Задачи на тему Ток в металлах, жидкостях и газах

Предмет Физика
Из пособия Решебник Чертов, Воробьев

1 По железному проводнику, диаметр сечения которого равен 0,6 мм, течет ток 16 A. Определить среднюю скорость направленного движения электронов, считая, что концентрация n свободных электронов равна концентрации n атомов проводника.
РЕШЕНИЕ

2 В цепь источника постоянного тока с ЭДС 6 В включен резистор сопротивлением 80 Ом. Определить плотность тока в соединительных проводах площадью поперечного сечения 2 мм2; число N электронов, проходящих через сечение проводов за время t=1 c. Сопротивлением источника тока и соединительных проводов пренебречь.
РЕШЕНИЕ

3 Пространство между пластинами плоского конденсатора имеет объем 375 см3 и заполнено водородом, который частично ионизирован. Площадь пластин конденсатора 250 см2. При каком напряжении U между пластинами конденсатора сила тока I, протекающего через конденсатор, достигнет значения 2 мкА, если концентрация n ионов обоих знаков в газе равна 5,3*107 см-3? Принять подвижность ионов b+=5,4*10-4 м2/(В*с), b-=7,4*10-4 м2/(В*с).
РЕШЕНИЕ

4 Определить скорость u мкм/ч, с которой растет слой никеля на плоской поверхности металла при электролизе, если плотность тока, протекающего через электролит, равна 30 А/м. Никель считать двухвалентным.
РЕШЕНИЕ

20.1 Сила тока в металлическом проводнике равна 0,8 A, сечение проводника 4 мм2. Принимая, что в каждом кубическом сантиметре металла содержится n=2,5*10^22 свободных электронов, определить среднюю скорость их упорядоченного движения.
РЕШЕНИЕ

20.2 Определить среднюю скорость упорядоченного движения электронов в медном проводнике при силе тока 10 А и сечении проводника, равном 1 мм2. Принять, что на каждый атом меди приходится два электрона проводимости.
РЕШЕНИЕ

20.3 Плотность тока в алюминиевом проводе равна 1 А/мм2. Найти среднюю скорость упорядоченного движения электронов, предполагая, что число свободных электронов в 1 см3 алюминия равно числу атомов.
РЕШЕНИЕ

20.4 Плотность тока в медном проводнике равна 3 А/мм2. Найти напряженность электрического поля в проводнике.
РЕШЕНИЕ

20.5 В медном проводнике длиной 2 м и площадью поперечного сечения, равной 0,4 мм2, идет ток. При этом ежесекундно выделяется количество теплоты 0,35 Дж. Сколько электронов N проходит за 1 с через поперечное сечение этого проводника?
РЕШЕНИЕ

20.6 В медном проводнике объемом 6 см3 при прохождении по нему постоянного тока за время 1 мин выделилось количество теплоты 216 Дж. Вычислить напряженность E электрического поля в проводнике.
РЕШЕНИЕ

20.7 Металлический проводник движется с ускорением 100 м/с2. Используя модель свободных электронов, определить напряженность E электрического поля в проводнике.
РЕШЕНИЕ

20.8 Медный диск радиусом 0,5 м равномерно вращается (104 рад/с) относительно оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр. Определить разность потенциала между центром диска и его крайними точками.
РЕШЕНИЕ

20.9 Металлический стержень движется вдоль своей оси со скоростью 200 м/с. Определить заряд, который протечет через гальванометр, подключаемый к концам стержня, при резком его торможении, если длина стержня равна 10 м, а сопротивление R всей цепи включая цепь гальванометра равно 10 мОм.
РЕШЕНИЕ

20.10 Удельная проводимость у металла равна 10 МСм/м. Вычислить среднюю длину свободного пробега электронов в металле, если концентрация n свободных электронов равна 10^28 м-3. Среднюю скорость хаотического движения электронов принять равной 1 Мм/с.
РЕШЕНИЕ

20.11 Исходя из модели свободных электронов, определить число соударений, которые испытывает электрон за время 1 c, находясь в металле, если концентрация n свободных электронов равна 10^29 м-3. Удельную проводимость у металла принять равной 10 МСм/м.
РЕШЕНИЕ

20.12 Исходя из классической теории электропроводности металлов, определить среднюю кинетическую энергию электронов в металле, если отношение теплопроводности к удельной проводимости равно 6,7*10-6 B2/К.
РЕШЕНИЕ

20.13 Определить объемную плотность тепловой мощности в металлическом проводнике, если плотность тока 10 А/мм2. Напряженность E электрического поля в проводнике равна 1 мВ/м.
РЕШЕНИЕ

20.14 Термопара медь-константан с сопротивлением 5 Ом присоединена к гальванометру, сопротивление которого равно 100 Ом. Один спай термопары погружен в тающий лед, другой в горячую жидкость. Сила тока 1 в цепи равна 37 мкА. Постоянная термопары k=43 мкВ/К. Определить температуру t жидкости.
РЕШЕНИЕ

