1. Какая физическая величина характеризует действие сторонних сил в источнике тока?
Действие сторонних сил в источнике тока характеризует электродвижущая сила (ЭДС).
2. В каком случае ЭДС источника тока считают: а) положительной; б) отрицательной?
ЭДС источника тока считают положительной, если она направлена от отрицательного полюса к положительному внутри источника. Она считается отрицательной, если направлена наоборот — от положительного к отрицательному полюсу.
3. За счёт чего возникает ЭДС в гальванических элементах и аккумуляторах?
В гальванических элементах ЭДС возникает за счёт химических реакций окисления и восстановления на электродах. В аккумуляторах принцип тот же, только процесс может идти как в одну сторону (разряд), так и в обратную (заряд).
4. В чём состоит принцип работы свинцового (кислотного) аккумулятора? Как он устроен?
Свинцовый (кислотный) аккумулятор состоит из свинцовых пластин и электролита — раствора серной кислоты. При разряде на положительной пластине идёт реакция сульфатации свинца (PbO₂ превращается в PbSO₄), на отрицательной пластине свинец (Pb) тоже превращается в PbSO₄. При зарядке реакции идут в обратную сторону. Принцип работы аккумулятора основан на обратимости этих реакций, благодаря чему его можно многократно заряжать и разряжать.
5. Приведите примеры использования: а) гальванических элементов; б) аккумуляторов.
Гальванические элементы используют в одноразовых батарейках для фонариков, пультов, игрушек, часов. Аккумуляторы применяют в телефонах, ноутбуках, электромобилях, автомобильных стартерных батареях.
1. Чему равно напряжение на клеммах гальванического элемента с ЭДС, равной E если цепь разомкнута?
Если цепь разомкнута через элемент не течёт ток. Падение напряжения на внутреннем сопротивлении равно нулю. Поэтому напряжение на клеммах равно ЭДС и то есть U = E.
2. На рисунке 1.39 приведён самодельный гальванический элемент. Объясните его устройство и принцип действия.
3. Объясните физический смысл такой физической величины, как ёмкость аккумулятора.
Ёмкость аккумулятора показывает, какой электрический заряд он может выдать при полном разряде. Обычно дают в ампер-часах. Формула связи Q = I × t где Q в кулонах или в A·h, I ток, t время. По ёмкости и напряжению можно оценить запасённую энергию приближённо как W = U × Q.
1. При питании лампочки от элемента с ЭДС 1,5 В сила тока в цепи равна 0,2 А. Найдите работу сторонних сил в элементе за 1 мин?
Сначала найдём прошедший заряд q = I × t = 0,2 A × 60 s = 12 C. Работа сторонних сил A = E × q = 1,5 V × 12 C = 18 Дж. Ответ 18 Дж.
2. Какая работа совершена постоянным током, если через проводник, на концах которого потенциалы соответственно равны 30 и 10 В, прошёл заряд 1,5 Кл?
Разность потенциалов ΔV = 30 V − 10 V = 20 V. Работа A = q × ΔV = 1,5 C × 20 V = 30 Дж. Ответ 30 Дж.
3. В технической спецификации устройства указано, что емкость аккумулятора q = 56 А·ч, а напряжение на его клеммах при полной зарядке U = 15 В. Определите по этим данным энергию, запасаемую аккумулятором. Ответ выразите в Дж.
Сначала переведём ёмкость в кулоны Q = 56 A·h × 3600 s/h = 201600 C. Энергия W = U × Q = 15 V × 201600 C = 3 024 000 Дж. Ответ 3 024 000 Дж.