Фізика 8 клас Бар`яхтар 2025 by sloven

1.1.

1.2.

1.3.

необхідно негайно повідомити вчителя / вчительку.

1.4. Про вихід із ладу або несправність обладнання необхідно

домити вчителя / вчительку.

2. Вимоги безпеки в екстремальних ситуаціях

2.1. У разі травмування, нездужання тощо

ля / вчительку.

2.2. У разі виникнення загоряння, пожежі

вчителя / вчительку.

2.3.

3. Вимоги безпеки перед початком експериментальної роботи

3.1.

3.2. Звільніть робоче місце від

теріалів.

3.3. Перевірте наявність і надійність з’єднувальних

предметів, необхідних для виконання завдань.

3.4. Починайте роботу тільки з дозволу вчителя / вчительки.

3.5. Виконуйте лише ті завдання, які передбачені в роботі або доручені вчителем / вчителькою.

4. Вимоги безпеки під час роботи

4.1. Працюйте

4.2.

дисципліновані.

4.3. Розміщуйте прилади, матеріали, обладнання

4.4.

4.5.

4.6.

4.7.

4.8.

4.9.

4.10.

4.11.

4.12.

4.13.

4.14.

4.15.

5. Вимоги безпеки після закінчення роботи

5.1.

з дозволу вчителя / вчительки.

5.2. Електричне коло розбирайте

живлення.

1) зовнішні ознаки перебігу явища, умови, за яких воно відбувається;

2) зв’язок з іншими явищами;

3) фізичні величини, які характеризують явище;

4) можливості практичного використання, способи запобігання шкідливим наслідкам явища

1) призначення;

2) будова;

3) принцип дії; 4) сфера застосування і правила користування;

5) переваги та недоліки

1) символ

1) формулювання, зв’язок

rnk.com.ua/107935

УДК 37.016:53(075.3)

Ф 48

Авторський колектив: Віктор Бар’яхтар, Фаїна Божинова, Станіслав Довгий, Микола Кірюхін, Олена Кірюхіна

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України (наказ Міністерства освіти і науки України від 21.02.2025 № 347) Видано за рахунок державних коштів. Продаж заборонено

Підручник створено відповідно до модельної навчальної програми «Фізика. 7–9 класи» для закладів загальної середньої освіти (автори Кремінський Б. Г., Гельфгат І. М., Божинова Ф. Я., Ненашев І. Ю., Кірюхіна О. О.)

Рецензенти: І. М. Гельфгат, учитель фізики комунального закладу «Харківський фізикоматематичний науковий ліцей № 27 Харківської міської ради», учитель-методист, заслужений вчитель України, кандидат фізико-математичних наук; С. В. Каплун, завідувачка кафедри методики природничо-математичної освіти КВНЗ «Харківська академія неперервної освіти», кандидат педагогічних наук, доцент, відмінник освіти; А. Б. Трофімчук, учитель-методист, голова громадської організації «Нова

Ф 48

Ф ізика : підруч. для 8 кл. закл. загал. серед. освіти / [В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова, С. О. Довгий, М. М. Кірюхін, О. О. Кірюхіна] ; за ред. С. О. Довгого. Харків : Вид-во «Ранок», 2025. 288 с. : іл.

ISBN 978-617-09-9591-9

УДК 37.016:53(075.3)

2025

Цього навчального року ви

і раніше, ви будете спостерігати

справжні наукові експерименти й на кожному уроці

криття. А цей підручник стане для вас надійним помічником.

Будьте уважними й наполегливими, вивчаючи

кожного параграфа, не обминайте додаткових рубрик

здобуті знання в повсякденному житті. Приклади практичного застосування фізики ви знайдете в рубриці «Чи знаєте ви, що...». Розвинути критичне мислення, необхідне для ефективного навчання та успішної реалізації в дорослому житті, допоможе рубрика «А як насправді?». Зверніть увагу: параграфи завершуються рубриками «Підбиваємо підсумки», «Контрольні запитання», «Вправа». Рубрика «Підбиваємо підсумки», яку подано у вигляді опорних конспектів, акцентує на головному. «Контрольні запитання» дають змогу з’ясувати, чи зрозуміли ви вивчений матеріал. Рубрика «Вправа» допоможе перевірити, чи можете ви застосувати отримані знання на практиці. Завдання рубрики диференційовані за рівнями складності. Номери завдань підкреслено відповідними кольорами (у порядку підвищення складності): синій, зелений, оранжевий, червоний. Фіолетовим кольором позначено завдання для формування інформаційно-комунікаційної компетентності. Довідкові дані, необхідні для виконання завдань, ви знайдете в Додатку наприкінці підручника.

Фізика наука насамперед експериментальна, тому на вас очікують дослідження, експериментальні завдання та лабораторні роботи. Обов’язково виконуйте їх і ви будете краще розуміти фізику. Наприкінці кожного розділу запропоновано рубрики «Підбиваємо підсумки розділу» і «Завдання для самооцінювання», які допоможуть систематизувати знання, стануть у пригоді під час повторення вивченого та підготовки до контрольних робіт. Безумовно, корисним буде інтерактивний

тестові

Ви знаєте, що для

отримання виграшу в силі людина

використовує прості механізми, а тепер дізнаєтеся, на яких

законах ґрунтується

дія цих механізмів і як можна збільшити їх коефіцієнт корисної

Ви знаєте, як виміряти силу і шлях,

Ви знаєте, що існують механічна, електрична, атомна енергії, а довідаєтеся, яку енергію має тіло, що рухається, а яку — тіло, що взаємодіє

rnk.com.ua/

користуємося в побуті, є простими механізмами

діють як важіль,

розвалюванню меблів, а жалюзі опускають за допомогою блока. Перевезти

Коловорот

Гвинт

Рис. 1.2. Складний механізм м’ясорубки містить

декілька простих механізмів

2. Що спільного в роботі простих механізмів?

Велосипед і тачка, м’ясорубка і міксер, швацька машинка, дриль тощо багато зі звичних пристроїв містять прості механізми, що працюють разом. У тачці

використовуються важіль і колеса, до складу м’ясорубки входять гвинт, клин і коловорот (рис. 1.2), а у велосипеді взагалі можна знайти майже

механізми.

Усі прості механізми мають певні спільні риси. Якщо простий механізм дає виграш у силі, то ми обов’язково отримуємо програш у відстані (рис. 1.3). І навпаки, виграш у відстані супроводжується програшем у силі. Прості механізми можна поділити за

принципом дії лише на два види: похила площина (пандус, клин, гвинт) і важіль (важіль, блок, коловорот).

Клин

Виграш у силі*

F F l h 2 1 = F1 прикладена сила F2 вихідна сила (сила, яку ми створюємо за допомогою простого механізму)

Рис. 1.3. Щоб підняти колесо автомобіля на незначну висоту за допомогою ручного механічного домкрата,

Рис. 1.4. Похила

Рис. 1.5. Для підняття тіла

виграш у силі та змінювати напрямок дії цієї сили застосовують у конструкціях сходів, ескалаторів, конвеєрів, пандусів тощо (рис. 1.6).

4. Клин і гвинт — різновиди похилої площини

рубання д ров,

тріщину

До речі, сокира це поєднання важеля (держак) і похилої площини (полотно з лезом).

Різновидом похилої п лощини також є гвинт. Візьмемо трикутник, вирізаний із тонкого картону, і розташуємо його біля циліндра (рис. 1.8). Похилою площиною буде ребро картону. Обгорнувши картонний трикутник навколо циліндра, одержимо гвинтову похилу площину. Власне нарізка гвинта це

похила площина, яку багато разів

обернуто навколо циліндра. Подібно

до клина гвинт може змінювати напрямок і значення прикладеної сили.

Гвинт використовують у механічних

домкратах і підіймачах, м’ясорубці, лещатах, струбцинах, свердлах, шурупах, різьбових кріпленнях тощо.

1.7.

Рис. 1.8.

ВПРАВА № 1

1. Який простий механізм використовують для завантаження багажу в літак (рис. 1)? Що змінює цей механізм?

2. Установіть відповідність між зображенням простого механізму (1–4) та його назвою (А–Д).

3. Які властивості похилої

ми використовуємо, піднімаючись гірським серпантином?

4. Які прості механізми входять до складу бура, стругачки (рис. 2); ножиць?

5. Який максимальний виграш у силі дає похила площина, якщо за її допомогою рівномірно піднімають тіло масою

§ 2. ВАЖІЛЬ. МОМЕНТ СИЛИ. УМОВА РІВНОВАГИ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Припустимо, що ви хочете погойдатися на гойдалці разом із малюком. Куди вам краще сісти, щоб було зручніше гойдатися? Чому?

1. Як часто ми маємо справу

з важелем?

Важке тіло підняти значно легше, якщо просунути під нього міцний стрижень лом. Лом, криничний журавель, лопата (рис. 2.1) усе це приклади застосування важеля — простого механізму, яким людина користується протягом тисяч років.

Важіль — це тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої осі — осі обертання.

Зображення важеля можна знайти на скелях і в печерах, на стінах стародавніх храмів і

2. Правило

MFd

Наприклад, коли на плечі важеля діють три сили (рис. 2.3), умова його рівноваги матиме вигляд:

MM M 12 3 .

Зверніть увагу!

1. На важіль (див. рис. 2.3), крім сил  F1 ,  F2 і  F3 , які намагаються обертати важіль, діють ще сила тяжіння  Fтяж (важіль має масу) і сила нормальної реакції опори  N . А ле плечі цих сил, а отже,

2. Важіль нерухомий. Це означає,

F FFF N 12 3 +++ = тяж .

Зрозуміло, що сили будуть скомпенсовані для

що перебуває в рівновазі.

4. Чи завжди важіль застосовують для виграшу в силі?

Зазвичай кажуть, що за допомогою важеля можна отримати виграш у силі: наприклад, прикладаючи

порівняно важке тіло (рис. 2.4, а). Однак виграш у силі завжди супроводжується програшем у відстані: плече меншої сили є

тому, коли людина за допомогою важеля

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

вертикально ці величезні споруди. Норвезький мандрівник Тур Хеєрдал у середині XX ст. з’ясував, що місцеві жителі винайшли (найімовірніше, незалежно від жителів Євразії) деякі прості механізми. Статуї котили на стовбурах дерев, які перекочуються як колеса, а підіймали за допомогою важелів.

5. Учимося розв’язувати задачі

 Задача. Визначте масу вантажу 1 (див. рисунок), якщо маса вантажу 2 становить 4 кг. Масою важеля знехтуйте.  Аналіз фізичної проблеми. На плечі важеля діють дві сили: вага вантажу 1 (сила  F1 ) і вага вантажу 2 (сила  F2 ). Ці сили намагаються обертати важіль у протилежних напрямках: сила  F1 проти ходу годинникової стрілки, сила  F2 за ходом годинникової стрілки. Із рисунка бачимо, що плечі цих сил становлять: da 1 5 = , da 2 3 = , де a довжина одного відрізка. Важіль перебуває в рівновазі, тому можемо скористатися правилом важеля. Пошук математичної моделі, розв’язання За правилом важеля: F F d d 1 2 2 1 = . Оскільки Fm g 11 = , а Fm g 22 = , маємо: mg mg d d m m d d

Дано: m2 4 = кг da 1 5 = da 2 3 =

m1 ?

m1 

  =⋅ = кгкг м м

m1 24 = ,

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Важіль

Плече сили — найкоротша відстань від осі обертання важеля до лінії дії сили.

Момент сили — фізична

величина, яка характеризує

обертальну дію сили й дорівнює добутку сили, що діє на тіло, на плече цієї сили.

1. Що таке важіль? 2. Наведіть приклади застосування важеля. 3. Дайте означення плеча сили. 4. Якою рівністю записують правило важеля? 5. Дайте означення моменту сили. 6. Якою є одиниця моменту сили в СІ? 7. Сформулюйте правило моментів. 8. Чи завжди важіль застосовують для отримання виграшу в силі? Наведіть приклади.

ВПРАВА № 2 У завданнях 1–6, 8 масою важеля знехтуйте. 1. Маса якої людини

свою відповідь. 2. Розгляньте рис. 2. Який важіль застосовують

3. Вага вантажу 1 становить 90 Н (рис. 3).

Визначте вагу вантажу 2.

4. Визначте масу вантажу (рис. 4), якщо на правий кінець важеля діє сила 40 Н.

5. Загальна маса вантажів на рис. 5 48 кг. Визначте масу кожного вантажу.

6. До кінців тонкого однорідного стрижня завдовжки 2 м підвішено вантажі масами 14 і 26 кг. На якій відстані від середини стрижня слід розмістити опору, щоб стрижень перебував у рівновазі?

7. Розгляньте рис. 6 і поясніть: а) чим відрізняються ножиці для різання металу й ножиці для різання тканини та які переваги надають такі відмінності; б) як «працює» гайковий ключ; яким ключем легше відкрутити гайку з довгою ручкою чи з короткою.

8. Маса вантажу 1 10 кг, вантажу 2 5 кг (рис. 7). Визначте масу вантажу 3. З якою силою важіль тисне на опору?

9. Розв’яжіть задачу, розглянуту в § 2, урахувавши, що маса важеля 500 г. 10. Знайдіть відомості про важелі в тілі

Сила м’язової тяги

Сила м’язової тяги Сила тяжіння

людини (див., наприклад, рис. 8). Складіть задачу за цими відомостями й розв’яжіть її. Рис. 8

ЛАБОРАТОРНА

Тема. Вивчення умови рівноваги важеля.

Мета: перевірити дослідним шляхом, яким має бути співвідношення сил і їхніх плечей, щоб важіль перебував у рівновазі.

Обладнання: важіль; штатив із муфтою та лапкою; набір тягарців масою по 100 г; динамометр; лінійка.

Підготовка до експерименту

1. Перед виконанням роботи згадайте відповіді на такі запитання.

1) Який механізм називають важелем і де застосовують важелі?

2) Що називають плечем сили? 3) Що таке момент сили?

2. Визначте ціни поділок шкал вимірювальних приладів.

3. Обчисліть силу, що діє на важіль з боку одного тягарця. Урахуйте, що ця сила дорівнює вазі тягарця.

4. Закріпіть на лапці штатива важіль і зрівноважте

регулювальних гайок.

Експеримент

Дотримуйтесь інструкції з безпеки (див.

Результати вимірювань

4. Повторіть дослід, підвісивши на одній половині

важеля два тягарці, а на іншій три (рис. 2).

5. Підвісьте праворуч від осі обертання на відстані 12 см три тягарці (рис. 3). Визначте за допомогою динамометра, яку силу  F1 потрібно прикласти в точці, що лежить на

відстані 8 см правіше від точки підвішення тягарців, щоб утримувати важіль у рівновазі.

Опрацювання результатів експерименту

1. Для кожного досліду:

1) знайдіть відношення сил F F 1 2 і відношення плечей d d 2 1 ;

2) обчисліть момент M1 сили, що повертає важіль проти ходу годинникової стрілки, і момент M2 сили, що повертає важіль за ходом годинникової стрілки.

2. Закінчіть заповнення таблиці.

Аналіз експерименту та його результатів На підставі проведених дослідів порівняйте: 1) відношення сил, що діють на важіль, і відношення його плечей; 2) момент сили, що повертає важіль за ходом годинникової стрілки, з моментом сили, що повертає важіль проти ходу годинникової стрілки.

Зробіть висновок, у якому: 1) зазначте, чи підтвердили проведені вами експерименти умову рівноваги важеля; 2) проаналізуйте, які чинники вплинули на точність вимірювань.

