4. Через поперечний переріз мiдної дротини завдовжки 20 см, що має переріз 0,4 мм²,
щосекунди проходить 2*10(20степені) електронів. Визначте кiлькiсть теплоти, що виділиться в
дротині за 1 с. Елементарний електричний заряд дорівнює е=1,6*10(-19степені)Кл.
Ответы
Для визначення кількості теплоти, що виділиться в дротині, можна скористатися законом Джоуля-Ленца. Згідно з цим законом, кількість теплоти, що виділяється в провіднику, пропорційна опору провідника, квадрату сили струму та часу:
Q = I^2 * R * t,
де Q - кількість теплоти (в Джоулях),
I - сила струму (в амперах),
R - опір провідника (в омах),
t - час (в секундах).
Спочатку необхідно знайти силу струму. Відомо, що кожної секунди проходить 2 * 10^20 електронів через поперечний переріз дротини. Для визначення сили струму ми можемо використовувати формулу:
I = q / t,
де q - кількість заряду (в кулонах),
t - час (в секундах).
Знаючи, що елементарний електричний заряд дорівнює e = 1,6 * 10^(-19) Кл, і час t = 1 секунда, ми можемо обчислити кількість заряду:
q = (2 * 10^20) * e.
Тепер, коли ми знаємо силу струму I та опір провідника R, ми можемо визначити кількість теплоти Q:
Q = I^2 * R * t.
Для розрахунку опору провідника можна скористатися формулою:
R = ρ * (L / A),
де ρ - опірність матеріалу (в омах на метр),
L - довжина провідника (в метрах),
A - площа поперечного перерізу провідника (в квадратних міліметрах).
Перетворимо площу поперечного перерізу провідника до квадратних метрів:
A = 0,4 мм^2 = 0,4 * 10^(-6) м^2.
Відомо, що опірність міді при кімнатній температурі становить приблизно 1,72 * 10^(-8) ома на метр.
Тепер ми можем перетворити площу поперечного перерізу провідника на квадратні метри:
A = 0,4 мм² = 0,4 * 10^(-6) м².
Відомо, що опірність міді при кімнатній температурі становить приблизно 1,72 * 10^(-8) ом на метр.
Тепер ми можемо знайти опір провідника R:
R = ρ * (L / A) = (1,72 * 10^(-8) ом/м) * (0,2 м / (0,4 * 10^(-6) м²)) = 4,3 ом.
Ми також вже знаємо, що сила струму I = q / t, де q = (2 * 10^20) * e і t = 1 секунда:
q = (2 * 10^20) * (1,6 * 10^(-19) Кл) = 3,2 * 10^1 Кл.
I = q / t = (3,2 * 10^1 Кл) / (1 с) = 3,2 * 10^1 A = 32 A.
Тепер, коли ми маємо значення сили струму I = 32 A, опору провідника R = 4,3 ом і часу t = 1 секунда, ми можемо обчислити кількість теплоти Q:
Q = I^2 * R * t = (32 A)^2 * (4,3 ом) * (1 с) = 4352 Дж.
Таким чином, кількість теплоти, що виділиться в дротині за 1 секунду, становить 4352 Дж.