Физика 10-11 класс

Дано:
L = 10 см = 0,10 м
S = 0,5 мм²
q = 3 мкКл = 3*10⁻⁶ Кл
n = 3 - количество последовательно соединенных проводников
t = 50 с
ρ = 0,017 Ом/мм² / м - удельное сопротивление меди
__________________

A - ?

1)
Сопротивление одного проводника:
R1 = ρ*L / S = 0,017*0,1 / 0,5 ≈ 3,4*10⁻³ Ом
2)
Проводники соединены последовательно, поэтому полное сопротивление:
R = n*R1 = 3*3,4*10⁻³ ≈ 0,01 Ом
3)
Сила тока в цепи:
I = q/t = 3*10⁻⁶ / 50 = 60*10⁻⁹ А
4)
По закону Джоуля-Ленца
Q = A = I²*R*t = (60*10⁻⁹)²*0,01*50 = 1,8*10⁻¹⁵ Дж

Для решения этой задачи нам нужно воспользоваться формулами для теплоты и работы в электрической цепи:

Тепло (Q) = I ^ 2 * R * t
Работа (Вт) = Q * V

Где I — ток, R — сопротивление, t — время, V — напряжение, Q — заряд.

Сначала найдем сопротивление одного проводника:

R = ρ*L/A

Где ρ — удельное сопротивление меди (1,68 x 10^-8 Ом·м), L — длина (0,1 м), а A — площадь (5 x 10^-7 м^2):

R = (1,68 x 10^-8 Ом·м * 0,1 м) / (5 x 10^-7 м^2) = 3,36 Ом

Так как последовательно соединены три проводника, общее сопротивление равно:

R_total = R1 + R2 + R3 = 3*R = 10,08 Ом

Далее найдем ток:

I = Q/t = 3 x 10^-6 Кл / 50 с = 6 x 10^-8 А

Теперь мы можем рассчитать выделяющееся тепло:

Q = I^2 * R_total * t = (6 x 10^-8 А)^2 * 10,08 Ом * 50 с = 1,814 x 10^-10 Дж

Наконец, мы можем вычислить проделанную работу:

Вт = Q * В

Мы не знаем напряжения, но можем использовать закон Ома, чтобы найти его:

V = I * R_total = (6 x 10^-8 А) * 10,08 Ом = 6,048 x 10^-7 В

Теперь мы можем рассчитать работу:

Вт = Q * V = (1,814 x 10^-10 Дж) * (6,048 x 10^-7 В) = 1,097 x 10^-16 Дж

Следовательно, выделившееся тепло составило 1,814 х 10^-10 Дж, а работа, совершенная током, составила 1,097 х 10^-16 Дж.

Чтобы определить количество теплоты, выделяемой при прохождении тока через металлические проводники, и работу тока, мы можем использовать следующие формулы:

Q = I^2 * R * t

W = Q = I^2 * R * t

где:

Q - количество теплоты, выделяемой при прохождении тока, измеряемое в джоулях (Дж)

W - работа тока, измеряемая в джоулях (Дж)

I - сила тока, измеряемая в амперах (А)

R - сопротивление проводника, измеряемое в омах (Ом)

t - время, в течение которого протекал ток, измеряемое в секундах (с)

В данном случае у нас есть три металлических проводника, соединенных последовательно. Это означает, что общее сопротивление проводников можно вычислить как сумму сопротивлений каждого проводника:

R = R1 + R2 + R3

где R1, R2 и R3 - сопротивления каждого проводника.

Чтобы вычислить сопротивление каждого проводника, мы можем использовать формулу:

R = ρ * L / A

где:

ρ - удельное сопротивление материала проводника (для меди это примерно 1,72 x 10^-8 Ом * м)

L - длина проводника (10 см)

A - площадь поперечного сечения проводника (0,5 мм^2 = 5 x 10^-7 м^2)

Таким образом, сопротивление каждого проводника составляет:

R = (1,72 x 10^-8 Ом * м * 0,1 м) / 5 x 10^-7 м^2 = 0,344 Ом

Общее сопротивление проводников:

R = 0,344 Ом + 0,344 Ом + 0,344 Ом = 1,032 Ом

Теперь мы можем вычислить количество теплоты, выделяемое при прохождении тока:

Q = I^2 * R * t = (3 мкКл / 50 с)^2 * 1,032 Ом * 50 с = 1,842 мкДж

Также мы можем вычислить работу тока, которая равна количеству теплоты:

W = Q = 1,842 мкДж

Таким образом, при прохождении тока через металлические проводники длиной 10 см и площадью поперечного сечения 0,5 мм^2, общим сопротивлением 1,