Творчі завдання

1. Зберіть пристрій, як показано на рис. 4.

Виконайте необхідні вимірювання та визначте моменти сил, що діють на важіль. Знайдіть суму моментів сил, що повертають важіль за ходом годинникової стрілки, і суму моментів сил, що повертають важіль проти ходу годинникової

§ 3. РУХОМИЙ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. На рисунках

ви бачите три способи піднімання вантажу.

Який спосіб, на вашу думку, найзручніший?

Чому?

1. Що спільного між нерухомим блоком і важелем?

За легендою, Архімед за допомо-

гою кількох блоків зміг спустити на воду важке судно, яке не могли

зрушити з місця десятки коней. Зараз блоки є в багатьох машинах і механізмах. Чим пояснюється їх

широке застосування?

На рис. 3.2 зображено нерухомий блок. На мотузку, перекинуту через блок, людина діє із силою  F1, вантаж із силою  F2 . Бачимо, що плече d1 cили F1 і плече d2 сили F2 дорівнюють радіусу R блока: dOAR 1 == ; dOBR 2 == . З умови рівноваги важеля F F d d 1 2 2 1 = випливає, що F F R R 1 2 1 == . Тобто FF12 = . Отже, нерухомий блок не дає

проте дозволяє змінювати напрямок дії сили (див., наприклад, рис. 3.2, 3.3). Рис. 3.3. Нерухомі

2.

Точка

Рис. 3.4.

Рис. 3.5. Щоб за допомогою рухомого блока підняти

вантаж на висоту h 2 , вільний кінець

опори Рис. 3.6.

Причепимо вантаж до обойми блока та закріпимо один кінець мотузки (рис. 3.4). Якщо тепер тягнути вільний кінець мотузки, то блок підніматиметься разом із вантажем. Такий блок називають рухомим. Рухомий блок можна розглядати як важіль, що обертається навколо осі, яка проходить через точку опори O (див. рис. 3.4). Із рисунка бачимо: • плече d1 сили  F1 , з якою тягнуть мотузку, дорівнює діаметру блока, тобто двом його радіусам:

використання рухомого

кількістю рухомих блоків у системі. Чи

за

цієї

у швидкості руху? Якщо так, то який і як це зробити?

3. Учимося розв’язувати задачі

 Задача. На рисунку зображено систему блоків.

Якими є сили натягу мотузок a і b, якщо маса вантажу 20 кг? Який виграш у силі дає ця система? На яку відстань h A опуститься точка A, якщо вантаж підніметься на 10 см? Масою блоків і силою тертя знехтуйте.  Аналіз фізичної проблеми. Система складається з двох рухомих блоків (1 і 2) та одного нерухомого блока (3). Для визначення виграшу в силі порівняємо вагу P вантажу та силу F, прикладену до вільного кінця мотузки. Урахуємо, що, вигравши в силі, ми в стільки ж

разів програємо у відстані.

Пошук математичної моделі, розв’язання Знайдемо вагу вантажу: Pmg== ⋅= 20 10 200 кг Н Н кг

Fb ? P F ? h A ?

означає вираз: «Рухомий блок дає програш у відстані у 2 рази»? 7. Як за допомогою рухомого блока отримати виграш

3. Яку силу F треба прикласти до вільного кінця мотузки (див. рис. 2), щоб підняти вантаж масою 100 кг, якщо маса рухомого блока становить 2 кг? Вважайте, що тертя в осях відсутнє.

4. З якою швидкістю рухається вантаж (рис. 3), якщо блок піднімається зі швидкістю 0,3 м/с? Яка маса вантажу, якщо сила, прикладена до блока, дорівнює 100 Н?

5. На рис. 4 зображено систему, яку використовують для натягування троса, до якого приєднано сітку-паркан. З якою силою натягнуто трос, якщо маса вантажу 100 кг? Де ви бачили таку систему?

6. У техніці досить часто використовують

rnk.com.ua/ 110475

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Як ви вважаєте, чи виконуєте ви роботу, коли слухаєте вчителя або вчительку, сидячи за партою? вивчаєте нові слова з іноземної мови? прибираєте в кімнаті? берете участь у змаганнях?

1. Коли сила виконує роботу?

Словом «робота» ми зазвичай називаємо будь-яку корисну дію людини, тварини, пристрою. А у фізиці є термін «механічна робота», що має чітке визначення. Про механічну роботу говорять тоді, коли

ня в просторі під дією сили.

сила тиску роботи не виконує.

то більшу механічну роботу виконає ця сила. Робота

роботи

(1818–1889): A Нм Дж . 1 Дж дорівнює механічній роботі, яку виконує сила 1 Н, переміщуючи тіло на 1 м у напрямку дії цієї сили: 1 Дж = 1 Н ⋅ м. Зверніть увагу! У випадках, коли сила діє на тіло з боку іншого тіла (буксир тягне баржу, мишеня штовхає сир), іноді не уточнюють, яка саме сила виконує роботу, а говорять, що роботу виконало тіло.

Хлопчик підняв штангу на висот у 1,5 м, приклавши силу 200 Н. Чому дорівнює робота сили в цьому разі?

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: стілець; лінійка.

Визначте роботу, яку ви виконуєте, коли піднімаєтеся на стілець. Яку роботу виконує при цьому сила тяжіння, що на вас діє? Яку роботу виконає

сила тяжіння, коли ви, зійшовши зі стільця, пройдете до дверей?

3. Яким є геометричний зміст механічної роботи?

Нехай тіло рухається під дією си-

 F , напрямок якої

з напрямком руху тіла.

довжини та ширини прямокутника, тобто відповідає площі S цього прямокутника. У цьому полягає

зміст механічної роботи: Якщо напрямок сили, яка діє на тіло, збігається з напрямком руху тіла, то робота цієї сили чисельно дорівнює площі фігури під графіком

ВПРАВА № 4

1. Вантаж нерухомо висить на пружині. Чи виконує роботу сила пружності, яка діє на вантаж? Чи виконує роботу сила тяжіння?

2. Чи виконує роботу сила тяжіння, що діє на баскетбольний м’яч, який: а) лежить на землі; б) летить угору; в) падає? Якщо виконує, то яку додатну чи від’ємну?

3. Наведіть приклади ситуацій, коли сила, яка діє на тіло, виконує додатну роботу; виконує від’ємну роботу; не виконує роботи.

4. Прикладаючи горизонтальну силу 50 Н, поверхнею стола протягли з незмінною швидкістю вантаж. Відомо, що при цьому було виконано роботу 150 Дж. Який шлях подолав вантаж?

5. Камінь масою 4 кг падає з висоти 5 м. Яка сила виконує додатну роботу під час падіння каменя? Чому дорівнює ця робота?

6. Дівчина веде велосипед, прикладаючи горизонтальну силу 40 Н. Велосипед рухається рівномірно. Визначте швидкість його руху, якщо за 5 хв було виконано роботу 12 кДж.

7. Під тиском газу поршень у циліндрі рівномірно пересунувся на 4 см (див. рисунок). Яку роботу виконано? Тиск газу в циліндрі є незмінним і становить 0,6 МПа; площа поршня 0,005 м2.

8. Складіть задачу, обернену до задачі, яку розглянуто в п. 4 параграфа, і розв’яжіть ї ї.

9. Яку роботу треба виконати, щоб

rnk.com.ua/ 110477

§ 5. ПОТУЖНІСТЬ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Поміркуйте над лексичним значенням слова «потужний». Що означає це слово? Для характеристики чого (кого) ви його використовуєте? А чи траплялося вам це слово в техніці? Наведіть приклади.

1. Що характеризує потужність?

Різним виконавцям для виконання тієї самої роботи потрібен різний

час: екскаватор швидше за копача

викопає траншею (рис. 5.1); кран

швидше за ва нтажника п ідніме

потрібну кількість цеглин; міксер

швидше за кухаря зіб'є крем тощо.

Для характеристики швидкості

виконання роботи використовують

фізичну величину потужність.

Потужність — це фізична величина, яка характеризує швидкість виконання роботи й дорівнює відношенню

часу, за який цю роботу виконано. Одиниця потужності в СІ ват; названа на честь

Потужність двигунів

Технічні засоби Потужність, кВт

Побутові

блендери 0,75–1,5

Побутові

пилососи 1,3–2,5

Міські мотоцикли 9–37

Легкові

Сідельні

тягачі 200–500

Легкі

гелікоптери (2–4-місні) 75–180

Круїзні

лайнери (1 двигун)

000

Коли дорога починає підніматися вгору, автомобілю потрібно більше потужності для руху з тією самою швидкістю. Поясніть чому.

3. Учимося розв’язувати задачі  Задача. Людина рівномірно

висоту 5 м за 5 с. Яку потужність розвиває людина, якщо маса відра з водою становить 10 кг?  Аналіз фізичної проблеми.

треба розрахувати роботу, яку виконала людина. Для цього слід знайти значення сили  F, з якою людина діє на відро. На відро діють дві сили: сила тяжіння  Fтяж і сила  F . Відро рухається рівномірно, тому ці сили скомпенсовані: FF = тяж .

Пошук математичної моделі, розв’язання

означенням потужності:

Знайдемо

змагань хлопчик розвинув

роботу виконав хлопчик за 20 с?

3. За який час двигун автомобіля, розвиваючи потужність 150 кВт, виконає роботу 900 кДж?

4. Загальна потужність двигунів літака становить 10 МВт. Визначте силу опору рухові, якщо літак рухається зі швидкістю 720 км/год.

5. На графіку подано залежність сили тяги

rnk.com.ua/ 110478

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Уявіть, що потрібно завантажити важкий мотоцикл у вантажівку, тобто необхідно виконати певну роботу. Який простий механізм ви для цього використаєте і чому? А чи дасть цей механізм виграш у роботі?

1. Чи працює «золоте правило» механіки? Ви вже знаєте, що

ти виграш у силі, однак у такому випадку ми обов’язково програємо у відстані. «Золоте правило» механіки стверджує: «У скільки разів ми виграємо в силі, у стільки ж разів програємо у відстані». А чи так це? Припустимо, що треба підняти вантаж на певну висоту. Щоб було зручніше, скористаємося нерухомим блоком (рис. 6.1).

Під час піднімання за допомогою блока вантажу вагою P на висоту h виконується корисна робота: APh кор = . А от повна робота, тобто робота, яку ми виконуємо, витяга ючи мотузку на довжину l, що дорівнює висоті h (l = h), становить: AF lF h повнатягитяги == . Оскільки

завдовжки l (рис. 6.2, а).

За означенням ККД маємо: A AF l mgh кор повнатяги .

Оскільки в ході використання механізмів корисна робота завжди менша від повної, ККД будь-якого механізму завжди менший від 100 %.

3. Учимося розв’язувати задачі

від того, який механізм ми застосовуємо для підняття тіла масою m на висоту h (похила площина, блок, важіль або коловорот), корисна робота завжди визначається за формулою: Amgh кор = .

 Задача. Вантаж масою 95 кг рівномірно піднімають на третій поверх будинку за допомогою системи, що складається з рухомого та нерухомого блоків (див. рисунок). Визначте ККД цієї системи, якщо до вільного кінця мотузки прикладають силу 500 Н.  Аналіз фізичної проблеми. У системі є один рухомий блок, тому, піднімаючи вантаж на висоту h, мотузку витягують на довжину lh = 2 . Нерухомий блок системи тільки змінює напрямок дії сили.

Пошук математичної моделі, розв’язання

За означенням ККД: η= A A кор повна . Що роблять? Піднімають вантаж на висоту h, тому Amgh кор = . Як це роблять? Тягнуть за мотузку, прикладаючи силу  F . Тому AF l

наука й техніка

виваються. Уже існують пристрої, ККД яких наближається до 100 %! Це, наприклад, пристрої, у яких застосовується явище надпровідності. Детальніше про це ви дізнаєтеся під час подальшого вивчення курсу фізики. ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Коефіцієнт корисної дії механізму (ККД) — це фізична величина, яка дорівнює відношенню корисної роботи до повної роботи.

Корисна робота: що саме нам потрібно зробити (підняти, пересунути тіло). Повна робота: як ми це робимо (тягнемо, штовхаємо тощо).

3. Тіло піднімають похилою

4. Вантаж масою 45 кг піднімають

строю, який складається

(див. рисунок). Яку силу потрібно прикладати до вільного кінця мотузки, якщо ККД пристрою становить 75 %?

5. Вантаж масою 108 кг підняли за допомогою важеля, прикладаючи вертикальну силу  F, значення якої дорівнює 400 Н. Визначте ККД важеля, якщо плече сили, яка діє на важіль із боку вантажу, утричі менше від плеча сили  F.

6. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про значення ККД деяких механізмів і

те, для чого ці механізми призначені. Складіть 1–2 задачі за одержаними

Тема. Визначення ККД похилої площини.

Мета: переконатися на досліді, що корисна робота, виконана

допомогою похилої площини, менша від повної роботи; визначити ККД похилої площини.

Обладнання: мірна стрічка; динамометр; три тягарці однакової

дерев’яний брусок.

Експеримент

1. Виміряйте довжину l і висоту h похилої площини.

2. Визначте за допомогою динамометра вагу P1 бруска.

3. Покладіть брусок на похилу площину й за допомогою динамометра рівномірно пересувайте його вгору площиною. Виміряйте силу тяги Fтяги 1, що діє на брусок з боку динамометра.

4. Визначте за допомогою динамометра вагу одного тягарця.

5. Не змінюючи кута нахилу площини, повторіть дослід (див. п. 3) ще тричі, розмістивши на бруску спочатку один, потім два, а потім три тягарці. Зверніть увагу! У кожному із цих дослідів, щоб знайти вагу тіла, необхідно до ваги бруска додати вагу тягарця (тягарців). Опрацювання результатів

1) повну роботу (A повна = Fтяги l);

2) корисну роботу ( APh кор = , де P вага тіла);

3) виграш у силі, який дає

4) ККД похилої площини η= ⋅=

Но-

мер

досліду

Вага

тіла (P, Н)

1) Для

Висота

похилої

площини (h, м) Корисна робота (A кор, Дж)

Сила

тяги (Fтяги, Н) Дов -

жина

похилої

площи-

ни (l, м)

Повна робота (A повна, Дж) Виграш у силі P

(

rnk.com.ua/ 110480

тіл. Це «запас роботи», яку може виконати тіло

руху або внас лідок взаємодії.

Енергію позначають символом E (або W ). Одиниця енергії в СІ, як і роботи, д

Розташуємо маленьку кульку на краю стола, а на підлозі поставимо

Наведіть кілька прикладів тіл, які мають певну механічну енергію.

проти сили тяжіння.

2. Як визначити потенціальну енергію?

Рис. 7.3. Шлях l, який подолало тіло, що падало під дією сили тяжіння  F

, дорівнює висоті h, на якій перебувало тіло

Потенціальна енергія піднятого тіла

Emgh p

E p

потенціальна енергія піднятого тіла m маса тіла g прискорення вільного падіння h висота, на якій розташоване тіло, відносно нульового рівня

Потенціальна енергія піднятого на деяку висоту тіла

У пружно деформованому тілі частини тіла взаємодіють силами пружності. Якщо тіло «звільнити», то сили пружності виконають механічну роботу. Отже, пружно деформоване тіло має потенціальну енергію (рис. 7.5). Потенціальну енергію пружно деформованої (розтягненої або стисненої) пружини або шнура визначають за формулою: E

де k жорсткість пружини (шнура), x видовження пружини (шнура). Властивість деформованої пружини «запасати» потенціальну енергію, а потім за її рахунок виконувати механічну роботу використовують у багатьох механізмах: механічних годинниках, дверних замках, клапанах автомобільних двигунів, амортизаторах автомобілів тощо.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: лінійка; гумова стрічка; клаптик паперу; будь-яке досить легке тверде тіло. Поміркуйте, як за допомогою цього обладнання про вести декілька дослідів на підтвердження того,

Рис. 7.5.

