ГДЗ · Фізика · 9 клас

Сторінка 67

Фізика, Бар’яхтар В. Г., Божинова Ф. Я., Довгий С. О., Кірюхін М. М., Кірюхіна О. О., за ред. Довгого С. О., 2026 · № 6–13 · 8 завдань

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

§ 8. Домішкова провідність напівпровідників. Електронно-дірковий перехід

Завдання 6

Відповідність схем та пристроїв

Потрібно встановити відповідність між електричними пристроями (1–4): 1 — Вакуумний діод, 2 — Напівпровідниковий діод, 3 — Фоторезистор, 4 — Термометр опору; та їх умовними позначеннями на схемах (А–Д).

Розв’язання

Розглянемо схематичне позначення А: це прямокутник зі стрілкою та знаком градуса — це термометр опору (пристрій 4).
Позначення Б зображує коло з символом діода, що вказує на напівпровідниковий діод (пристрій 2).
Позначення В — це стандартний символ діода, але без позначок світла або температури, що відповідає вакуумному діоду (пристрій 1), хоча часто у шкільних підручниках так зображують вакуумний діод як лампу, проте тут треба уважно подивитися на В — це просто діод? Ні, давайте перевіримо Д: коло зі стрілками всередині — це фоторезистор (пристрій 3).
Перевіримо В ще раз: символ трикутник-лінія — це діод. Але в умові лише вакуумний і напівпровідниковий. На рисунку Б має коло навколо діода — це вакуумний діод? А Д має коло зі стрілками всередині — це фоторезистор. Тоді В — це просто діод? Ні, в умові немає просто діода. Давайте уважніше:
- А: $t,^{\circ} C$ у прямокутнику — термометр опору (4).
- Б: Коло з символом діода і стрілками всередині? Ні, на Б — коло з символом діода, але немає стрілок світла. Це вакуумний діод (1)? Або напівпровідниковий? Напівпровідниковий діод зазвичай не в колі. Вакуумний діод часто малюють як лампу з двома електродами всередині круга. Тут на Б — коло з символом діода, що вказує на вакуумний діод (1).
- В: Просто символ діода? Але в умові немає просто діода. Можливо, це помилка в моїй аналізі рисунка. Давайте спробуємо інше:
- Г: Прямокутник зі стрілками світла — фоторезистор (3).
- Д: Коло з двома стрілками всередині? Це може бути вакуумний діод? Ні, вакуумний діод зазвичай має символ лампи.
Давайте переглянемо стандартні позначення:
- Термометр опору: опір зі стрілкою $t$ — це А (4).
- Фоторезистор: опір зі стрілками світла — це Г (3).
- Вакуумний діод: коло з символом лампи/діода всередині — це Б (1).
- Напівпровідниковий діод: просто символ p-n переходу — це В (2).

Відповідь:

А — 4, Б — 1, В — 2, Г — 3.

Завдання 7

Електрохімічний еквівалент міді

Потрібно знайти електрохімічний еквівалент ( $k$ ) міді для розчину купрум(I) ціаніду (CuCN).

Розв’язання

З хімічної формули купрум(I) ціаніду (CuCN) бачимо, що мідь має валентність I ( $C u^{+}$ ). При електролізі вона відновлюється до металу: $C u^{+} + e^{-} \to C u$ . Отже, кількість електронів $n = 1$ .
Знайдемо молярну масу міді (за таблицею ДПВ): $M (C u) \approx 63, 5 г / моль$ .
Підставимо значення у формулу електрохімічного еквівалента: $k = \frac{63 , 5}{1 \cdot 96500}$ .
Виконаємо ділення: $k \approx 0, 000658 г / Кл$ (або $0, 658 мг / Кл$ ).

Відповідь:

Електрохімічний еквівалент міді становить приблизно $0, 000658 г / Кл$ .

Завдання 8

Виділення металу при електролізі

На якому електроді (див. рис. 4) під час електролізу виділиться більше металу? Який це метал?

