В-4 Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

Прохождение электрического тока по проводнику представляет собой процесс упорядоченного движения зарядов в электрическом поле, существующем в проводнике. При этом силы электрического поля, действующие на заряды, совершают работу. Назовем эту работу «работой тока» (А_эл.) и рассчитаем ее на участке цепи 1 — 2, содержащем сопротивление R(см. рис.40).

где t — время прохождения тока, q — заряд, прошедший по проводнику за время t.

Следовательно, работу тока можно вычислить с помощью следующего соотношения:

Мощностью (N_эл.) называется работа, совершаемая током за единицу времени:

Следовательно,

Мощность электрического тока на опыте определяется с помощью амперметра и вольтметра или специального прибора — ваттметра.

Если по проводнику течет постоянный ток, то работа тока на этом участке идет на преобразование электрической энергии во внутреннюю. Увеличение внутренней энергии проводника приводит к повышению его температуры (проводник нагревается).

По закону сохранения энергии количество теплоты (Q), выделяющееся в проводнике при прохождении электрического тока, равно работе тока: Q = А_эл. Следовательно,

Данная формула есть закон Джоуля-Ленца для однородного участка цепи.

16. При протекании электрического тока по проводнику энергия тока преобразуется

1) в механическую

2) в энергию магнитного поля

3) в энергию электрического поля

4) во внутреннюю энергию

17. Два резистора сопротивлениями 120 Ом и 240 Ом включены в сеть параллельно. Какой из резисторов потребляет большую мощность и во сколько раз?

1) первый в 2 раза больше

2) второй в 2 раза больше

3) оба резистора потребляют одинаковую энергию

4) среди приведённых ответов нет правильного

18. Рассчитайте время, за которое на спирали лампы накаливания мощ­ностью 40 Вт выделится 240 Дж теплоты.

1) 6 с

2) 15 с

3) 6 мин

4) 10 мин

В-5 Силы трения

Природа силы трения — электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым.

Трение принимает участие (и притом весьма существенное) там, где мы о нём даже не подозреваем. Очень красочно о роли трения пишет французский физик Гильом: «Всем нам случалось выходить в гололедицу: сколько усилий требовалось, чтобы удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделывать, чтобы устоять! Это заставляет нас признать, что земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, благодаря которому мы сохраняем равновесие без особых усилий. Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой мостовой или когда лошадь скользит по асфальту и падает. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся устранить его в машинах — и хорошо делают. В прикладной механике о трении говорится как о крайне нежелательном явлении, и это правильно, однако лишь в узкой специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол. Трение представляет настолько распространенное явление, что нам, за редким исключением, не приходится призывать

его на помощь: оно является к нам само. Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. Блюда, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки. Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкой капле».

Особенности сил трения:

— возникают при соприкосновении;

— действуют вдоль поверхности;

— всегда направлены против направления движения тела. Основной характеристикой трения является коэффициент трения μ, который определяется материалами, из которых изготовлены поверхности взаимодействующих тел: сила трения F и нормальная нагрузка N_normal связаны неравенством

обращающимся в равенство только при наличии относительного движения.

16. Какую природу имеют силы трения?

1) электромагнитную

2) гравитационную

3) сильную

4) слабую

17. Тело, лежащее на горизонтальной поверхности, пытаются сдвинуть с места. Какой вид силы трения возникает в этом случае?

1) трение качения

2) трение скольжения

3) трение покоя

4) трение не возникает

18. Автомобиль массой 103 кг трогается с места и в течение 20 с приобре­тает импульс 2 • 104 кг'м. Определите коэффициент трения, если разви­ваемая автомобилем сила тяги равна 6 кН.

1) 0,1

2) 0,25

3) 0,5

4) 0,6

В-6 Радуга

Радуга — атмосферное оптическое явление, наблюдаемое обычно после дождя или перед ним. Оно выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из цветов спектра (глядя снаружи — внутрь дуги: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Центр окружности, описываемой радугой, лежит на прямой, проходящей через этот центр, наблюдателя и Солнце — потому для наблюдателя Солнце всегда находится за его спиной, и одновременно видеть Солнце и радугу без использования зеркал невозможно. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга, часть окружности, и чем выше точка зрения наблюдателя - тем радуга полнее (с горы или самолёта можно увидеть и полную окружность). Когда Солнце поднимается выше 43° градусов над горизонтом, то радуга с поверхности Земли не видна.

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды дождя или тумана, парящих в атмосфере. Эти ка­пельки по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении — красный на 137°30', фиолетовый на 139°20' и т.д.), в результате чего белый свет разлагается в спектр. Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение (при этом источник яркого света всегда должен находиться за спиной наблюдателя).

В яркую лунную ночь можно наблюдать и радугу от Луны. Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении наиболее

чувствительные рецепторы глаза — «палочки» — не воспринимают цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы — «колбочки»).

16. Радуга является результатом

1) преломления света

2) отражения света

3) преломления и отражения света

4) рассеяния света

17. Почему лунная радуга кажется белёсой?

1) свет Луны и свет Солнца отличаются по своим свойствам

2) причины появления радуги от Луны и Солнца разные

3) лунный и солнечный свет по-разному преломляются

4) таково устройство человеческого глаза

18. У какого цвета показатель преломления воды наибольший?

1) зелёный

2) голубой

3) синий

4) фиолетовый