Рис.

тіла.

яке рухається та

тілами (частинами тіл), має і потенціальну, і кінетичну енергії. Наприклад, літак, що летить над землею на деякій висоті, має і потенціальну енергію (бо взаємодіє із землею), і кінетичну енергію (бо рухається).

наприклад, на велотренажерах. Для повсякденного використання будь-якою

людиною зручними є смартгодинники. Вони можуть вимірювати пульс, кількість пройдених кроків, насиченість крові киснем та інші параметри. Такі годинники в режимі онлайн розраховують, яку кількість енергії витратила людина.

енергія

Ek mv = 2 2

m маса тіла v швидкість руху тіла

m маса тіла h висота відносно нульового рівня

E p пружно

1. Що означає вираз: «Тіло (або система тіл) має енергію»? 2. Назвіть одиницю енергії в СІ. 3. Наведіть приклади на підтвердження того, що під час виконання роботи енергія тіла змінюється. 4. Дайте означення потенціальної енергії. 5. За якою формулою визначають потенціальну енергію: тіла, піднятого на висоту h? деформованої пружини? 6. Чи залежить значення потенціальної енергії піднятого на висоту тіла від вибору нульового рівня рівня відліку висоти?

7. Дайте означення кінетичної енергії тіла. 8. За якою формулою обчислюють кінетичну

ханічної енергії тіла.

ВПРАВА № 7

1. Якої енергії

піднімаєтеся сходами?

2. Опишіть, як змінюється

3. Обчисліть потенціальну енергію наплічника, який лежить на парті, відносно підлоги. Маса наплічника 3 кг, висота парти 80 см.

4. Визначте кінетичну енергію велосипедиста масою 50 кг, який рухається зі швидкістю 10 м/с.

5. Цеглина масою 5 кг має потенціальну енергію 20 Дж. На якій висоті над підлогою розташована цеглина, якщо за нульовий рівень узято поверхню підлоги?

6. Тіло рухається зі швидкістю 7,2 км/год. Визначте масу цього тіла, якщо його кінетична енергія становить 5 Дж.

7. Баскетбольний м’яч масою 400 г кинули в бік кільця. Визначте повну механічну енергію м’яча на висоті 3 м, якщо на цій висоті він рухався зі швидкістю 10 м/с. За нульовий рівень візьміть рівень підлоги спортзалу.

8. За графіком

rnk.com.ua/

Прослідкуємо перетворення механічної

вань маятника (рис. 8.1).

Відхилимо кульку до положення 1. У цьому положенні кулька перебуватиме на найбільшій висоті, отже, матиме найбільшу потенціальну енергію: Emgh p maxmax = . Кулька не рухається, тому її кінетична енергія дорівнює нулю: Ek = 0 . Відпустимо кульку. Кулька починає рух, швидкість ї ї руху збільшується, відповідно зростає її кінетична енергія. А от потенціальна енергія кульки зменшується

кулька на мить зупиниться в положенні 3 на висоті hmax . Кіне-

що з нього роблять постріл: стискають пружину, натискають на курок, пружина розпрямляється, і кулька набуває руху. А чи зберігається при цьому повна механічна енергія системи «пружина кулька»? Розглянемо пружину та кульку відразу після звільнення пружини (рис. 8.2). Пружина розпрямляється, ї ї видовження зменшується, відповідно

ти закон збереження і

У системі тіл,

стереження; EEkp +

Що знадобиться: мірна стрічка; сірникова коробка (або якесь інше

Висоту, на яку піднялося тіло,

«на око». Опором повітря

ня

зберігається?

після гальмування,

ваються. Нагрівання свідчить про те, що частинки всередині тіл стали рухатися швидше, тобто внутрішня енергія цих тіл збільшилася. Отже, кінетична енергія потяга не

на внутрішню енергію гальмівних

Закон збереження і перетворення механічної енергії: у системі тіл, які взаємодіють одне з одним тільки силами пружності та силами тяжіння, повна механічна енергія не змінюється.

Якщо в системі існує тертя, то повна механічна енергія із часом зменшується: частина механічної енергії перетворюється на внутрішню.

1. Наведіть приклади перетворення потенціальної енергії тіла на кінетичну та навпаки. 2. Сформулюйте закон збереження і перетворення механічної енергії. За яких умов він виконується? 3. Наведіть приклади, коли повна механічна енергія не зберігається. Чи порушується при цьому закон збереження і перетворення енергії?

ВПРАВА № 8 1.

Рис.

2. Шайба зісковзує з льодової гірки на асфальт і зупиняється. Які перетворення енергії при цьому відбуваються? Чи зберігається в цьому випадку повна механічна енергія?

3. Пружинний пістолет заряджають кулькою і стріляють угору. Які перетворення енергії при цьому відбуваються?

4. Тіло масою 400 г кидають угору, надаючи йому кінетичну енергію

8 Дж. На якій висоті кінетична енергія тіла зменшиться до 2 Дж?

Якою буде потенціальна енергія

тіла на цій висоті? Опором повітря

знехтуйте.

5. Ч и з берігатиметься повна меха нічна енергія системи, якщо хлопчик (див. рис. 1, б ) почне розгойдуватися? Якщо ні, то як і чому повна механічна енергія системи змінюватиметься?

6. Згадайте 5–6 ситуацій, де ви «зустрічались» із законом збереження і перетворення механічної енергії. Зробіть коротке повідомлення у вигляді коміксів (див., наприклад, рис. 2), відео або презентації.

Яблуко й горщик мають потенціальну енергію.

Потенціальна енергія яблука перетворюється на кінетичну.

Добре, що не впав горщик, адже його енергія більша.

Рис. 2

rnk.com.ua/

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Поміркуйте, чи зберігається повна механічна енергія системи, якщо зовнішні сили виконують:

• додатну роботу (наприклад, ви кинули м’яч);

• від’ємну роботу (наприклад, велосипед зупинився через дію сили тертя). Якщо ні, то збільшується чи зменшується механічна енергія? Звідки

береться (у разі її збільшення)

задачі можемо скористатися

і перетворення механічної енергії

закон збереження механічної енергії). Тіло починає рух, тому його початкова швидкість дорівнює нулю: v0 0 = .

Виконаємо рисунок, на якому зазначимо стан тіла на початку та в кінці спостереження. За нульовий рівень виберемо поверхню Землі.

Дано: m = 1

v0 0 =

Ek = 100

g = 10

Знайти: h ?

Пошук математичної моделі, розв’язання За законом

0 = (а дже v0 0 = ); Ek ≠ 0 (адже тіло

Emgh p 00 = . рухається);

Emgh p = . Отже:

отже, для розв’язання задачі можемо скористатися законом збереження механічної енергії. Рівень, з якого кидають тіло, візьмемо за нульовий. Пошук математичної моделі, розв’язання Виконаємо рисунок, на якому

Дано

 Задача 3. Учасник атракціону з банджіджампінгу здійснює стрибок з моста (див. рисунок). Якою є жорсткість гумового каната, до якого прив’язаний спортсмен, якщо під час падіння канат розтягнувся від 40 до 100 м? Маса спортсмена 72 кг, початкова швидкість його руху дорівнює нулю. Опором повітря знехтуйте.  Аналіз фізичної проблеми. Опором повітря

нехтуємо, тому для розв’язання задачі скористаємося законом збереження механічної енергії: на початку стрибка спортсмен має потенціальну енергію піднятого тіла, у найнижчій точці ця енергія перетворюється на потенціальну енергію деформованого каната.

Дано:

l0 40 = м l = 100 м m = 72 кг v0 = 0

g = 10 Н

Знайти: k ?

Виконаємо рисунок, на якому зазначимо стан спортсмена на початку

найнижче положення спортсмена (канат розтягнений максимально, швидкість руху спортсмена

Ek 0 0 = (оскільки v0 0 = ); Ek = 0 (оскільки v = 0 ); Emgh p 0 = , де hl

Відповідь: k = 40 Н/м.

ВПРАВА № 9

Виконуючи

3. Пружинний

угору. На яку висоту підніметься кулька, якщо пружину жорсткістю 180 Н/м було стиснуто на 4 см?

4. М’яч кинули вертикально вгору зі швидкістю 8 м/с. Визначте, на

5. Кульку кинули горизонтально з висоти 4 м

швидкість руху кульки в момент падіння на поверхню землі.

6. Вантаж масою 40 кг скинули

упав

3. Ви дізналися про механічну роботу, механічну

Механічна робота

AFl =

[А] = Дж = Н м Характеризує результат дії сили

здатність тіла

Ви навчилися розрізняти

Вважайте, що g = 10 Н/кг. Група результатів 1. Проводимо дослідження природи

1. (2 бали) Учень намагається визначити середню потужність, з якою він піднімає гантель. Які прилади йому для цього знадобляться? а) терези, лінійка, секундомір; в) лінійка, динамометр; б) динамометр, мензурка, годинник; г) рулетка, терези.

2. (3 бали) Установіть відповідність між простим механізмом, зображеним на рисунку (1–3), і метою його застосування (А–Г).

3. (2 бали)

4. (5 балів) Під час виконання лабораторної роботи автомобіль

рухався вниз (рис. 1), а після того, як учениця поступово додавала у відерце пісок, почав рухатися вгору.

а) (1 бал) Які прості механізми входять до складу пристрою?

б) (2 бали) Зобразіть сили, що діють на відерце й автомобіль у кожному випадку. в) (2 бали) Запишіть для кожного випадку формулу для визначення ККД пристрою.

Група результатів 2. Здійснюємо пошук та опрацьовуємо інформацію 5. (2 бали) За допомогою пристрою, зображеного на рис. 2, піднімають вантаж масою 48 кг, прикладаючи

6. (2 бали) Чи правильним є твердження:

7. (2 бали) Якщо використання

а) програш у відстані в 6 разів; в) програш у відстані в 36 разів; б) виграш у відстані в 6 разів; г) виграш у відстані в 36 разів.

8. (3 бали) Установіть відповідність між назвою пристрою (1–3) та простими механізмами (А–Д), що входять до його складу. Зверніть увагу: один пристрій може містити кілька простих механізмів. 1 Міксер 2 Ножиці 3 Тачка А Важіль Б Клин В Колесо Г Блок Д

9. (3 бали) За графіком залежності

сили, що діє на тіло, від шляху, який долає тіло під дією цієї сили (рис. 3), знайдіть роботу цієї сили: а) на перших 5 см шляху; б) на останніх 5 см шляху.

Група результатів 3. Усвідомлюємо закономірності природи

10. (1 бал) Якщо потужність механізму дорівнює 100 Вт, то цей механізм: а) за 100 с виконує роботу 1 Дж; в) за 1 с виконує роботу 0,01 Дж; б) за 10 с виконує роботу 10 Дж; г) за 1 с виконує роботу 100 Дж.

11. (2 бали) Яку роботу треба виконати, щоб витягти відро з водою з колодязя глибиною 12 м? Маса відра з водою становить 8 кг. а) 1,5 Дж; б) 15 Дж; в) 96 Дж; г) 960 Дж.

12. (2 бали) За який час двигун потужністю 100 Вт виконає роботу 2 кДж? а) 0,05 с; б) 20 с; в) 50 с; г) 200 с.

13. (2 бали) Кит, що пливе під водою зі швидкістю 18 км/год, розвиває потужність 150 кВт. Яка сила опору води?

14. (2 бали) Загальна маса двох

15. (3 бали) М’яч

ТЕМИ

ПОВІДОМЛЕНЬ

1. Важелі в живій природі.

2. Прості механізми навколо нас: історія і сучасність.

3. Прості механізми у винаходах Леонардо да Вінчі.

4. Історія відкриття закону збереження та перетворення енергії.

5. Видатний український учений-механік С. П. Тимошенко.

6. Використання енергії води й вітру.

7. Потужність і габарити найпотужніших двигунів автомобілів, суден, літаків і ракет.

8. Чи зміг би Архімед зрушити Землю?

9. Блоки та поліспасти на яхтах і вітрильниках.

10. Старовинні катапульти.

ТЕМИ

1. Визначення потужності, яку розвивають діти на уроках фізкультури.

2. Визначення ККД велосипеда під час нерівномірного руху.

3. Виготовлення поліспаста з підручних засобів і визначення його ККД.

4. Виготовлення пристрою, який працює на енергії падіння води. Оцінювання його ККД.

ТЕМИ НАВЧАЛЬНИХ ПРОЄКТІВ

1. Важелі в живій природі. Біомеханіка людини.

2. Використання енергії річок: від водяного колеса до гідротурбіни.

3. Вплив експлуатаційних характеристик велосипеда (тиск у шинах, змащування тощо) на його ККД.

4. Прості механізми в побутових пристроях та іграшках.

5. Визначення

Ви знаєте

температуру власного

тіла, а дізнаєтеся, яка

температура в каналі

блискавки

Ви знаєте, що

температура кипіння

води дорівнює

100 °С, а дізнаєтеся,

як змусити воду

закипіти за кімнатної

температури

ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ.

Зазвичай, коли холодно, ви

одягаєте теплі речі, а тепер

довідаєтеся, чи дійсно вони

гріють

rnk.com.ua/ 110483

ПИТАННЯ

температури.

Початкових уявлень про температуру

дотику. Характеризуючи, наприклад, тепловий стан

тіла, можна сказати, що воно крижане,

від дотику до цього тіла

Численні досліди показують: коли більш

нагріте тіло контактує з менш нагрітим, то

більш нагріте тіло охолоджується, а менш

нагріте — нагрівається. До того ж можуть

змінюватися й інші властивості тіл (наприклад, розмір). Натомість однаково нагріті тіла, контактуючи одне з одним, не змінюють своїх властивостей, і тоді кажуть, що ці тіла перебувають у стані теплової рівноваги (рис. 10.2).

Температура — це фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги системи тіл.

2. Який фізичний зміст температури?

Температура тіла тісно пов’язана зі швидкістю хаотичного руху частинок речовини, з яких складається тіло (атомів, молекул, йонів). Цей рух так і називають — тепловий.

Які частинки називають атомами, а які — молекулами?

Частинки речовини завжди рухаються,

отже, завжди мають кінетичну енергію. Чим швидше рухаються частинки, тим вища температура тіла.

Швидкість руху окремих частинок, а отже, їхня кінетична енергія безперервно змінюються. Проте в стані теплової рівноваги в усіх тілах системи середня кінетична енергія частинок (тобто кінетична

Отже, є об’єктивний чинник для визначення температури тіла це середня кінетична енергія його частинок.

3. Як правильно вимірювати температуру?

Прилади для вимірювання температури називають термометрами. Дія термометрів заснована на тому, що зі зміною температури тіла змінюються певні властивості цього тіла (рис. 10.3).

Розглянемо рідинний термометр, дія якого ґрунтується на розширенні рідини під час нагрівання (докладніше про це ви дізнаєтесь із § 11). Найпростіший рідинний термометр слугує,

приклад, для вимірювання температури повітря на вулиці.