Розв’язання

За таблицею на с. 66 визначаємо електроліти: у ванні 1 — сульфат міді ( $C u S O_{4}$ ), у ванні 2 — нітрат срібла ( $A g N O_{3}$ ). Вільні носії заряду в цих розчинах — йони міді ( $C u^{2 +}$ ) та йони срібла ( $A g^{+}$ ).
За законом електролізу (маса $m = k I t$ ) маса виділеної речовини пропорційна її електрохімічному еквіваленту $k$ . Щоб з'ясувати, чи виділиться «більше» металу, треба порівняти електрохімічні еквіваленти міді та срібла (або використати дані про час і силу струму, якщо вони однакові).
Згідно з таблицею на с. 66 для CuCN (купрум(I) ціанід) електрохімічний еквівалент міді становить $k_{C u} \approx 0, 329 мг / Кл$ , а для срібла ( $A g N O_{3}$ ) — $k_{A g} \approx 0, 112 мг / Кл$ (значення стандартні, якщо таблиця не наведена явно, беремо відомі фізичні константи). Оскільки $k_{C u} > k_{A g}$ , при однакових умовах ( $I$ і $t$ ) на катоді виділиться більше міді.
Електрод, на якому виділяється метал — це катод (від'ємний). У обох ваннах метал виділяється саме на катодах цих ванн. Якщо питання стосується загальної маси при однаковій силі струму в обох ланцюгах, то міді буде більше.

Відповідь:

Метал виділятиметься на катоді (від'ємному електроді). Цим металом у даному контексті є мідь (оскільки її електрохімічний еквівалент більший за срібний, тому при однакових умовах маса міді буде більшою; або ж, якщо розглядати лише CuCN з умови завдання 7, то це мідь).

Завдання 9

Визначення температурного коефіцієнта опору

За графіком залежності опору $R$ (Ом) від температури $t$ ( $^{\circ} C$ ) визначити температурний коефіцієнт опору $α$ . Графік — пряма лінія, що проходить через точки $(0; 30)$ та $(150; 45)$ .

Розв’язання

Визначимо зміну опору $Δ R$ та зміну температури $Δ t$ між точками $(0; 30)$ та $(150; 45)$ .
$Δ R = 45 Ом - 30 Ом = 15 Ом$ .
$Δ t = 15 0^{\circ} C - 0^{\circ} C = 15 0^{\circ} C$ .
Знайдемо температурний коефіцієнт опору за формулою $α = \frac{Δ R}{R _{0} \cdot Δ t}$ , де $R_{0} = 30 Ом$ .
$α = \frac{15 Ом}{30 Ом \cdot 15 0 ^{\circ} C} = \frac{1}{2 \cdot 150} = \frac{1}{300} \approx 0, 0033 К^{- 1}$ .

Відповідь:

$α \approx 3, 3 \cdot 1 0^{- 3} К^{- 1}$ (або $0, 0033 К^{- 1}$ ).

Завдання 10

Відповідність між розрядами та пристроями

Установити відповідність між видом самостійного газового розряду (1–4) і назвою пристрою (А–Д):
1 — Дуговий розряд; 2 — Іскровий розряд; 3 — Коронний розряд; 4 — Тліючий розряд.
А — Блискавковідвід; Б — Запальна свічка; В — Газорозрядна лампа; Г — Лампа розжарення; Д — Зварювальний апарат.

Розв’язання

Дуговий розряд (1) використовується в зварювальних апаратах (Д).
Іскровий розряд (2) є основою роботи запальної свічки (Б).
Коронний розряд (3) виникає на кінцях провідників і застосовується в блискавковідводах (А).
Тліючий розряд (4) забезпечує світіння газорозрядних ламп (В).

Відповідь:

1 — Д; 2 — Б; 3 — А; 4 — В.

Завдання 11

Розрахунок сили струму при срібленні

Під час сріблення виробу протягом $t = 1$ год на катоді виділилося маса $m = 2 г$ срібла. Знайти силу струму $I$ .

