ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 110.6: Работа и мощность постоянного тока

План решения:

Для описания преобразований энергии в проводнике постоянного тока необходимо рассмотреть механизм взаимодействия электрического поля со свободными носителями заряда. Мы выделим три этапа: источник энергии (электрическое поле), процесс передачи энергии (работа сил поля над электронами) и конечный результат (тепловая энергия кристаллической решетки).

Вычисление и физический анализ:

1. Действие электрического поля. Внутри проводника существует электрическое поле напряженностью E. На каждый свободный электрон с зарядом e действует сила F=eE. Эта сила совершает работу по перемещению электронов вдоль проводника.

2. Ускорение и столкновения. Под действием силы электроны приобретают кинетическую энергию, ускоряясь между столкновениями с ионами кристаллической решетки. Однако из-за частых столкновений средняя скорость дрейфа остается постоянной. При каждом столкновении электрон передает часть своей накопленной кинетической энергии ионам решетки.

3. Нагревание проводника. Увеличение кинетической энергии колебаний ионов решетки макроскопически воспринимается нами как повышение температуры проводника. Таким образом, работа электрических сил (A=UIt) переходит во внутреннюю энергию вещества (Q). Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты равно Q=I^2Rt.

Проверка и вывод:

Согласно закону сохранения энергии, работа источника тока равна количеству теплоты, выделившемуся в цепи (если нет других потребителей, например, двигателей или лампочек накаливания, где есть световое излучение, но в чистом резисторе — только тепло). Следовательно, основной вид преобразования энергии в металлическом проводнике при прохождении постоянного тока — это превращение энергии электрического поля во внутреннюю (тепловую) энергию проводника.