складається з резервуара, наповненого рідиною (зазвичай спиртом), довгої тонкої трубки, у якій піднімається

Рис. 10.5. Побудова

Рис. 10.4. Будова рідинного термометра

рідина нагрівається, розширюється та піднімається по трубці. Чим вища температура повітря на вулиці, тим більшим є об’єм рідини й тим вищий стовпчик рідини в термометрі. Щоб за довжиною стовпчика рідини можна було визначати температуру, слід нанести шкалу, насамперед позначивши

ній так звані реперні точки, тобто точки, на яких ґрунтується температурна шкала. Вони мають бути пов’язані з якимись фізичними процесами, які відбуваються за незмінної температури

використовуваної шкали Цельсія за реперні точки

коли стовпчик рідини припинить рух, навпроти поверхні

рідини в стовпчику ставлять позначку 0 °С (рис. 10.5, а); 100 °С — температуру кипіння води за нормального

атмосферного тиску. Резервуар із трубкою майбутнього термометра занурюють у воду, що кипить, і положення стовпчика рідини позначають

сотій частині

. Під час виконання розрахунків фізики використовують саме шкалу Кельвіна. Температура, виміряна за шкалою Цельсія (t), пов’язана з температурою, виміряною за шкалою Кельвіна (T), співвідношенням: t = T – 273.

Зверніть увагу: термометр показує власну температуру, отже, вимірюючи температуру будьякого тіла, слід дочекатися стану теплової рівноваги між цим тілом і термометром.

Яким значенням температури

3. Наведіть два означення температури. 4. Чому хаотичний рух частинок речовини називають тепловим рухом? 5. Наведіть приклади різних термометрів. На чому ґрунтується їхня дія? 6. Опишіть принцип дії рідинного термометра. 7. Назвіть реперні точки шкали Цельсія.

ВПРАВА № 10

1. Наведіть приклади тіл у стані теплової рівноваги.

2. Згадайте будову й принцип дії рідинного термометра та поясніть, що більше розширюється під час нагрівання — скло чи рідина. 3. Чому розміри термометра мають бути невеликими порівняно з розмірами тіла, температуру якого вимірюють?

4. Скориставшись додатковими джерелами інформації, установіть відповідність між фізичним тілом (1–4) і його температурою (А–Е).

1 Морозиво 3 Пиріжок у духовці 2 Бенгальський вогонь 4 Поверхня Місяця вдень А

rnk.com.ua/ 110484

ваного явища.

мимовільну зміну об’єму порожньої пластикової пляшки, яку поклали

1. Як експериментально довести теплове розширення рідин і твердих тіл?

Нескладні досліди й численні спостереження переконують у тому, що зазвичай тверді тіла, рідини й гази під час нагрівання розширюються, а під час охолодження — стискаються. Для спостереження теплового розширення рідин наповнимо колбу підфарбованою водою та закоркуємо так, щоб частина рідини потрапила в скляну трубку, розміщену в корку (рис. 11.1, а). Зафіксуємо,

Спочатку рівень води в трубці трохи знизиться (рис. 11.1, б ). Це пояснюється тим, що спочат

ку нагрівається й розширюється колба, а вже

потім, нагріваючись, розширюється вода. За деякий час переконаємося, що в міру нагрівання колби та води в ній рівень рідини в трубці

помітно підвищується (рис. 11.1, в). Отже, рідина під час нагрівання розширюється. Теплове розширення твердих тіл можна

продемонструвати за допомогою пристрою, який винайшов нідерландський фізик Вільгельм Якоб Гравезанд (1688–1742). Пристрій являє собою металеву кульку, яка легко проходить крізь

пригнане до неї кільце (рис. 11.2, а). Нагріємо кульку в полум’ї спиртівки — нагріта кулька крізь кільце не проходитиме (рис. 11.2, б ). Після охолодження кулька знову легко пройде крізь кільце.

2. У чому причина збільшення

під час нагрівання?

Теплове розширення тіл пояснюється так. Зі збільшенням температури збільшується кінетична енергія частинок речовини, з яких скла

дається тіло. Середня відстань між частинками також збільшується, і, відповідно, збільшується об’єм тіла. І навпаки, зі зниженням температури тіла кінетична енергія частинок зменшу

ється, проміжки між частинками зменшуються теж і, відповідно, зменшується об’єм тіла.

3. Характеризуємо теплове розширення тіл

Під час нагрівання на

Поясніть принцип роботи рідинного термометра.

Пристрій Гравезанда: а — за кімнатної температури металева кулька проходить крізь кільце; б — у нагрітому стані металева кулька не проходить крізь кільце

Чи пройде кулька крізь кільце, якщо нагріти не кульку, а кільце?

неабияке значення для життя різноманітних водоростей,

температури в гірських районах викликають нерівномірні розширення та стискання гірських

порід — виникають тріщини, що спричиняють руйнування гір, а отже, зміну рельєфу.

Явище теплового розширення широко використовують у техніці та побуті. Так, для автоматичного вимикання та вмикання електричних пристроїв використовують біметалеві пластини. Дія таких пластин засно

вана на тому, що різні метали порізному розширюються під час нагрівання (рис. 11.4). Теплове розширення слід обов’язково брати до уваги під час будівництва мостів (див. заставку до § 11) і ліній електропередачі, прокладання труб опалення (рис. 11.5), укладання залізничних рейок, виготовлення залізобетонних конструкцій тощо.

Теплове розширення повітря допомагає рівномірно прогріти квартиру, остудити продукти

в холодильнику, провітрити помешкання (чому і як це відбувається, ви дізнаєтесь із § 14).

Причина теплового розширення: якщо температура речовини збільшується, то збільшується

1. Наведіть приклади на підтвердження того, що тверді тіла, рідини й гази розширюються під час нагрівання. 2. Опишіть досліди, які демонструють теплове розширення газів, рідин, твердих тіл. 3. У чому причина збільшення об’єму тіл під час нагрівання? 4. Які особливості теплового розширення води? 5. Наведіть приклади застосування теплового розширення в техніці, побуті.

ВПРАВА № 11

1. Виберіть усі правильні закінчення речення. Коли тіло охолоджується, то зменшується: а) швидкість руху його частинок; в) кількість частинок тіла; б) відстань між його частинками; г) розміри частинок тіла.

2. Як зміниться об’єм повітряної кульки, якщо її перенести з холодного приміщення в тепле? Поясніть свою відповідь.

3. Згадайте дослід зі сталевою кулькою (див. рис. 11.2). Як змінюються

середня швидкість руху частинок речовини, з якої складається кулька?

4. Уявіть, що термометр для вимірювання

rnk.com.ua/ 110485

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Уявіть, що

зимового вечора ви повернулися додому з довгої прогулянки. Як зігріти холодні долоні? Запропонуйте щонайменше два способи. Продемонструйте їх. Які фізичні величини

змінюються внаслідок застосування цих способів?

1. Яку енергію називають

внутрішньою?

Ми вже звертали увагу на те, що завдяки тепловому руху кожна частинка речовини завжди має кінетичну енергію (рис. 12.1).

Окрім кінетичної енергії, частинки речовини мають і потенціальну

енергію, оскільки вони взаємодіють одна з одною — притягуються та відштовхуються.

Суму кінетичних енергій теплового руху частинок, із

2. Коли внутрішня енергія тіла змінюється?

Мірою середньої кінетичної енергії руху частинок речовини, з яких складається тіло, є температура. Зі зміною температури змінюється сумарна кінетична енергія всіх частинок, а отже, змінюється внутрішня

тіла.

того,

тіло розширюється або стискається. При цьому змінюється відстань

частинками

і, як наслідок, змінюється потенціальна енергія їхньої взаємодії.

(рис. 12.2). Наприклад, під час плавлення речовини її внутрішня енергія збільшується, а під час кристалізації — зменшується (рис. 12.3). Докладніше про це ви дізнаєтеся далі із цього розділу (§ 19–22).

3. Що називають теплопередачею? Згадаймо деякі приклади із життя: якщо вимкнути з розетки гарячу

Для кількісної характеристики теплопередачі використовують поняття кількість

теплоти.

Кількість теплоти — це фізична величина, що дорівнює енергії, яку тіло одержує або віддає під час теплопередачі.

Кількість теплоти позначають сим

волом Q. Одиниця кількості теплоти

в СІ — д жоуль (Дж)*: [Q] = Дж.

Кількість теплоти, як і механічна робота, може бути додатною або від’ємною. У випадках, коли тіло одержує енергію, кількість отриманої ним теплоти вважають додатною; коли тіло віддає енергію, кількість втраченої ним теплоти вважають від’ємною. Досліди свідчать: теплопередача є можливою лише в разі наявності різниці температур, причому самовільно тепло може передаватися

тіла з більшою температурою

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: шматок чистої гумової стрічки або клаптик медичної рукавички (повітряної кульки).

Прикладіть стрічку в нерозтягнутому стані до верхньої губи. Запам’ятайте свої відчуття. Віддаливши стрічку від губи, розтягніть її кілька разів (що більше, то краще). І знову прикладіть до верхньої губи. Порівняйте відчуття. Поясніть результат дослідження. Установіть поріг чутливості природного датчика температури: з’ясуйте,

роботу сил тертя

так і деталі, яку обробляють (рис. 12.6). А як змінюється внутрішня

здається висновок: внутрішня енергія тіла має зменшитися, якщо це тіло виконуватиме роботу. Виявилося,

та «віддає» його, нагріваючи оселю. Продовжуючи рух, пара знову повертається до рідкого стану. Цикл повторюється, доки температура в камері холодильника не сягає

розповсюджені пристрої, які

9 Якщо над тілом

5. У які способи

7. Що таке кількість теплоти? Назвіть одиницю

теплоти. 8. Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла внаслідок виконання роботи. 9. Як змінюється внутрішня

1. Чому кнопки

по черзі?

Частинки

рівноваги; рух вільних електронів нагадує рух

Коли кінець мідного стрижня поміщають у полум’я пальника, ця частина стрижня розігрівається. Швидкість

полум’ї, збільшується. Ці частинки взаємодіють із сусідніми частинками та «розгойдують» їх. У результаті підвищується температура наступної частини стрижня

2. Чому в мороз у пуховику тепло?

Досліди показали, що найкращими провід

никами тепла є метали. Деревина, скло, чимало

видів пластмас проводять тепло значно гірше, саме тому ми можемо, наприклад, тримати запалений сірник доти, доки полум’я не торкнеться пальців (рис. 13.1, а).

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: 2 ложки, виготовлені з різних матеріалів (сталі або срібла, кераміки або пластику) приблизно однакового розміру; порцелянова чашка з гарячою водою.

Одночасно помістіть ложки в чашку з гарячою водою так, щоб вони щонайменше на 3–4 см виступали над поверхнею води. Почекайте орієнтовно 30 с і візьміться за кінці ложок. Прокоментуйте свої відчуття.

Також погано проводять тепло рідини (винятком

є розплавлені метали). Проведемо дослід. Покладе

мо на дно пробірки з холодною водою шматочок льо

ду; щоб лід не спливав, притиснемо його важком (рис. 13.1, б ). Нагріватимемо на спиртівці верхній шар води. За певний час вода поблизу поверхні закипить, а лід унизу пробірки ще не розтане.

Ще гірше за рідину проводять тепло гази. І це

легко пояснити. Відстань між молекулами газів набагато більша за відстань між молекулами рідин і між молекулами твердих тіл. Отже, зіткнення

частинок відбуваються рідше й енергія передається

повільніше.

Торкніться

спочатку

будьякого

металевого

предмета,

а потім —

дерев’яного.

Який предмет

на дотик здається вам холоднішим?

Температура якого

предмета вища?

Рис. 13.1. Досліди, які ілюструють низьку теплопровідність деревини (а) та води (б) б

НАСПРАВДІ?

попередив щодо подорожі влітку країнами Центральної Азії: треба бути обережними, літо дуже спекотне, температура може сягати 50 °С.

Допис був проілюстрований фото людини в товстому халаті з утепленням і в товстому капелюсі. Деякі читачі й читачки були здивовані: може, автор помилився й розмістив фото з іншої подорожі? А як насправді?

3. Чому комахи взимку закопуються глибоко

Ви, напевно, знаєте, що деякі тварини навесні та восени линяють. Навесні хутро тварин стає коротшим і менш густим, восени ж, навпаки, — довшає та густішає. Вовна, хутро, пух погано проводять тепло

rnk.com.ua/ 110487

§ 14. КОНВЕКЦІЯ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Чи доводилося вам тримати долоню над увімкненими електроплитою або обігрівачем? над багаттям або свічкою? Що ви відчували? Висуньте гіпотезу щодо причин спостережуваного явища. Де це явище застосовують?

1. Як рідини і гази проводять тепло? Коли ми тримаємо

справу ще з одним видом теплопередачі — конвекцією.

Конвекція — це вид теплопередачі, який здійснюється шляхом перенесення енергії потоками рідини або газу.

Конвекційні потоки гарячого повітря, що підіймаються від полум’я свічки, навіть можуть обертати легку вертушку (рис. 14.1).

Конвекція може відбуватися не тільки в газах, а й у рідинах.

Щоб переконатися в цьому, наповнимо круглодонну колбу на три чверті водою та закріпимо її в

Рис. 14.2.

Дослід, який

демонструє конвекцію в рідині. Теплі забарвлені струминки води піднімаються, а холодні —

опускаються

Рис. 14.3.

На будьякий

невеликий об’єм

рідини діють

сила тяжіння та

виштовхувальна (архімедова)

сила

Рис. 14.4.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: свічка; сірники.

Запаліть свічку й дослідіть напрямок конвекційних потоків уздовж відчинених дверей. Поясніть результати спостереження. Нагадуємо про обережне поводження з вогнем!

3. Чому пічнику треба знати фізику?

З курсу географії вам відомо, що одним із чинників, які впливають на клімат Землі, є вітри. А чи знаєте ви, що однією з основних причин появи вітрів на планеті є конвекція?

Розглянемо, наприклад, як утворюється

бриз — вітер, що виникає поблизу берега моря чи великого озера. Удень суходіл прогрівається швидше за воду, тому температура повітря над суходолом вища, ніж над поверхнею води. Повітря над суходолом розширюється, його густина зменшується, і повітря підіймається. У результаті тиск над суходолом падає і холодне повітря з водойми починає низом переміщуватися до суходолу — виникає денний (морський) бриз (рис. 14.5, а).

Поясніть, як утворюється нічний (береговий) бриз (рис. 14.5, б ).

Через нерівномірне нагрівання води виникають постійні течії в морях і океанах. Океанські течії, як і вітри, відіграють значну роль у формуванні клімату на нашій планеті. З конвекцією ми часто маємо справу й у повсякденному житті. Наприклад, унаслідок

4. Назвіть причини

5. Чи можлива конвекція в речовинах, які перебувають у твердому стані?

4. Де краще розмістити

поряд із ним? Відповідь аргументуйте.

5. Розгляньте рисунок. А тепер уявіть заповнену водою посудину, висота якої

чашки. З якими труднощами ви зіткнетеся, якщо, використовуючи той самий

rnk.com.ua/ 110488

Землю, адже між цими космічними об’єктами майже 150 млн км суцільної порожнечі? Чи можуть теплопровідність і конвекція забезпечити цей процес?

1. Що краще захищає від жару багаття?

Якщо розміститися біля багаття, можна відчути, що обличчя та інші ділянки тіла нагріваються. Це означає, що від вогню передається певна кількість теплоти. А як передається ця енергія?

Ми спостерігаємо, що язики полум’я підіймаються, отже, туди ж рухається й тепле повітря. Звідси перший висновок: стоячи біля вогню, ми отримуємо енергію не завдяки конвекції. Зробимо припущення: можливо, енергія передається завдяки теплопровідності.

Робимо другий висновок: тепло від

відкритого вогню передається не лише завдяки теплопровідності. Отже, ми маємо

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: свічка; запальничка; аркуш картону (або шматок іншого непрозорого матеріалу); пластиковий прозорий файл (або шматок іншого прозорого матеріалу).

