Сборник задач абитуриенту. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА. Электрический ток в металлах. Тема 21-1

          

ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА. Электрический ток в металлах. Тема 21-1

21.1. Катушка радиуса r = 25 см, содержащая L = 500 м тонкого медного провода, вращается с угловой скоростью ω = 300 рад/с вокруг своей оси. Через скользящие контакты катушка подключена к баллистическому гальванометру. Общее сопротивление всей цепи R = 21 Ом. Найдите удельный заряд e/me носителей тока в меди, если при резком затормаживании катушки через гальванометр проходит заряд q = 10 нКл.

21.2. Сплошной металлический цилиндр радиуса R вращается с постоянной угловой скоростью ω. Найдите зависимость напряженности поля E от расстояния r от оси цилиндра и разность потенциалов U между поверхностью цилиндра и его осью.

21.3. Определите среднюю скорость v упорядоченного движения электронов в медном проводе при плотности постоянного тока j = 6 А/мм2, если считать, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон. Какое количество теплоты q выделится при этом в единице объема провода в единицу времени? Молярная масса меди μ = 63,5 × 10−3 кг/моль, плотность меди D = 8,9 × 103 кг/м3, удельное сопротивление меди ρ = 1,7 × 10−8 Ом•м.

21.4. Найдите суммарный импульс электронов в прямом проводе длины L = 1000 м, по которому течет ток I = 70 А.

21.5. По прямому медному проводу длины L = 1000 м и сечения S = 1 мм2 течет ток I = 4,5 А. Считая, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон, найдите время t, за которое электрон переместится от одного конца провода до другого, а также сумму сил Fэл, действующих на все свободные электроны в данном проводе со стороны электрического поля. Плотность меди D = 8,9 × 103 кг/м3, удельное сопротивление $\rho$ = 1,68 × 10−8 Ом•м.

21.6. Какую длину L имеет вольфрамовая нить накала лампочки, рассчитанной на напряжение U = 220 В и мощность P = 200 Вт? Температура накаленной нити T = 2700 К, диаметр нити d = 0,03 мм. Удельное сопротивление вольфрама ρo = 5,5 × 10−8 Ом•м при температуре To = 293 К. Считайте, что удельное сопротивление вольфрама прямо пропорционально абсолютной температуре.

21.7. В каком процессе через раствор проходит больший электрический заряд q: при выделении ν1 = 1 моль никеля из раствора NiSO4 или при выделении ν2 = 1 моль железа из раствора FeCl2?