Глава 15. § 106. Электрический ток. Сила тока — с. 353
§ 106. Вопрос 1. Что определяет среднюю скорость дрейфа свободных электронов?
Из формулы силы тока I = q₀nvS средняя скорость направленного движения v = I/(q₀nS) = I/(enS). Она определяется силой тока I, концентрацией n свободных носителей, их зарядом и площадью S поперечного сечения проводника. Причиной упорядоченного движения служит электрическое поле в проводнике, поэтому при данном проводнике скорость дрейфа растёт с увеличением напряжения на его концах. Для меди при I = 1 А и S = 10⁻⁶ м² она составляет всего около 7·10⁻⁵ м/с.
§ 106. Вопрос 2. Почему единицу тока определяют по магнитному взаимодействию?
Из действий тока (тепловое, химическое, магнитное) только магнитное проявляется у всех проводников без исключения: химическое действие наблюдается лишь в растворах и расплавах электролитов, а нагревание отсутствует у сверхпроводников. Кроме того, магнитное взаимодействие токов можно измерить точно, поэтому единицу силы тока — ампер — устанавливают на его основе, и амперметры тоже основаны на магнитном действии тока.
§ 106. Образец заданий ЕГЭ, задание 1. Время рабочего импульса ускорителя электронов равно 1 мкс. Средняя сила тока, создаваемого этим ускорителем, 32 кА. Определите число электронов, ускоряемых за один пуск ускорителя. Заряд электрона qₑ = 1,6·10⁻¹⁹ Кл.
1) 4·10¹⁶
2) 8·10¹⁷
3) 10¹⁷
4) 2·10¹⁷
1) 4·10¹⁶
2) 8·10¹⁷
3) 10¹⁷
4) 2·10¹⁷
Из I = Δq/Δt получаем заряд Δq = IΔt = 3,2·10⁴ А · 10⁻⁶ с = 3,2·10⁻² Кл. Число электронов N = Δq/e = 3,2·10⁻² / (1,6·10⁻¹⁹) = 2·10¹⁷.
Ответ: 4) 2·10¹⁷.
Ответ: 4) 2·10¹⁷.
§ 106. Образец заданий ЕГЭ, задание 2. На электроды вакуумного диода подаётся переменное напряжение, в результате чего сила тока, проходящего через этот диод, равномерно увеличивается за 2 мкс от 0 до 12 А. Определите заряд, который прошёл через диод за это время.
1) 36 мкКл
2) 12 мкКл
3) 36 мКл
4) 1,6·10⁻¹⁹ Кл.
1) 36 мкКл
2) 12 мкКл
3) 36 мКл
4) 1,6·10⁻¹⁹ Кл.
Сила тока растёт равномерно (линейно), поэтому заряд равен средней силе тока, умноженной на время (площадь под графиком I(t) — треугольник): Δq = (0 + 12 А)/2 · 2·10⁻⁶ с = 6 А · 2·10⁻⁶ с = 1,2·10⁻⁵ Кл = 12 мкКл.
Ответ: 2) 12 мкКл.
Ответ: 2) 12 мкКл.
§ 106. Образец заданий ЕГЭ, задание 3. По проводнику идёт постоянный электрический ток. Значение заряда, прошедшего через проводник, возрастает с течением времени согласно графику, представленному на рисунке. Сила тока в проводнике равна
1) 36 А
2) 16 А
3) 6 А
4) 1 А
[рисунок: график q(t), по оси q — Кл, отметки 2, 4, 6; по оси t — с, отметки 1, 2, 3, 4; прямая из начала координат проходит через точки (2 с; 2 Кл), (4 с; 4 Кл), (6 с; 6 Кл)]
1) 36 А
2) 16 А
3) 6 А
4) 1 А
[рисунок: график q(t), по оси q — Кл, отметки 2, 4, 6; по оси t — с, отметки 1, 2, 3, 4; прямая из начала координат проходит через точки (2 с; 2 Кл), (4 с; 4 Кл), (6 с; 6 Кл)]
График заряда — прямая, проходящая через начало координат, значит ток постоянен и равен угловому коэффициенту: I = Δq/Δt. По точке графика (4 с; 4 Кл): I = 4 Кл / 4 с = 1 А (по точке (2 с; 2 Кл) получается то же).
Ответ: 4) 1 А.
Ответ: 4) 1 А.