Запаліть свічку та піднесіть долоню до полум’я збоку. Опишіть ваші відчуття.

Помістіть між долонею і полум’ям спо

чатку непрозорий аркуш картону, а потім прозорий файл. Щоразу уважно стежте за тим, що відчуваєте. Зробіть висновок щодо спостережуваних явищ.

Будьте обережні з вогнем! Тримайте аркуш, файл або шматок матеріалу на відстані не менше ніж 5–7 см від полум’я.

2. Які особливості має теплове випромінювання? Усі тіла (або частини одного тіла) за

нюються енергією завдяки випромінюванню. Тобто будь-яке тіло* водночас і випромінює, і поглинає тепло. Якщо температура тіла більша за температуру тіл навколо, то воно випромінює більше енергії, ніж поглинає. Якщо ж тіло холодніше

тіл, то

яку воно поглинає, буде більшою, ніж енергія, яку воно випромінює.

Поміркуйте і сформулюйте гіпотезу щодо фізичної причини, яка спонукає людей носити в літню спеку

Щоб перевірити ваши гіпотези, скористаємося теплоприймачем (рис. 15.2), який сполучимо

(рис. 15.3, а), а

Рис. 15.2.

За допомогою схожих

випромінюють.

від

Рис. 15.3.

Зауважимо, що випромінювання

Сонця на Землі»

Випромінювання — це вид теплопередачі, у ході якого енергія передається за допомогою електромагнітних

1. Чому енергія від Сонця до Землі не може передаватися завдяки конвекції та теплопровідності? 2. Що таке випромінювання? 3. Тіла якого кольору краще поглинають тепло? Опишіть дослід на підтвердження вашої відповіді. 4. Чи існують умови, за яких тіло не випромінює і не поглинає енергію? 5. Що відбувається з температурою тіла, коли це тіло випромінює енергії більше, ніж поглинає?

ВПРАВА № 15

1. Чому опалювальні батареї краще фарбувати в темний колір?

2. У який колір краще фарбувати фургони рефрижераторів?

3. Чому навесні забруднений сніг тане швидше, ніж чистий?

4. Узимку в неопалюваному приміщенні, вікна якого «дивляться» на південь, досить тепло. Коли таке може бути? Чому?

5. Ви вирішили випити чаю і

ввімкнули електричний чайник. Зазначте, який із видів теплопередачі є визначальним для нагрівання: а) чайника; б) води в чайнику; в) повітря над чайником; г) чашки, розташованої поряд із гарячим чайником.

6. Заповніть таблицю*: позначте відповідну комірку, якщо в зазначеному середовищі може відбуватися певний вид теплопередачі: Т — теплопровідність, К — конвекція, В — випромінювання.

7. Для чого між стінками колби в термосах відкачують повітря, а поверхню колби роблять дзеркальною?

Вакуум

Залізо

8. Атмосфера Землі прозора, тому сонячні промені проходять крізь атмосферу, майже

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Уявіть, що вам потрібно нагріти дві рідини масами 300 і 200 г до 100 °С . Ви налили ці рідини в однакові посудини та поставили на однакові нагрівники. Поміркуйте, яка рідина нагріється швидше. Не кваптеся з висновком!

1. Від чого залежить кількість теплоти, що необхідна для нагрівання?

rnk.com.ua/

Обмірковуючи питання для обговорення, дехто з вас не мав сумнівів, що рідина масою 200 г нагріється швидше. І ця відповідь,

правильна, а можливо — ні. З’ясуймо.

Є очевидним: якщо рідина та сама (наприклад, вода) і її початкова температура

то для нагрівання рідини більшої маси потрібно більше часу. Це означає, що кількість теплоти, необхідна для нагрівання, збільшується зі збільшенням маси речовини. Проте ми не знаємо, про які рідини йдеться, і тому не можемо точно відповісти, яка з них нагріється швидше. Адже кількість теплоти, яку необхідно передати речовині для певної зміни її температури, залежить від того, яка це речовина. У цьому легко переконатися за допомогою досліду (див., наприклад, рис. 16.1).

16. Питома теплоємність

Це твердження записують формулою: Qcmt =∆ ,

де Q — кількість теплоти; m — маса речовини; ∆tt t =−—21зміна температури; c — коефіцієнт пропорційності, який має назву питома теплоємність речовини.

2. Що характеризує питома теплоємність речовини?

Питома теплоємність речовини — це фізична величина, що характеризує речовину і чисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати речовині

Питому теплоємність позначають символом с і визначають за формулою: c Q mt

мої теплоємності — джоуль на кілограм-градус Цельсія*: c [] = ° Дж кгС· .

Питомі теплоємності різних речовин можуть суттєво різнитися. Розглянемо кілька прикладів.

Питома

Рис. 16.1. Якщо нагрівати воду й олію однакової маси,

швидше, а отже, одержить меншу кількість теплоти

2 кг заліза на 2 °С?

нашій планеті, яка на 70,8 % укрита водою. Повільно нагріваючись, ця вода поглинає значну кількість теплоти, а остигаючи, віддає її. Саме тому в місцях, розташованих

а зима — морозною. А тепер уявіть, яким був би клімат на

3. Учимося розв’язувати задачі

rnk.com.ua/ 111183

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Мабуть, ніхто не відмовиться від ковтка чаю, повернувшись додому в холодний день. І напевно всі знають: щойно заварений чай є дуже гарячим. Опишіть щонайменше три способи швидкого охолодження занадто гарячого напою.

1. На якому законі ґрунтується

Закон збереження і перетворення

закон, який справджується

одні тіла системи, стільки

якимось тілом цієї системи. Тоді закон збереження енергії

записати у вигляді рівняння, яке називають рівнянням теплового

2. Учимося розв’язувати задачі Розв’язуючи задачі

Дано:

Знайти: m1 — ?

4. Латунна

69 ° С. У результаті вода нагрілася до температури

срібла.

5. Придумайте 1–2 задачі на складання рівняння теплового балансу та розв’яжіть їх. Умови задач, розв'язання й відповідні ілюстрації оформте на окремому аркуші.

Ключові терміни

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Тема. Вивчення теплового балансу за умови змішування води різної температури.

Мета: визначити кількість теплоти, віддану гарячою водою, і кількість теплоти, одержану холодною водою, у результаті змішування води різної температури; порівняти результати.

Обладнання: мірний циліндр; термометр; калориметр; склянка

ною водою; склянка з гарячою водою; паперові серветки; мішалка.

Теоретичні відомості

Підготовка до експерименту

1. Ознайомтесь із будовою калориметра.

2. Згадайте, у чому полягає стан теплової рівноваги.

3. Визначте ціну поділки шкал вимірювальних приладів.

Експеримент Дотримуйтесь інструкції з безпеки.

Результати вимірювань і обчислень відразу заносьте до таблиці.

1. Налийте в мірний циліндр 60–80 мл холодної води. Визначте її об’єм (V1) і виміряйте її температуру ( t1 ).

2. Налийте в калориметр гарячої води (1/3 внутрішньої посудини

лориметра) і виміряйте її температуру ( t2 ).

3. Не виймаючи з калориметра термометр, із мірного циліндра вилийте в калориметр холодну воду. Обережно перемішуючи суміш мішалкою, стежте за показами термометра. Щойно змінення температури стане непомітним, запишіть температуру суміші (t).

4. Обережно вийміть термометр із води, осушіть паперовою серветкою та покладіть у футляр.

5. Перелийте всю воду з калориметра в мірний циліндр, виміряйте загальний об’єм V води.

Опрацювання результатів експерименту

1. Визначте масу m1 холодної води за формулою: mV 11 =ρ води . За формулою Qc mt t 11 1 =−() води

кількість теплоти Q1, одержану холодною водою.

2. Визначте об’єм V2 гарячої води за формулою: VV V 21 =− . Визначте масу m2 гарячої води за формулою: mV 22 =ρ води .

За формулою Qc mt t 22 2 =−() води обчисліть кількість теплоти Q2, віддану гарячою водою. Температура води, °С

Тема. Визначення питомої теплоємності речовини.

Мета: визначити питому теплоємність речовини у твердому стані.

Обладнання: м ірний циліндр; терези з важ ками; термометр; калориметр; металеве тіло з ниткою; склянка з во

дою кімнатної температури; паперові серветки; мішалка; електричний чайник з водою, що кипить (один на клас).

Теоретичні відомості Для визначення питомої теплоємності речовини у твердому стані можна скористатися таким методом. Тіло нагрівають в окропі, а потім опускають у калориметр із холодною

Відбувається теплообмін, у якому беруть участь

тіла: тверде тіло (воно віддає енергію), вода, калориметр і термометр (вони одержують енергію). Оскільки термометр і калориметр порівняно з водою одержують незначну кількість теплоти, можемо вважати, що кількість теплоти, віддана твердим тілом, дорівнює

но змінення температури стане

(тобто встановиться теплова рівновага), запишіть показ термометра — кінцеву температуру води та тіла (t).

5. Вийміть термометр із води, осушіть

покладіть у футляр.

паперовою серветкою

6. Вийміть металеве тіло з води, осушіть його паперовою серветкою та зважте (mтіла).

Опрацювання результатів експерименту

1. Визначте масу води в калориметрі mV

лень занесіть до таблиці.

2. Поміркуйте та заповніть стовпчики

3. Скориставшись

rnk.com.ua/

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Покладіть на долоню маленький шматочок льоду або грудку снігу. Почекайте хвилину. Що відбувається з льодом? Якщо долоню не витирати, то згодом вода з долоні зникне. Куди вона подінеться? Чи відбуваються якісь зміни у складі молекул під час процесів, які ви спостерігаєте?

1. Які існують агрегатні стани речовини? Чи доводилося вам бачити морозним

Навколо лежить сніг, завмерли дерева,

води: твердий і рідкий. А іній на деревах з’явився тому,

водяної пари, яка, кристалізуючись,

пара — це третій

Наведемо ще приклад. Ви, напевно, знаєте, що

термометр із ртуттю. Ртуть, випаровуючись, утворює дуже отруйну пару. А от за температури, нижчої від –39 °С, ртуть є твердим металом. Отже, ртуть, як і вода, може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому, газоподібному. Та сама речовина і у твердому, і в рідкому, і в

складається з однакових молекул.

ж різняться фізичні властивості речовин у різних агрегатних станах?

2. Чому тверді тіла не розсипаються

на окремі молекули?

Розгляньте тверді тіла, зображені на рис. 18.1. Чим вони

відрізняються? Які спільні риси притаманні всім цим тілам?

Чому ж тверді тіла зберігають об’єм

і форму?

Поперше, частинки (молекули, атоми, йони) твердих тіл розташовані в по -

ложеннях рівноваги. У цих положеннях сила притягання та сила відштовхування між частинками дорівнюють одна одній. У разі спроби збільшити або зменшити

відстань між частинками (збільшити або зменшити розмір тіла) виникає міжмолекулярне притягання

Подруге, частинки твердих тіл

тично не пересуваються — вони

рівноваги. У ході вивчення будови твердих тіл з’ясовано, що частинки більшості речовин

у твердому стані розташовані в чітко визна

ченому порядку, тобто, як кажуть фізики, утворюють кристалічні ґратки. Такі речо

вини називають кристалічними. Прикладами кристалічних речовин можуть бути алмаз, графіт, лід, сіль, метали тощо.

Порядок розташування частинок у кри

сталічній ґратці речовини визначає фізичні властивості речовини. Так, алмаз і

Рис. 18.1. Незважаючи

речовин (скло, віск, смола, бурштин тощо), частинки

безладно (див. рис. 18.4, б ). Такі речовини називають

Рис. 18.3. У рідкому стані речовина зберігає свій об’єм, але набуває форми тієї посудини, у якій міститься

Рис. 18.4. Характер розташування частинок: а — у твер

дих кристалічних речовинах; б — у рідинах і аморфних речовинах (частинки загалом розташовані хаотично, однак у невеликому об’ємі речовини зберігається деяка

взаємна орієнтація сусідніх частинок — існує ближній

порядок)

тощо.

3. Чому рідини плинні? Рідина змінює форму, набуваючи форми

посудини, у якій міститься, зберігає

(рис. 18.3) і є практично нестисливою. Ці властивості рідин пояснюються так. Як і у твердих тілах, частинки

(рис. 18.4). Таке щільне

стиснути. Згадайте про сили міжмолекулярного

поясніть останнє твердження самостійно.

частинка рідини протягом певного часу (порядку 10–11 с) здійснює рух, подібний до коливального, не віддаляючись при цьому від своїх «сусідів»; потім вона виривається зі свого оточення та, перескочивши в інше місце, знову деякий час коливається

Що знадобиться: чашка (або інша невелика посудина); вода; крохмаль; міцна мішалка; серветки. Наповніть чашку на чверть водою. Поступово додаючи крохмаль і повільно перемішуючи суміш мішалкою, досягніть того, щоб утворилася густа однорідна рідина. Ударте по поверхні рідини пальцем, а потім повільно опустіть палець у рідину. Поясніть результат. Налийте невелику кількість рідини на долоню. Швидкими рухами зліпіть кульку. Припиніть рухи. Що ви спостерігаєте?

У багатьох рідин — їх називають ньютонівськими — в’язкість не залежить від сили, що діє на рідину. Що сильніше ми діятимемо на таку рідину, то швидше вона буде текти й змінювати свою форму. Наприклад, вода — це ньютонівська рідина. Але існує низка рідин, в’язкість яких суттєво залежить від сили, що діє на рідину. Такі рідини називають неньютонівськими. Є неньютонівські рідини, в’язкість яких збільшується зі збільшенням сили. Що сильніше діяти на таку рідину, то важче зсунути шари рідини один відносно одного. Під час досить сильної дії ця рідина ніби перетворюється на тверде тіло. Якщо неньютонівською рідиною наповнити невеликий басейн, то можна швидко пробігти по поверхні рідини, а якщо рухатися повільно — обов’язково зануритеся. Хиткі піски, матеріали, з яких роблять слайми, — це приклади неньютонівських рідин (рис. 18.5).

5. Чому газ займає весь наданий об’єм?

Слово «газ» походить від грецького «хаос», «безлад». І справді, для газоподібного стану речовини характерний

Приблизна траєкторія руху частинки

Щоб зрозуміти, як рухаються молекули та атоми газу, уявімо рух однієї частинки. Ось вона рухається, зіштовхується з іншою частинкою, змінює напрямок і швидкість свого руху й летить далі, до наступного удару (рис. 18.6). Кожна частинка, що міститься в повітрі, наприклад, класної кімнати, зіштовхується з іншими та змінює швидкість свого руху кілька мільярдів разів за секунду.

6. Що таке наноматеріали? Згідно з тлумачним словником, матеріали — це предмети, речовини, що йдуть на виготовлення різноманітних виробів; сировина. Префікс нано (з грецької «гном, карлик») використовується для запису частинних одиниць СІ й означає «одна мільярдна». Відповідно об’єкти, у яких хоча б один із лінійних розмірів не перевищує 100 нанометрів, називають нанооб’єктами (рис. 18.7). Отже,

7. Які особливості нанооб’єктів визначають їхнє застосування?

На відміну від звичайних об’єктів, які складаються з величезної кількості частинок (атомів, молекул, йонів), нанооб’єкти можуть складатися лише з кількох десятків частинок. Саме тому вони мають малі розміри. Це дозволяє розмістити на неве

ликій площі велику кількість нанооб’єктів, що є дуже важливим, наприклад, для

наноелектроніки та запису інформації. Нанооб’єкти можуть проникати в будьякі

ділянки тіла людини або частини машини, тому їх, зокрема, можна використовувати в медицині для доправлення ліків у певні частини організму (рис. 18.8, 18.9).

