ГДЗ · Фізика · 9 клас

Сторінка 17

Фізика, Бар’яхтар В. Г., Божинова Ф. Я., Довгий С. О., Кірюхін М. М., Кірюхіна О. О., за ред. Довгого С. О., 2026 · № 1 (с. 17)–8 · 8 завдань

Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».

§ 1. Електричний струм у металах

Завдання 1 (с. 17)

Сила, що діє на електрон у полі

Електрон знаходиться в однорідному електричному полі $E$ . Потрібно визначити напрямок сили $F$ , з якою поле діє на електрон.

Розв’язання

Визначаємо напрямок вектора інтенсивності електричного поля $E$ за лініями сил на малюнку (вони спрямовані вправо).
Оскільки заряд електрона негативний, вектор сили $F$ буде спрямований протилежно до вектора $E$ .

Відповідь:

Сила спрямована вліво (протилежно до напрямку ліній електричного поля).

Завдання 2 (с. 17)

Обґрунтування вибору матеріалів для дротів

Пояснити, чому в електромережах краще використовувати мідні або алюмінієві дроти.

Розв’язання

Мідь і алюміній мають найменший питомий опір серед доступних металів, тому через них проходить струм з мінімальними втратами тепла.
Ці матеріали також є механічно міцними та стійкими до корозії, що забезпечує довговічність ліній електропередачі.

Відповідь:

Мідь і алюміній мають найменший питомий опір серед металів, що забезпечує мінімальні втрати енергії на нагрівання, а також вони міцні та стійкі до корозії.

Завдання 3 (с. 17)

Тепловиділення в надпровідниках

Чи виділяється теплота під час проходження струму в провіднику, який перебуває в надпровідному стані?

Розв’язання

У надпровідному стані опір провідника становить $R = 0$ .
Підставимо це значення у закон Джоуля-Ленца: $Q = I^{2} \cdot 0 \cdot t = 0$ .

Відповідь:

Ні, теплота не виділяється, оскільки опір провідника в надпровідному стані дорівнює нулю.

Завдання 4 (с. 17)

Зміна опору при нагріванні

Опір вольфрамової нитки лампи розжарення за температури $0^{\circ} C$ дорівнює $100 Ом$ . Потрібно знайти опір нитки за температури $800^{\circ} C$ .

Розв’язання

Запишемо формулу для знаходження опору при нагріванні: $R_{t} = R_{0} (1 + α t)$ .
Підставимо відомі значення: $R_{0} = 100 Ом$ , $t = 800^{\circ} C$ , $α \approx 0, 0045^{\circ} C^{- 1}$ .
Обчислимо зміну опору: $R_{t} = 100 \cdot (1 + 0, 0045 \cdot 800) = 100 \cdot (1 + 3, 6) = 100 \cdot 4, 6$ .

Відповідь:

$R_{800} = 460 Ом$ .

Завдання 5 (с. 17)

Визначення коефіцієнта за графіком

За графіком (Рис. 2) подано залежність опору металевого провідника від температури. Треба знайти температурний коефіцієнт $α$ . На графіку видно, що при $t = 0$ опір $R_{0} = 10 Ом$ , а при $t = 300^{\circ} C$ опір становить приблизно $25 Ом$ .

Розв’язання

За графіком визначаємо початковий опір при $t = 0$ : $R_{0} = 10 Ом$ .
Беремо точку на кінці відрізка, де $t = 300^{\circ} C$ і $R_{t} = 25 Ом$ .
Обчислюємо зміну опору: $Δ R = 25 - 10 = 15 Ом$ . Зміню температуру: $Δ t = 300 - 0 = 300^{\circ} C$ .
Знаходимо коефіцієнт: $α = \frac{15}{10 \cdot 300} = \frac{15}{3000} = 0, 005^{\circ} C^{- 1}$ .

Відповідь:

$α = 0, 005^{\circ} C^{- 1}$ .

Завдання 6

Зміна сили струму при охолодженні

Платиновий дріт охолоджують від $0^{\circ} C$ до $- 40^{\circ} C$ . Напруга на дроті незмінна. Потрібно знайти, у скільки разів зміниться сила струму.

Розв’язання

Запишемо співвідношення сил струму через опори: $\frac{I _{- 40}}{I _{0}} = \frac{R _{0}}{R _{- 40}}$ .
Виразимо $R_{- 40}$ через $R_{0}$ : $R_{- 40} = R_{0} (1 + α \cdot (- 40)) = R_{0} (1 - 40 α)$ .
Підставимо значення $α$ для платини ( $0, 0037^{\circ} C^{- 1}$ ): $R_{- 40} = R_{0} (1 - 40 \cdot 0, 0037) = R_{0} (1 - 0, 148) = 0, 852 R_{0}$ .
Знайдемо коефіцієнт зміни струму: $\frac{I _{- 40}}{I _{0}} = \frac{R _{0}}{0 , 852 R _{0}} = \frac{1}{0 , 852} \approx 1, 17$ .

Відповідь:

Сила струму збільшиться приблизно в $1, 17$ рази.

Завдання 7

Застосування надпровідності та побут

Оцінити реальність використання надпровідності у побуті сьогодні; навести приклади сучасних напрямів застосування.

Розв’язання

Визначаємо температуру переходу в надпровідний стан (близько 4 К або –269 °C для ртуті, інші матеріали — також при дуже низьких температурах).
Аналізуємо енергетичні витрати на охолодження: підтримка таких температур вимагає криогенних систем (рідкий гелій або азот), що є дорогим і складним для побутового використання.
Складаємо висновок про відсутність умов для застосування надпровідності у звичайному побуті на сьогодні, хоча в науці та медицині (МРТ) це використовується.

Відповідь:

Надпровідність сьогодні неможливо використовувати у побуті, оскільки для досягнення необхідних температур потрібне складне і енергозатратне обладнання. Сучасні напрями застосування: передавання електроенергії без втрат, створення потужних магнітів для МРТ-апаратів та маглева (поїздів на магнітній подушці).

Завдання 8

Високотемпературна надпровідність

Пояснити значення виразу «високотемпературна надпровідність» та вказати, про яку температуру йдеться.

Розв’язання

Визначаємо, що перші надпровідники мали температуру переходу близько 4–8 К (–269…–273 °C).
Згадуємо, що «високотемпературні» матеріали мають температуру переходу приблизно на 100 °C вище за перші, тобто близько 100 К (–173 °C) або трохи більше.
Порівнюємо цю температуру з кімнатною (+20…+25 °C) і робимо висновок: навіть «високотемпературна» надпровідність вимагає охолодження, але менш екстремального, ніж у перших випадках.

Відповідь:

Високотемпературна надпровідність — це стан матеріалів, які втрачають опір при температурах вищих за критичні перших відкриттів (приблизно на 100 °C вище), але все одно нижчих за кімнатну. Про температуру близько 100 К (–173 °C) і йдеться, що значно менше, ніж абсолютний нуль, але досить низька для побутового використання без складних систем охолодження.