Розв’язання

Переведемо час у секунди: $t = 1 год = 3600 с$ .
Візьмемо електрохімічний еквівалент срібла $k \approx 0, 001118 г / Кл$ .
Обчислимо силу струму: $I = \frac{m}{k \cdot t} = \frac{2 г}{0 , 001118 г / Кл \cdot 3600 с}$ .
$I = \frac{2}{4 , 0248} \approx 0, 497 А$ .

Відповідь:

Сила струму становила приблизно $0, 5 А$ .

Завдання 12

Лампа розжарення та опір нитки

Сила струму у вольфрамовій нитці лампи розжарення в момент увімкнення ( $I_{ув}$ ) у $12, 5$ разів перевищує силу робочого струму ( $I_{роб}$ ). Температура нитки в момент увімкнення становить $t_{1} = 2 0^{\circ} C$ . Потрібно визначити: а) характер зміни опору при нагріванні; б) температуру нитки в робочому стані ( $t_{2}$ ).

Розв’язання

Запишемо закон Ома для двох станів при незмінній напрузі $U$ : $I_{ув} = \frac{U}{R _{1}}$ та $I_{роб} = \frac{U}{R _{2}}$ . Знайдемо відношення опорів: $\frac{R _{2}}{R _{1}} = \frac{I _{ув}}{I _{роб}} = 12, 5$ .
Використаємо формулу $R = R_{0} (1 + α t)$ . Відношення опорів дорівнює відношенню множників $(1 + α t_{2})$ та $(1 + α t_{1})$ : $\frac{1 + α t _{2}}{1 + α t _{2}} = 12, 5$ .
Для вольфраму температурний коефіцієнт опору $α \approx 0, 0045 К^{- 1}$ (це стандартне значення для розрахунків у шкільній програмі). Підставимо $t_{1} = 2 0^{\circ} C$ і розв'яжемо рівняння відносно $t_{2}$ .
Обчислення: $1 + α t_{2} = 12, 5 \cdot (1 + 0, 0045 \cdot 20) = 12, 5 \cdot (1 + 0, 09) = 12, 5 \cdot 1, 09 = 13, 625$ . Звідси $t_{2} = \frac{13 , 625 - 1}{0 , 0045} \approx 278 3^{\circ} C$ .

Відповідь:

а) Опір нитки зростає; б) температура нитки в робочому стані становить приблизно $278 0^{\circ} C$ (або $278 3^{\circ} C$ ).

Завдання 13

Діодний міст та зміна полярності

У колі з діодним мостом (рис. 6) сила струму в ділянці з діодом $D_{1}$ дорівнює $0, 5 А$ . Діоди ідеальні ( $R_{діод} = 0$ ), опори резисторів однакові ( $R_{1} = R_{2} = R_{3}$ ). Напруга на ділянці не змінюється. Потрібно знайти загальну силу струму в колі після зміни полярності джерела струму.

Розв’язання

При початковій полярності (плюс зліва) струм тече через верхні резистори та діоди $D_{1}$ і $D_{2}$ (або аналогічну комбінацію, залежно від схеми мосту). Оскільки опори однакові, струм розподіляється між двома гілками. У задачі сказано про діод $D_{1}$ , що означає, що в даній конфігурації працюють дві паралельні гілки з діодами.
При зміні полярності джерела струму (плюс стає правим, мінус — лівим) струм намагається тече у зворотному напрямку для всіх діодів мосту.
Оскільки всі діоди в мості мають однакову орієнтацію стрілок (як показано на рисунку: верхні — вправо, нижні — вліво), при зміні полярності джерела струму жоден діод не зможе пропустити струм у потрібному напрямку для замикання кола.
Усі діоди стануть «закритими» (роблять опір нескінченно великим). Електричне коло розімкнеться, і сила струму в ньому стане рівною нулю.

Відповідь:

Загальна сила струму в колі після зміни полярності джерела струму становитиме $0 А$ (струм не тече).