Окрім того, нанооб’єкти мають величезну частку атомів, розміщених на поверхні. Завдяки цьому в декілька разів прискорюється взаємодія нанооб’єкта та

середовища, в яке він поміщений. Приміром, наночастинки діоксиду титану можуть розкладати воду на водень і кисень

під дією звичайного сонячного світла, нанопористі речовини ефективно поглинають домішки й токсини, а взуття, вкрите гідрофобним нанопорошком, не боїться

забруднення та намокання, бо відштовхує всі рідини.

Важливою особливістю нанооб’єктів є відсутність дефектів, тому, наприклад, нанотрубки (рис. 18.10) у десятки разів

міцніші за сталь і приблизно в чотири

Рис. 18.8. Наночастинки мезопористого кремнезему, які містять

Рис. 18.9. Тривимірне зображення того, як наночастинки, що містять протипухлинний препарат, оточують ракову клітину та вбивають пухлину

ТВЕРДИЙ

Частинки

Частинки коливаються біля своїх положень рівноваги, час від часу перестрибуючи.

ГАЗОПОДІБНИЙ

Частинки рухаються в довільних напрямках від зіткнення до зіткнення з іншими частинками.

Четвертий агрегатний стан — ПЛАЗМА — частково

ВПРАВА № 18

1. Виберіть правильне закінчення речення.

Якщо перелити рідину з однієї посудини в іншу, рідина... а) змінить і форму, і об’єм; б) збереже і форму, і об’єм; в) збереже об’єм, але змінить форму; г) збереже форму, але змінить об’єм.

2. Вода випарувалась і перетворилася на пару. Чи змінилися при цьому молекули води? Як змінилися розташування молекул і характер їхнього руху?

3. Чи може газ заповнити банку наполовину?

4. Чи можна стверджувати, що в закритій посудині, яка частково заповнена водою, над поверхнею рідини води немає?

5. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про нанороботів та галузі їх майбутнього застосування. Підготуйте презентацію або коротке повідомлення.

динами. Використовуючи

rnk.com.ua/ 111184

Температура плавлення

Отже, тверда речовина в разі досягнення певної температури перетворюється

рідину. Так само за певних умов

(кристалізуються) рідини (рис. 19.1).

Кристалізація — це процес переходу речовини з рідкого

сталічний.

Вимірюючи температуру речовин під час їх охолодження та подальшої кристалізації, доходимо таких висновків:

1) кристалізація починається тільки після охолодження рідини до певної власної для цієї рідини температури;

2) під час кристалізації температура речовини не змінюється;

3) температура кристалізації речовини дорівнює температурі її плавлення.

Температура плавлення (кристалізації) — це характеристика речовини, тому її визначають експериментально й заносять у таблиці (див. табл. 2 Додатка).

2) Чому в цій таблиці немає аморфних речовин?

ра льоду становила –40 °С.

льоду збільшується, тобто збільшується кінетична енергія коливального руху молекул у вузлах кристалічної ґратки льоду. Ділянка BС. Після досягнення температури 0 ° С (точка B) лід починає плавитися, а його температура не змінюється незважаючи на те, що нагрівник продовжує працювати. Уся енергія, що надходить від нагрівника, йде на руйнування кристалічної ґратки

інтервал часу внутрішня

Ділянка СD. Після того як весь лід перетворився на воду (точка С), температура води зростає, тобто зростає кінетична енергія молекул.

Ділянка DE. Воду помістили в холодильник (точка D), і її температура почала знижуватися. Зниження температури свідчить про те, що кінетична енергія, а

Ділянка EF. Коли досягнуто температури кристалізації 0 ° С (точка E

вже не перестрибують із місця на місце й поступово

совані положення. Вода переходить

енергією — повністю перетворюється на лід (точка F ).

Ділянка FK. Під час подальшої

рилося навіть тонесенького шару льоду. Що не так? — Не розумію, вода мала б замерзнути, — здивувалась Оленка. — Може, твій термометр неправильний?

— А я розумію! — приєднався до розмови Данило. — Вода не замерзла, тому що не могла віддавати енергію після того, як охолонула до температури повітря навколо. Хто, на вашу думку, має рацію?

3. Чому не тане сніг, коли на вулиці 0 °С?

Якщо помістити сніг, узятий за від’ємної температури, у холодильну камеру, температура в якій дорівнює 0

що.

Як і в

(див. п. 1), температура снігу спочатку збільшуватиметься. Адже температура

температуру снігу, тому

енергію, зокрема

Температура t

речовини не змінюється.

9 Температура плавлення речовини дорівнює температурі її кристалізації.

9 Під час плавлення речовина має

отримувати енергію, а під час кристалізації — віддавати.

1. Який процес називають плавленням? кристалізацією? 2.

змінюються температура і внутрішня енергія речовини в процесі плавлення? кристалізації? 3. Опишіть процеси, які відбуваються під час плавлення льоду та кристалізації води.

ВПРАВА № 19

1. Чому нитку розжарення електричної лампи виготовляють із вольфраму?

2. На рис. 1 наведено графік плавлення та кристалізації деякої речовини. Якому стану речовини відповідають точки A, B, C і D графіка?

3. На рис. 2 подано графіки плавлення деяких речовин.

ратуру плавлення?

ПИТАННЯ

теплоти.

rnk.com.ua/ 111185

плавлення? Вивчення процесів плавлення та кристалізації показало, що

кість теплоти, яку необхідно витратити на плавлення

даної речовини, дорівнює кількості теплоти, що

кристалізації цієї речовини (рис. 20.1).

Наслідком якого фундаментального закону природи є це твердження?

А чи однакову кількість теплоти необхідно витратити на плавлення різних речовин однакової маси? Логічно

пустити, що різну: сили взаємодії між частинками різних речовин є різними, а отже,

Питома теплота плавлення — фізична

величина, що характеризує криста

лічну речовину й дорівнює кількості

теплоти, яку необхідно передати 1 кг

цієї речовини, взятої у твердому стані, щоб за температури плавлення повні

стю перетворити її на рідину.

Питому теплоту плавлення позначають символом λ («лямбда»), визначають дослідним шляхом і фіксують у таблицях (див. табл. 3 Додатка).

Із формули для визначення питомої

що перебуває за температури плавлення (0 °С), необхідно передати йому 332 кілоджоулі теплоти. Та сама

теплоти (332 кДж)

кристалізації 1 кг води. Тобто за температури 0 °С внутрішня енергія 1

води більша за внутрішню енергію 1

l — питома теплота плавлення, Дж/кг Q — кількість теплоти, яка необхідна для плавлення або виділяється під час кристалізації, Дж m — маса речовини, кг

Що означає твердження: «Питома теплота плавлення сталі становить 84 кДж кг »? Q m

на 332 кДж. Щоб обчислити кількість теплоти, яка необхідна

лише в теплому повітрі, — приєдналася Софія, — а ще в тому, що циклон приносить хмари, які, наче ковдра, вкутують землю.

— А я вважаю, що Тарас пожартував! — усміх

нулася Вероніка. — Коли йде сніг, стає, навпаки, холодніше, адже відбувається кристалізація водяної пари. А під час кристалізації поглинається величезна кількість теплоти. Хто з дівчат, на вашу думку, помиляється?

2. Учимося розв’язувати задачі 

ператури плавлення, та кількості теплоти Q2 , необхідної для плавлення. Температуру t2 плавлення, питому теплоємність c і питому теплоту плавлення l свинцю знайдемо в табл. 1–3 Додатка.

Пошук математичної моделі, розв’язання

QQ Q =+12 ; (1)

Qcmt t 12 1 =− ( ) — нагрівання; (2)

Qm 2 =λ — плавлення. (3)

Підставивши формули (2) і (3) у формулу (1), остаточно отримаємо: Qcmt tm =− ( ) + 21 λ .

Перевіримо одиницю, знайдемо значення шуканої

час кристалізації

сталі та подальшого її охолодження до 0 °С? Початкова температура сталі дорівнює 1400 °С.

4. Яка кількість теплоти потрібна для перетворення 25 г льоду, узятого за температури –15 °С, на

за температури 10 °С?

5. У воду поклали лід, маса якого дорівнює масі води. Після

6. На рисунку зображено графіки

залежності

Теоретичні відомості

речовин, що мають низьку температуру плавлення) зручно застосовувати такий метод. У калориметр, який містить відому

tпл С 0 . Відбувається теплообмін,

термометр.

Тепла вода віддає тепло та охолоджується до

1. Уважно прочитайте

4. Обережно перемішуючи воду мішалкою,

ператури. Щойно весь лід розтане,

кінцеву температуру води (t).

5. Вийміть термометр із води, осушіть

покладіть у футляр.

6. Перелийте воду з калориметра

в мірний циліндр і виміряйте за

гальний об’єм води (V ).

Опрацювання результатів експерименту Результати обчислень відразу заносьте до таблиці.

1. Визначте початкову масу води в калориметрі (mводи), подайте її в кілограмах.

2. Визначте кінцеву масу води в калориметрі (m), подайте її в кілограмах.

3. Визначте масу талої води в калориметрі, а отже, масу льоду: mm m льодуводи =− .

4. Скориставшись формулою (*), визначте питому теплоту плавлення льоду.

Об’єм, см3

Температура, °С Маса, кг Питома теплоємність води cводи Дж кг С , Питома теплота

Аналіз результатів експерименту Проаналізуйте експеримент і його результати. Сформулюйте висновок, у якому: а)

1. Дайте

§ 21. ВИПАРОВУВАННЯ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Поміркуйте, чому, виходячи з річки спекотного літнього дня, ми відчуваємо прохолоду. Куди зникають калюжі після дощу? Для чого в спеку собака висовує язика? Чому, якщо хочемо остудити руки, ми на них дмемо, а якщо хочемо зігріти, то дихаємо?

1. Куди зникають калюжі?

Будьяка

в інший.

тверднути чи перетворитися на газ.

Процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний називають паро -

утворенням.

Існує два способи пароутворення: випаровування та кипіння. Почнемо з процесу випаровування. Якщо розлити воду, то за якийсь час калюжа зникне; вологі речі

таке сублімація? Ви, напевно, помічали, що під час сильних морозів кудись

Річ у тім, що процес пароутворення здійснюється

2. Чому і як випаровується рідина?

Розглянемо процес випаровування з погляду молекулярнокінетичної теорії. Молекули рідини безперервно рухаються, постійно змінюючи як значення, так і напрямок швидкості свого руху. Серед молекул поверхневого шару рідини завжди є такі, що «намагаються» вилетіти з рідини. Ті з них, що в певну мить рухаються повільно, не зможуть подолати притягання сусідніх молекул і залишаться в рідині. Якщо ж

поблизу поверхні опиниться «швидка» молекула, то її кінетичної енергії буде достатньо, щоб виконати роботу проти сил міжмолекулярного

притягання і вилетіти за межі рідини (рис. 21.1).

Знаючи механізм випаровування, зробимо кілька висновків.

1. Випаровування рідин може відбуватися за будь-якої температури, адже в рідині завжди є «швидкі» молекули.

2. Якщо рідина не отримує енергії ззовні, то внаслідок випаровування вона охолоджується, адже рідину залишають найшвидші молекули, тому середня кінетична енергія решти молекул зменшується.

3. Випаровування супроводжується поглинанням енергії, адже для виконання під час випаровування роботи проти сил міжмолекулярного притягання

(рис. 21.3).

фігурка миттю випарується, «водяна» протримається трохи довше, натомість «олійна» радуватиме нас кілька днів. Річ у тім, що сили притягання між молекулами різних рідин є різними, тому швидкість випаровування залежить від роду рідини. Очевидно: повільніше випаровуються ті рідини, молекули яких сильніше взаємодіють одна з одною. Життєвий досвід показує, що швидкість

які повилітали з неї (рис. 21.5). Ці молекули хаотично рухаються, зіштовхуються

та з молекулами інших газів, які складають повітря. У результаті такого руху молекула рідини може так близько підлетіти до поверхні цієї рі

дини, що її «захоплять» сили міжмолекулярної

взаємодії та знову повернуть у рідину. А якщо є вітер, то він відносить молекули, що вилетіли з рідини, і не дає їм змоги повернутися.

Якби молекули, залишаючи рідину, зовсім не поверталися до неї, то швидкість випаровування була б величезною. Наприклад, за кімнатної температури повна склянка води

випарувалася б за 4 хвилини, адже за цих умов з 1 см2 води щосекунди вилітає 1021 молекул. ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: склянка з водою; склянка з невеликою кількістю спирту; кілька ватяних дисків.

допомогою ватяних дисків нанесіть на одну руку невелику кількість води, на

руку — спирту. Зіставте ваші відчуття. Яка рідина випарується швидше? Що слід зробити, щоб руки швидше висохли?

Торкніться губами спочатку до ділянки руки, яку було змочено водою або спиртом, а потім до ділянки, що була сухою. Зіставте їхні температури. Поясніть результати дослідження.

4. Ознайомлюємося з процесом конденсації Ви вже знаєте, що молекули

водяна пара, яка вдень накопичується в

ня, уночі, охолоджуючись, конденсується. Якщо вологе повітря піднімається у вищі шари атмосфери, то після його охолодження утворюються

вітря охолоджується поблизу поверхні Землі, то утворюється туман (рис. 21.6, в). І хмари, і туман складаються з дрібних краплинок

перетворюється на пару. Узимку

холодніше, тож і пару видно краще. Навесні повітря зігрівається, пара стає менш помітною. Потім приходить літо. Повітря стає

швидкість випаровування? Наведіть приклади.

rnk.com.ua/ 110495

§ 22. КИПІННЯ. ПИТОМА ТЕПЛОТА ПАРОУТВОРЕННЯ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Уявіть, що вам потрібно швидко відварити картоплю. Ви поклали її в каструлю, налили воду й поставили каструлю на плиту. Щоб вода закипіла швидше, ви робите потужність нагрівника максимальною. Вода закипіла. А що далі? Чи можна тепер зменшити потужність нагрівника? Чи потрібно закрити каструлю кришкою? Обґрунтуйте свою відповідь.

1. Чому і як кипить рідина?

Проведемо експеримент. Колбу з водою

й щільно закоркуємо корком із двома отворами. В один отвір вставимо трубку для виходу пари, у другий помістимо термометр (рис. 22.1). Почнемо нагрівати воду. За якийсь час дно та стінки колби вкриються бульбашками (рис. 22.2, а), які утворені розчиненими у воді газами та водяною

парою*. Зі зростанням температури тиск газу всередині бульбашок теж зростає, і щойно він перевищить зовнішній тиск, бульбашки почнуть збільшуватися.

Після досягнення бульбашкою певного

об’єму архімедова сила «відриває» її від дна посудини й бульбашка піднімається (рис. 22.2, б ). На місцях бульбашок, що відірвалися, залишається невелика

супроводжується шумом і у творенням численних дрібних бульбашок.

каламутною.

Коли рідина прогріється, бульбашки, піднімаючись, увесь час збільшуватимуться в об’ємі, адже весь час усередину бульбашок

активно випаровується вода (рис. 22.2, в).

Досягнувши поверхні рідини, бульбашки

лопаються й викидають назовні значну кіль

кість водяної пари (рис. 22.2, г). Вода при цьому вирує та клекоче — ми кажемо, що вона закипіла. Термометр у цей момент

показує температуру 100 °С.

