Решение задач по теме "Электрические явления"

Введение

Электрические явления окружают нас повсюду — от работы электрических приборов и освещения до явлений природы, таких как молния. Изучение этих процессов помогает понять, как движутся электрические заряды, каким образом создаются электрические токи и какие действия они производят.

В курсе физики 8 класса темы, связанные с электричеством, являются одними из самых важных и практических. На их основе строится современная энергетика, связь, вычислительная техника, транспорт и многие другие отрасли. Чтобы уверенно разбираться в электрических явлениях, нужно не только знать определения и законы, но и уметь решать задачи, применять формулы, анализировать условия и делать выводы.

В этой статье мы рассмотрим несколько типовых задач, которые помогут лучше понять физическую суть процессов электризации тел, движения электрического тока, а также действий тока на различные вещества.

1. Электризация тел

Электризация — это процесс, при котором тело приобретает электрический заряд. Заряд возникает при трении, соприкосновении или индукции. При этом одно тело теряет часть электронов, а другое получает их.

Задача №1. Электризация

Условие:
Два одинаковых эбонитовых стержня потерли о шерстяную ткань. Какой заряд получат стержни и ткань? Что произойдёт, если поднести эти стержни друг к другу?

Решение:
При трении эбонита о шерсть электроны переходят от шерсти к эбониту.

• Эбонит приобретает отрицательный заряд, так как получает электроны.

• Шерсть — положительный заряд, так как теряет электроны.

Если поднести оба эбонитовых стержня друг к другу, они будут отталкиваться, так как имеют одинаковые отрицательные заряды.

Ответ:
Эбонитовые стержни — отрицательный заряд, шерсть — положительный; стержни отталкиваются.

2. Электрический ток

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов или ионов) под действием электрического поля. Чтобы возник ток, необходимы три условия:

1. наличие свободных зарядов,

2. наличие электрического поля (разности потенциалов),

3. замкнутая цепь.

Задача №2. Закон Ома для участка цепи

Условие:
К проводнику приложено напряжение 6 В. При этом по нему протекает ток силой 2 А. Определите сопротивление проводника.

Решение:
Используем закон Ома для участка цепи:

​

где
 — сопротивление,
 — напряжение,
 — сила тока.

Подставим значения:

Ответ:
Сопротивление проводника равно 3 Ом.

Пояснение:
Это означает, что проводник оказывает сопротивление движению электронов, и чем больше это сопротивление, тем меньше сила тока при том же напряжении.

3. Действие электрического тока

Электрический ток оказывает три основных действия:

1. Тепловое — нагревает проводники (закон Джоуля–Ленца).

2. Химическое — вызывает разложение веществ при прохождении тока через электролиты.

3. Магнитное — создает магнитное поле вокруг проводника.

Задача №3. Нагревание проводника электрическим током

Условие:
Через проводник с сопротивлением 4 Ом течёт ток силой 3 А в течение 2 минут. Определите количество теплоты, выделившееся в проводнике.

Решение:
Используем закон Джоуля–Ленца:

где
 — количество теплоты (в Джоулях),
 — сила тока (в амперах),
 — сопротивление (в омах),
 — время (в секундах).

Переведем время в секунды:

Подставим значения:

Ответ:
Количество выделившейся теплоты равно 4320 Дж (4,32 кДж).

Пояснение:
Выделившееся тепло можно использовать, например, для нагрева воды, лампы накаливания или утюга. Этот процесс лежит в основе работы большинства электрических нагревательных приборов.

Необходимые формулы для решения задач

1. Закон Ома для участка цепи:

   ​

   где  — сила тока,  — напряжение,  — сопротивление.

2. Количество теплоты, выделяемое током:

   
   

3. Связь электрического заряда и тока:

   
   

   где  — заряд (в кулонах).

4. Напряжение и работа электрического поля:

   ​

   где  — работа поля,  — заряд.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое электризация тел? Приведите примеры из жизни.

2. Почему при трении тела получают противоположные заряды?

3. Какие условия необходимы для существования электрического тока?

4. Как формулируется закон Ома для участка цепи?

5. Какие действия оказывает электрический ток?

6. В чем заключается тепловое действие тока?

7. Что произойдёт, если соединить провода источника тока напрямую?

8. Как рассчитать количество теплоты, выделившееся при прохождении тока по проводнику?