20.15 Сила тока 1 в цепи, состоящей из термопары с сопротивлением 4 Ом и гальванометра с сопротивлением 80 Ом, равна 26 мкА при разности температур спаев, равной 50 °С. Определить постоянную k термопары.
РЕШЕНИЕ

20.16 При силе тока 5 А за время 10 мин в электролитической ванне выделилось 1,02 г двухвалентного металла. Определить его относительную атомную массу Аr.
РЕШЕНИЕ

20.17 Две электролитические ванны соединены последовательно. В первой ванне выделилось 3,9 г цинка, во второй за то же время 2,24 г железа. Цинк двухвалентен. Определить валентность железа.
РЕШЕНИЕ

20.18 Электролитическая ванна с раствором медного купороса присоединена к батарее аккумуляторов с ЭДС 4 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом. Определить массу меди, выделившейся при электролизе за время t=10 мин, если ЭДС поляризации 1,5 В и сопротивление R раствора равно 0,5 Ом. Медь двухвалентна.
РЕШЕНИЕ

20.19 Определить толщину слоя меди, выделившейся за время t=5 ч при электролизе медного купороса, если плотность тока 80 А/м2.
РЕШЕНИЕ

20.20 Сила тока, проходящего через электролитическую ванну с раствором медного купороса, равномерно возрастает в течение времени 20 с от I0=0 до I=2 A. Найти массу меди, выделившейся за это время на катоде ванны.
РЕШЕНИЕ

20.21 В электролитической ванне через раствор прошел заряд 193 кКл. При этом на катоде выделился металл количеством вещества 1 моль. Определить валентность Z металла.
РЕШЕНИЕ

20.22 Определить количество вещества и число атомов N двухвалентного металла, отложившегося на катоде электролитической ванны, если через раствор в течение времени t=5 мин шел ток силой 2 A
РЕШЕНИЕ

20.23 Сколько атомов двухвалентного металла выделится на 1 см2 поверхности электрода за время t=5 мин при плотности тока 10 А/м2?
РЕШЕНИЕ

20.24 Энергия ионизации атома водорода 2,18*10-18 Дж. Определить потенциал ионизации Ui водорода.
РЕШЕНИЕ

20.25 Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом азота, если потенциал ионизации азота равен 14,5 В
РЕШЕНИЕ

20.26 Какова должна быть температура атомарного водорода, чтобы средняя кинетическая энергия поступательного движения атомов была достаточна для ионизации путем соударений? Потенциал ионизации Ui атомарного водорода равен 13,6 B.
РЕШЕНИЕ

20.27 Посередине между электродами ионизационной камеры пролетела α-частица, двигаясь параллельно электродам, и образовала на своем пути цепочку ионов. Спустя какое время после пролета α-частицы ионы дойдут до электродов, если расстояние между электродами равно 4 см, разность потенциалов U=5 кВ и подвижность ионов обоих знаков в среднем b=2 см2/(В*с)?
РЕШЕНИЕ

20.28 Азот ионизируется рентгеновским излучением. Определить проводимость азота, если в каждом кубическом сантиметре газа находится в условиях равновесия n0=10^7 пар ионов. Подвижность положительных ионов b+ = 1,27 см2/(В*с) и отрицательных b_= 1,81 см2/(В*с).
РЕШЕНИЕ

20.29 Воздух между плоскими электродами ионизационной камеры ионизируется рентгеновским излучением. Сила тока, текущего через камеру, равна 1,2 мкА. Площадь каждого электрода равна 300 см2, расстояние между ними d=2 см, разность потенциалов U=100 B. Найти концентрацию n пар ионов между пластинами, если ток далек от насыщения. Подвижность положительных ионов b+=1,4 см2/(В*с) и отрицательных b-=1,9 см2/(В*с). Заряд каждого иона равен элементарному заряду.
РЕШЕНИЕ

20.30 Объем газа, заключенного между электродами ионизационной камеры, равен 0,5 л. Газ ионизируется рентгеновским излучением. Сила тока насыщения 4 нА. Сколько пар ионов образуется в 1 с в 1 см3 газа? Заряд каждого иона равен элементарному заряду.
РЕШЕНИЕ

20.31 Найти силу тока насыщения между пластинами конденсатора, если под действием ионизатора в каждом кубическом сантиметре пространства между пластинами конденсатора ежесекундно образуется n0=10^8 пар ионов, каждый из которых несет один элементарный заряд. Расстояние d между пластинами конденсатора равно 1 см. площадь S пластины равна 100 см2.
РЕШЕНИЕ

20.32 В ионизационной камере, расстояние между плоскими электродами которой равно 5 см, проходит ток насыщения плотностью j=16 мкА/м2. Определить число пар ионов, образующихся в каждом кубическом сантиметре пространства камеры в 1 c.
РЕШЕНИЕ