Кипіння — це процес

усьому

та супроводжується утворенням і зростанням бульбашок пари.

2. Від чого залежить температура кипіння?

Продовжимо експеримент (див. пункт 1 параграфа). Будемо нагрівати далі воду, що вже кипить, і спостерігати

Спостерігаючи кипіння різних

можна помітити, що за однакового тиску вони киплять за різних температур. Тобто температура

роду рідини.

Питома теплота пароутворення — це фізична величина, що характеризує речовину й дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати рідині масою 1 кг, щоб за незмінної температури перетворити її на пару.

Питому теплоту пароутворення позначають символом r (або L), визначають дослідним шляхом (див.

до таблиць (див. табл. 5 Додатка).

Одиниця питомої теплоти пароутворення в СІ — джоуль на кілограм: r [] = Дж кг .

Щоб обчислити кількість теплоти, необхідну для перетворення рідини на пару за незмінної температури, потрібно питому теплоту пароутворення цієї рідини помножити на її масу:

Qrm = ,

де Q — кількість теплоти, яку поглинає рідина; r — питома теплота

ня; m — маса утвореної пари. (Дійсно,

ня: r Q m = ,

4. Учимося розв’язувати задачі

 Задача. Під час досліду водяна пара, що має температуру 100 ° С, надходить

до калориметра, в якому міститься 500 г

води за температури 20 °С (див. рисунок).

Після закінчення досліду температура

води в калориметрі становила 50 °С, а її маса

збільшилася на 25 г. За даними досліду обчисліть питому

теплоту пароутворення води. Вважайте, що теплообмін із довкіллям відсутній. 

Дано:

t1 100 =°C

== 500 05 ,

t2 20 =°C

t =° 50 C

m пари гкг== 25 0025 ,

= ° 4200 Дж кг С ·

Знайти:

r — ?

Пошук математичної моделі, розв’язання.

«Окріп потрапляє лише на невелику ділянку руки, а пара обтікає руку повністю».

не лише охолоджується, а ще й конденсується».

«А ви перевіряли? Звідки така інформація?

ВПРАВА

№ 22

1. Відомо, що температура кипіння води на вершині гори Еверест становить близько 70 °С. Як ви вважаєте, чому?

2. Питома теплота пароутворення води становить 2,31 МДж/кг. Що це означає?

3. Яку кількість теплоти необхідно передати воді масою 10 кг, узятій за температури кипіння, щоб перетворити її на пару?

4. Рідка речовина масою 50 г нагрівається, а потім починає кипіти. За графіком залежності температури цієї речовини від кількості поглиненої нею теплоти (рис. 1) визначте: а) що це за речовина; б) якою є питома теплота

пароутворення цієї речовини.

5. Яку кількість теплоти передано льоду масою 10 кг, узятому за температури 0 °С, в ході перетворення його на пару, що має температуру 100 °С?

6. У посудину з водою, що ки

пить, помістили відкриту

7. Дізнайтеся про практичне застосування кипіння.

§ 23. ПИТОМА ТЕПЛОТА ЗГОРЯННЯ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Розгляньте зображення, які подано на заставці до параграфа. Чому, на вашу думку, для сучасної цивілізації паливо є необхідною умовою існування? На які види енергії перетворюється в

прикладах енергія, що «схована» в паливі? А чи знаєте ви, як називають цю «сховану» енергію?

приклади застосування палива.

1. Які існують види палива?

Для збільшення температури люди здавна використовували енергію, що виділяється під час хімічної реакції горіння палива (див., наприклад, рис. 23.1).

Паливом можуть бути як природні речовини (кам’яне вугілля, нафта, торф, дрова, природний газ) (рис. 23.2), так і штучні (гас, бензин, порох, деревне вугілля, етиловий спирт тощо) (рис. 23.3). Як бачимо, паливо буває твердим (кам’яне вугілля, торф, дрова, сухе пальне), рідким (нафта, гас, бензин, дизельне паливо) і газоподібним (природний газ, пропан, бутан).

(зазвичай урану та плутонію). Завдяки використанню ядерної енергії генерується понад 10 % електрики.

2. Як дізнатися про теплотворну здатність палива?

Види палива різняться теплотворною здатністю. Переконаємось у цьому за допомогою простого досліду. Поставимо на ліву шальку терезів спиртівку,

порушиться (рис. 23.4,

1 г спирту) (рис. 23.4, б ). У цей момент погасимо спиртівку і

Повторимо

узявши спиртівку, наповнену гасом, і переконаємося,

: q [] = Дж кг . Знаючи питому теплоту згорян

ня q й масу m палива, обчислимо

кількість теплоти Q, яка виділиться в ході повного згоряння цього

палива: оскільки q Q m = , то

Qqm = У табл. 6 Додатка бачимо, що, наприклад, питома теплота згоряння торфу становить 15 МДж/кг. Що це означає? Яка кількість теплоти виділиться під час повного згоряння 2 кг торфу?

3. Як визначити коефіцієнт корисної

Для спалювання палива використовують різні

газові

Конструкція нагрівника залежить

4. Учимося розв’язувати задачі

 Задача. Туристи й туристки, перепочиваючи

кількість сухих дров треба заготовити, щоб закип’ятити

має бути камін. Ось які аргументи вони наводять.

• Камін у будинку створює особливу атмосферу.

• Камін швидко нагріває приміщення й довго тримає тепло.

• Камін є безпечнішим, ніж піч.

• Біля каміна можна швидко висушити мокрі речі, якщо, наприклад, ви потрапили під дощ.

• На жаль, не можна розпалювати дрова в каміні гасом або бензином, але біля каміна можна складати дрова, які будуть сухими й легко розпалюватимуться. З якими аргументами ви

ВПРАВА № 23

1. Питома теплота згоряння пороху набагато менша від питомої теплоти згоряння дров. Чому ж тоді сірник, який горить у вашій руці, є досить безпечним, а коли спалахує та сама маса пороху, то можна серйозно постраждати?

2. Яка кількість теплоти виділиться під час повного згоряння кам’яного вугілля масою 10 кг?

3. У процесі повного згоряння гасу виділилося 92 кДж теплоти. Якою була маса гасу?

4. На спиртівці нагріли 300 г води від 15 до 75 °С. Визначте ККД нагрівника, якщо на нагрівання витрачено 8 г спирту.

5. Чайник, що стоїть на газовому пальнику, містить 2 л води за температури 20 °С. Для нагрівання

42 г природного газу. До якої температури нагрілася вода, якщо вона одержала 40 % тепла, яке може виділитися під час

згоряння газу?

6. Чому під час спалювання сирих дров виділяється менша кількість теплоти, ніж під час спалювання тієї самої маси сухих дров?

7. Уявіть, що вам потрібно визначити ККД нагрівника із сухим пальним. Яке обладнання вам знадобиться?

дення експерименту.

rnk.com.ua/ 110497

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Якщо

скляну

ополоснути її водою, закоркувати картоплиною (обережно

втиснувши шийку пляшки в картоплину), поставити закорковану пляшку в каструлю з водою й нагрівати воду, то за деякий час цей корок вилетить. Чому? Звідки взялася кінетична енергія корка? Які сили виконали роботу під час його виштовхування?

1. Який принцип дії теплових двигунів?

Проведемо дослід. Щільно закоркуємо носик чайника й поставимо чайник із водою на пальник. За деякий час помітимо, що кришка чайника почне підстрибувати. З’ясуймо, чому так відбувається.

Вода в чайнику закипає, і тиск пари під кришкою зростає. Настає момент, коли сила тиску пари стає більшою за силу тяжіння, що діє на кришку, і кришка підстрибує. У цей момент частина пари виходить назовні, тиск пари на кришку зменшується і кришка повертається назад (рис. 24.1). Якщо нагрівання продовжувати, то процес повторюватиметься. Отже, в описаній системі завдяки енергії, що виділяється внаслідок згоряння палива, виконується механічна робота, при цьому частина енергії віддається довкіллю. Якщо з кришкою

пляшка з корком

Q1 Q2 A

Рис. 24.2. Принцип дії

теплових машин: робоче

тіло одержує певну

кількість теплоти (Q1) від

нагрівника, ця теплота частково перетворюється на механічну енергію (робоче тіло виконує роботу A), а частково (Q2)

передається холодильнику

би працювати

положення і процес не повторювався б). Об’єкт, якому робоче

(рис. 24.2).

палива потрібно спалити, щоб отримати ту саму корисну роботу, і тим економічнішим є двигун.

Коефіцієнт корисної

де

в процесі повного згоряння палива.

Зазвичай ККД подають у відсотках: η= ⋅ A Q кор

Корисна робота завжди менша від

кількості теплоти, що виділяється

в процесі повного згоряння палива, тому зрозуміло, що ККД теплового

двигуна завжди є меншим від 100 %.

величина, що характеризує економічність теплового двигуна й показує, яка частина

кДж теплоти.

2. Під час роботи теплового двигуна використано 0,5 кг дизельного палива. При цьому двигун виконав корисну роботу, яка дорівнює

7 МДж. Обчисліть ККД двигуна.

3. ККД теплового двигуна становить

rnk.com.ua/ 110498

§ 25. ДЕЯКІ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Проведемо дослід (див. рисунок праворуч). Що ми спостерігатимемо після того, як вода почне кипіти? Чому зображений пристрій можна вважати тепловим двигуном? Що в цьому «двигуні» є робочим тілом? нагрівником? холодильником? Чи знаєте ви технічний пристрій, який працює саме так? Де його застосовують?

1. Як працює парова турбіна?

Парова турбіна (від латин. turbo — вихор, швидке обертання) — один із прикладів парових теплових двигунів. У парових двигунах

лива,

роботу. Робочим тілом парової турбіни є пара: у паровому

вона утворюється з води, нагрівається до температури близько

та

тиском надходить до турбіни. Розглянемо принцип дії найпростішої парової турбіни (рис. 25.1). Струмені пари, вихоплюючись із сопла, спрямовуються на лопаті, закріплені на диску. Диск нерухомо

Запальна свічка

Циліндр

Поршень

Колінчастий вал

Клапани

Шатун

Рис. 25.2. Схема будови найпростішого двигуна внутрішнього згоряння

І такт. Усмоктування

Поршень рухається

вниз, у циліндрі падає тиск. Відкривається

впускний клапан, і пальна суміш усмоктується в циліндр. Наприкінці I такту впускний клапан закривається.

ІІ такт. Стиснення Поршень рухається вгору і стискає пальну суміш. Коли поршень доходить до крайнього верхнього положення, проскакує іскра і пальна суміш займається. Обидва клапани закриті.

Як і в будьякому тепловому двигуні, у двигуні внутрішнього

згоряння є нагрівник (пальна суміш, що горить), робоче тіло (розжарені гази), холодильник (довкілля).

За цикл гази штовхають поршень

тільки один раз, тому для рівномірної роботи двигунів ставлять чотири, шість і більше циліндрів (рис. 25.3).

Двигун внутрішнього згоряння з електричним запалюванням сконструював німецький винахідник

Отто (1832–1891). Дизельні двигуни названі

шкідливих викидів теплових електростанцій (для цього застосовують,

на вашу думку, має

Парова турбіна —

двигун

зовнішнього

згоряння

Енергія

палива

йде на утворення

водяної пари. Пара, розширюючись, спрямовується на лопаті турбіни та обертає її, виконуючи механічну роботу.

Парові турбіни

встановлюють

на теплових

та атомних

електростанціях.

Чотиритактний двигун внутрішнього згоряння

Паливо згоряє всередині циліндрів. Роботу виконують розпечені гази, які, розширюючись, штовхають поршень, рух якого передається колінчастому валу за допомогою шатуна. Робочий цикл має чотири такти: 9 усмоктування; 9 с тиснення; 9 робочий хід; 9 випускання.

внутрішнього згоряння? 5. Назвіть основні частини двигуна внутрішнього згоряння та їхнє призначення. 6. Які

в чотиритактному двигуні внутрішнього

чотирьох тактів? 7. Доведіть, що теплові

чинять шкідливий вплив на довкілля, і запропонуйте

з проміжним охолодженням сягає 54,5 %. Яка частина енергії, «запасеної» в паливі, що споживають ці двигуни, витрачається марно?

3. Чому температура пальної суміші

під час стискання збільшується?

4. Чому в паровій турбіні температура відпрацьованої пари нижча від температури пари, яка

5. Незважаючи на багато

rnk.com.ua/ 110499

1. Якою є роль теплоенергетики

для людства, інші

XX ст.

2. Як подолати «енергетичний

«енергетичного голоду».

1. Економія наявних викопних ресурсів

нових технічних рішень — енергоощадних технологій.

2. Поступова заміна палива з викопних ресурсів

одержуване з рослин. Зараз уже використовують два типи технологій: видобування замінників бензину з рослин, що містять цукор, і переробляння на дизельне пальне олії, одержуваної з деяких рослин

3. Використання

принципи енергозаощадження полягають у

використанні кількох технологій. Розглянемо звичайну квартиру. 1) Найбільша кількість

надходить до неї, — це енергія,

для обігрівання. Заміна традиційних вікон на склопакети, утеплення дверей, нанесення спеціального теплозахисного покриття на зовнішні стіни будинку дозволяють зекономити тепло, яке зазвичай витрачається на «обігрів довкілля». 2) Часто гаряча вода надходить до будинків від котелень, які розташовані на відстані в декілька кілометрів.

наведемо кілька рішень щодо зменшення викидів бензинових

• створення екологічно чистих електромобілів

двома двигунами — електричним і бензиновим: екологічно чистий електричний двигун для застосування в місті,

енергії здавна використовує людство? 2. Які альтернативні джерела енергії ви знаєте? 3. Яка причина безповоротного зменшення викопних ресурсів? 4. Перелічіть основні напрями подолання енергетичної кризи. 5. Наведіть приклади енергоощадних технологій. 6. Як теплові джерела енергії впливають на навколишнє середовище? 7. Що таке Кіотський протокол? ВПРАВА № 26

Дізнайтеся, скориставшись

стан теплової рівноваги системи тіл; міра середньої

з яких складається тіло Внутрішня енергія — це сума

Якщо над тілом виконують роботу,

Енергія передається через речовину, але без перенесення речовини

складається тіло, і потенціальних енергій їхньої

• Енергія самовільно передається від тіла з більшою температурою до тіла з меншою температурою • Якщо температури тіл є рівними, то теплообмін

Плавлення

Кристалізація

Фізична величина

Питома теплота плавлення

Конденсація Сублімація

Десублімація (кристалізація)

Питома теплота пароутворення r (або L)

6. Ви переконалися, що в процесі

і довідалися, що

нагрівальних пристроїв,

7. Ви ознайомилися з деякими видами теплових машин, а саме паровою турбіною та чотиритактним двигуном

Ви дізналися про фізичні величини, які характеризують паливо, нагрівальні пристрої, теплові

Температура. Внутрішня енергія.

Теплопередача

Група результатів 1. Проводимо дослідження природи

1. (2 бали) Учень подивився на проводи ліній електропередачі та зазначив, що вчора проводи ледь провисали, а сьогодні вони натягнуті. Хлопець зробив висновок, що сьогодні температура повітря: а) знизилась; б) підвищилась; в) майже не змінилась.

2. (2 бали) Учениця намагається довести, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію. Виберіть із поданого переліку все, що знадобиться дівчині. а) вода; в) теплоприймач; б) нагріте тіло; г) рідинний манометр.

3. (3 бали) За даними рис. 1 обчисліть кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання зображеного сталевого циліндра від 0 до 12 °С.

