ, у якому концентрації позитивних і негативних зарядів майже однакові. Під час йонізації нейтральні атоми газу втрачають електрони й перетворюються на позитивні йони. Тож вільними носіями в плазмі є як утворені вільні електрони, так і позитивні йони.
Відповідь: Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах.
Завдання скеровано на перевірку розуміння поняття термоелектронної емісії.
Термоелектронна емісія – це явище випромінювання електронів нагрітими тілами. Що вища температура тіла, то більша швидкість електронів, які покидають його поверхню.
Відповідь: Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах. Електричний струм у газах.
Завдання скеровано на оцінювання розуміння механізмів різних видів газових розрядів й умов їхнього застосування в техніці.
Дуговий газовий розряд виникає за високої температури (понад 4000 °С) і майже за будь-якого тиску. Це яскраве дугоподібне полум’я. За такої високої температури з поверхні катода безперервно «випаровуються» електрони, а в стовпі розпеченого газу відбувається термічна йонізація. Це забезпечує ідеальні умови для впливу на металеві поверхні без прямого контакту приладу з ними.
Іскровий газовий розряд виникає за атмосферного тиску й великої напруги між електродами. Його тривалість дуже мала, тому його часто використовують під час підпалювання робочої суміші в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння. Цикл усередині циліндра загалом займає мало часу й потребує швидкого нагріву для роботи.
Жеврійний (тліючий) газовий розряд виникає за невеликої напруги між електродами й низького тиску. Цей тип розряду приводить до жевріння в трубках із низьким тиском газу навіть під дією слабкого електричного поля, що робить його найзручнішим для використання в освітленні.
Коронний газовий розряд виникає за близького до атмосферного тиску в сильному \((E\gt 500\ \text{кВ/м})\), різко неоднорідному електричному полі. Сильне поле змушує йони рухатися з великою швидкістю, а отже й кінетичною енергією, що зумовлює ударну іонізацію. Численні йони газу під час проходження між електронами заряджають дрібні частинки пилу, що також рухаються в полі й осідають на одному з електродів, звідки їх легко прибрати.
Відповідь: 1В, 2Д, 3А, 4Г.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах. Електричний струм у газах.
Завдання скеровано на перевірку розуміння механізму іскрового розряду.
Іскровий розряд виникає за атмосферного тиску та великої напруги.
Іскровий розряд має вигляд яскравих зиґзаґів із багатьма розгалуженнями.
Нетривалий, супроводжуваний характерним тріском.
Прикладом іскрового розряду є блискавка.
Відповідь: Б.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на
ТЕМА: Закони електролізу.
Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати закони електролізу для розв’язування розрахункових задач.
Дано:
\(S=120\ \text{см}^2\)
\(t=2\ \text{год}\)
\(I=0,3\ \text{А}\)
\(k=3\cdot 10^{-7}\ \frac{\text{кг}}{\text{Кл}}\)
\(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\rho}=9\ \frac{\text{г}}{\text{см}^3}\)
Знайти:
\(d (\text{мкм})\ -\ ?\)
Нікелювання здійснюють електролізом. За першим законом електролізу можна визначити масу нікелю, що виділився:
За відомою масою \(m\) і густиною матеріалу \(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\rho}\), то можна обчислити його об’єм: $$ \style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\rho}=\frac mV\rightarrow V=\frac{m}{\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\rho}}. $$ Об’єм матеріалу можна виразити через товщину та площу його поверхні: $$ V=Sd\rightarrow d=\frac VS. $$
Тож, товщина матеріалу
Відповідь: 6.
Побажання та зауваження будь ласка пишіть на