4. (5 балів) Якою була початкова температура латунного циліндра (рис. 2), якщо після його занурення вода в мензурці охолонула від 37 до 20 °С? Втратами енергії знехтуйте.

Група результатів 2. Здійснюємо пошук та опрацьовуємо інформацію

5. (3 бали) Про що можна стверджувати, роз

глядаючи гальмівний слід, який залишив автомобіль (рис. 3)? Зазначте всі правильні твердження.

а) гальма автомобіля справні; б) перед гальмуванням автомобіль рухався

досить швидко;

в) механічна енергія автомобіля перетворилася на внутрішню;

г) внутрішня

6. (3 бали) Що спільного між теплопровідністю

7. (3 бали) Коли речовина масою 100 г передала довкіллю 750 Дж теплоти, її температура знизилася на 15 °С. Яка це речовина? а) алюміній; б) залізо; в) сталь; г) срібло.

8. (3 бали) На рис. 4 подано графік залежності температури тіла масою 1 кг від кількості

переданої цьому тілу теплоти. Скориставшись графіком, визначте речовину, з якої виготовлено тіло.

Група результатів 3. Усвідомлюємо закономірності природи

9. (2 бали) Які з наведених дій приведуть до теплозбереження?

а) прикриття вентиляційної решітки

б) розміщення відбивального екрана

в) закриття радіатора меблями

10. (3 бали) Спекотного літнього дня хлопець і дівчина

вовняний одяг (рис. 5). Чому дівчина почувається

11. (3 бали) Одна людина

г) фарбування радіатора у світлий колір

Група результатів 1. Проводимо дослідження природи

1. (2 бали) Учень спостерігав за кипінням різних рідин (рис. 1) та вимірював їхні температури.

Виберіть усе, що учень мав помітити.

а) під час кипіння утворюється величезна кількість бульбашок; б) температура кипіння різних рідин є однаковою; в) у ході кипіння температура рідини залишається незмінною; г) маса рідини внаслідок кипіння із часом зменшується.

2. (2 бали) Учениці необхідно визначити питому теплоту плавлення льоду. Виберіть два прилади, яких буде достатньо для виконання завдання. а) мензурка; в) динамометр; б) термометр; г) ваги.

мусового

4. (5 балів) Воду з мірного циліндра (рис. 2) пе

релили в посудину й випарили за допомогою спиртівки. Визначте питому теплоту згоряння спирту, якщо було спалено 15 г спирту. Тепловими втратами знехтуйте.

Група результатів 2. Здійснюємо пошук та опрацьовуємо інформацію

5. (1 бал) Яка з речовин за кімнатної температури зберігає об’єм, але не зберігає форму?

6. (2 бали)

3. (3 бали) Учителька взяла дві посудини, що з’єднані гумовою трубкою, міцно затиснутою посередині затискачем. В одну посудину вчителька додала невелику кількість

8. (2 бали) Учні та учениці проводили дослідження залежності температури деякої рідини від часу її нагрівання. Результати дослідження подали у вигляді графіка (рис. 3). Визначте досліджувану рідину. а) в ода; б) о лія; в) е тер; г) спирт.

9. (4 бали) Користуючись графіком залежності температури ртуті від часу спостереження (рис. 4), дайте відповіді на запитання.

а) Якому агрегатному стану ртуті відповідає

точка B графіка?

б) У якому агрегатному стані перебувала

ртуть за температури –50 °С?

в) Якому тепловому процесу відповідає ді

лянка AB графіка?

г) Як змінювалася внутрішня енергія ртуті

в ході процесу, якому відповідає ділянка BC графіка?

Група результатів 3. Усвідомлюємо закономірності природи

10. (2 бали) Установіть відповідність між явищем (1–3) і чинником (А–Г), від якого залежить швидкість випаровування рідини.

1 Улітку калюжі висихають

швидше, ніж узимку

2 За вітряної погоди білизна

висихає швидше

3 У спеку собака висовує язик

А Вид рідини

Б Температура рідини

В Площа вільної поверхні рідини

Г Рух повітря біля поверхні рідини

11. (2 бали) Яку кількість теплоти необхідно витратити для плавлення 5 кг алюмінію, взятого за температури плавлення? а) 3 кДж; б) 607 кДж; в) 1965 кДж; г) 3036 кДж.

12. (2 бали) Етер масою 20 г за температури 15 °С повністю випарувався. Яку кількість теплоти поглинув етер

13. (2 бали) Чому температура пальної суміші

під час стиснення збільшується,

ТЕМИ

1. А даптація рослин до високих температур.

2. Конвекція в природі.

3. Способи зберігання тепла в приміщеннях.

4. «Дива кулінарії» та закони фізики.

5. Теплове випромінювання тіла людини.

6. Побутові пристрої, які працюють завдяки енергії сонячного випромінювання.

7. Випаровування та конденсація в живій природі.

8. Застосування випаровування та конденсації в техніці.

9. Як, коли й чому відбуваються такі природні явища: дощ, туман, сніг, роса, град.

10. Чому «плачуть» вікна?

11. Нанотехнології в медицині та косметології: за і проти.

12. Внесок українських учених у розвиток нанотехнологій.

13. Вплив теплових двигунів на навколишнє середовище.

14. А льтернативні джерела енергії.

ТЕМИ

1. Вивчення теплопровідності різних матеріалів.

2. Утворення тяги та способи її збільшення.

3. Виготовлення пристроїв, які працюють завдяки теплообміну.

4. Вирощування кристалів із різних видів солей.

5. Дослідження кипіння води та залежності зміни температури кипіння води від зовнішнього тиску й наявності домішок.

6. Створення «холодильників», які не використовують електроенергію.

7. Створення двигуна, який використовує енергію свічки.

1. Унікальні фізичні властивості води.

2. Технічні пристрої та технології, створені з використанням різних видів теплопередачі.

3. Екологічні проблеми теплоенергетики та

Ви бачили, що

наелектризоване

волосся притягується до гребінця, а тепер з’ясуєте, чому та коли це відбувається

Ви знаєте про електричний струм, а тепер довідаєтеся, за яких умов він може існувати

ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ

rnk.com.ua/

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ.

результати дослідів із поліетиленовим

ною кулькою, які легко відтворити самостійно

2. Що називають електричним зарядом?

Для кількісного визначення інтенсивності

електромагнітної взаємодії було введено фізичну величину — електричний заряд.

Електричний заряд — це фізична величина, яка характеризує властивість частинок і тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

Електричний заряд позначають симво -

лом q. Одиниця електричного заряду в СІ —

кулон (названа на честь французького

Шарля Кулона): [q] = Кл.

Ця одиниця похідна від основних одиниць

СІ (визначення кулона подано в § 35). 1 Кл — це дуже великий заряд. Під час

електризації в побуті ми маємо справу із зарядами, які менші в мільйон або мільярд разів. Про наелектризоване тіло говорять, що тілу надано електричний заряд

Долоні людини (якщо дуже сухі)

Шкіра

Хутро кролика

Скло

Волосся

Нейлон

Шерсть кота

Шовк

Алюміній

Папір

Бавовна

Сталь

Дерево

Бурштин

Ебоніт

Нікель, мідь

Бронза, срібло

Золото, платина

Поліестер

Поліуретан

Поліетилен

Кремній

Тефлон

Пластик

Рис. 27.3. Однойменно заряджені кульки відштовхуються (а); різнойменно заряджені — притягуються (б )

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: пластикова лінійка; шматок вовни (хутра); біндер; нитка; тіла з речовин, за значених на рис. 27.2 (пластикова ручка, склянка, соломинка для коктейлю, пластиковий пакет, аркуш паперу тощо).

За допомогою нитки підвісьте біндер, наприклад, до спинки стільця. Наелектризуйте лінійку тертям об шматок вовни та прикріпіть за середину до біндера. Ваше завдання — з’ясувати, як буде взаємодіяти (при тягатися чи відштовхуватися) лінійка, що має негативний заряд, з іншими зарядженими тілами. Електризуйте тіла, підносьте

4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл кратні певному найменшому (елементарному) заряду: |q | = Ne ,

де q — заряд фізичного тіла; N — натуральне число; e — елементарний заряд, e =⋅ 16 10 19 , Кл*. Зверніть увагу! Якщо q > 0 (заряд позитивний), то q = +Ne; якщо q < 0 (заряд негативний), то q = –Ne.

Носієм найменшого негативного заряду є електрон, а носієм найменшого позитивного заряду — протон.

5. Для електрично замкненої системи тіл виконується закон

ження електричного заряду: Повний заряд електрично замкненої системи тіл залишається

де q1, q2, ... , qn — заряди тіл, що створюють електрично замкнену систему (n — кількість таких тіл).

Під електрично замкненою системою тіл розуміють таку систему, у яку не проникають заряджені частинки

«власних» заряджених частинок.

Наприклад, систему «паличка — папір» (див. рис. 27.1) можна

1. Існують позитивні (+) і негативні (–)

2. Різнойменні притягуються, однойменні відштовхуються

3 Не існують окремо від частинки

| q | = Ne,

4. Є дискретними

системи зберігається

ВПРАВА № 27

1. На рис. 1 зображено позитивно заряджене тіло й підвішені на нитках кульки 1 і 2, що мають заряди невідомих знаків. Визначте знаки зарядів кульок.

2. На рис. 2 зображено так звані паперові султанчики, які заряджено стрижнями з різних речовин. Стрижні електризували тертям об папір. Визначте знаки зарядів султанчиків.

3. Чи можна стверджувати, що завдяки електромагнітній взаємодії: а) волосся притягується до светра, коли ми його знімаємо; б) светр і волосся притягуються до Землі?

4. На тонкій шовковій нитці висить заряджена паперова кулька. Як, маючи ебонітову паличку та клаптик вовняної тканини, визначити знак електричного заряду кульки?

5. Атом, який має 12 протонів, утратив 2 електрони. Скільки електронів залишилося в атомі?

6. Скільки надлишкових електронів має бути передано тілу, щоб воно отримало заряд, який дорівнює –1 Кл?

7. Скориставшись додатковими джерелами інформації

тканини; аркуш паперу; пластина з оргскла.

Проведіть дослідження в групах. Зарядіть кульку негативним зарядом, а пластину — позитивним. Повільно підносьте пластину до кульки, але не торкайтеся до неї. Зупинивши пластину, змусьте кульку завмерти в неприродному положенні (див. фото). Сформулюйте гіпотезу щодо причин поведінки кульки.

Наелектризоване тіло викликає

Унаслідок дії поля кулька може зависнути в неприродному положенні (рис. 28.1).

Зауважимо, що не тільки заряджена пластина своїм електричним полем діє на заряджену кульку, — кулька своїм електричним полем теж діє на пластину.

Поясніть, чому ми не спостерігаємо наслідки дії електричного поля кульки на пластину.

2. Які властивості й характеристики має електричне поле?

Проведемо дослід. Зарядимо металеву сферу позитивним зарядом (рис. 28.2). Будемо вивчати електричне поле сфери за допомогою індикатора — натертої графітом повітряної кульки, зарядженої позитивно (рис. 28.3).

Дослід продемонструє, що, по-перше, електричне поле існує в будь-якій точці простору, що оточує заряд (заряджену сферу); по-друге, з віддаленням від заряду поле стає слабшим.

Ми можемо також стверджувати,

E F q =

Рис. 28.4.

має напрямок і значення (модуль). За напрямок напруженості

Щільність силових ліній на рисунку показує, наскільки сильним є електричне поле: що більша

напруженість електричного поля, то щільніше розташовані лінії. У загальному випадку лінії

електричного поля є кривими, але можуть бути й прямими. Наприклад, силові лінії електричного поля рівномірно зарядженої кульки, віддаленої від інших заряджених тіл, — прямі лінії (рис. 28.5).

На рис. 28. 5 показано напрямок напруженості електричного поля в точці C (а) і

1. Як експериментально довести, що тіла, які мають електричний заряд, взаємодіють навіть на відстані? 2. Що таке електричне поле? 3. Як визначити, чи існує в певній точці простору електричне поле? 4. Назвіть основні властивості електричного поля. 5. Що називають силовою характеристикою електричного поля? 6. Дайте означення силових ліній електричного поля.

ВПРАВА № 28

1. Наведіть приклади об’єктів, навколо яких існує електричне поле. 2. На рис. 1 зображено силові лінії електричного поля

зарядженої кульки. Який знак заряду кульки?

3. Наведіть приклади, які підтверджують вислів: «Електричне поле не можна побачити, але можна довести його існування».

4. Чому дорівнює напруженість електричного поля в даній точці, якщо на заряд 40 нКл воно діє із силою 100 мН?

5. На рис. 2 зображено силові лінії електричних полів, створених двома зарядами. Визначте: 1) напрямок силових ліній; 2) напрямок напруженості електричного поля в точці A; в точці B; 3) у якій точці (A чи B) електричне поле є сильнішим. 6. Між двома різнойменно зарядженими пластинами зависла негативно заряджена крапелька олії масою 3,2

rnk.com.ua/ 110503

§ 29. МЕХАНІЗМ ЕЛЕКТРИЗАЦІЇ.

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Чи стикалися ви з явищем, що

продемонстровано на рисунку? У яку пору року воно частіше відбувається? Що спричиняє появу цього явища? Чи існують запобіжні заходи?

1. Як зарядити волосся позитивним зарядом? У разі щільного контакту двох незаряджених тіл, виготовлених із різних матеріалів, частина електронів може перейти з одного тіла на друге. У такому випадку після роз’єднання ці тіла виявляться зарядженими: тіло, яке віддало частину своїх електронів, буде заряджене позитивно, а тіло, яке їх одержало, — негативно. З’ясувати, який матеріал у парі віддає електрони, а який їх отримує, можна за допомогою трибоелектричного ряду (див. рис. 27.2). Наприклад, у парі матеріалів «ебоніт — вовна» під час контакту електрони здебільшого переходять з вовняної тканини на ебонітову

тризуються. Тому, коли ви торкаєтеся дверної ручки, яка зазвичай не заряджена, електрони починають швидко перетікати між долонею і ручкою — виникає електричний розряд. Розряд заявить про себе характерним тріском. Іноді, коли заряд великий (близько 600 нКл), тріск супроводжується невеликою іскрою та неприємним поколюванням у долоні.

2. Чи можна наелектризувати металевий стрижень? Метали — це речовини з безліччю вільних електронів, які легко переміщуються по всьому

ником із Землею, то воно стає незарядженим (рис. 29.3).

Технічний прийом, який дозволяє розрядити будь-яке заряджене тіло шляхом з’єднання цього тіла

із поверхнею Землі, називають заземленням. — умовне позначення заземлення на

поверхня теж заряджається негативно, а оскільки однойменні заряди відштовхуються, решта фарби

3. У якому випадку електризацію називають

електростатичною індукцією?

Проведемо дослід. Наблизимо (не торкаючись!) негативно заряджену ебонітову

паличку до незарядженої металевої сфери, розташованої на ізольованій підставці. На мить торкнемося рукою до частини сфери, віддаленої від зарядженого тіла (рис. 29.4, а), а потім приберемо заряджену паличку. Відхилення позитивно зарядженої легкої кульки покаже, що сфера набула

позитивного заряду (рис. 29.4, б ). Зверніть увагу: знак заряду сфери є протилежним до знака заряду ебонітової палички. Оскільки в цьому випадку безпосереднього контакту між зарядженим і незарядженим

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: клаптик фольги; повітряна кулька; нитка. Об’єднайтесь у команди. Зробіть із фольги гільзу та закріпіть її на нитці. Наелектризуйте повітряну кульку, наприклад, тертям об волосся. Піднесіть кульку до гільзи та спостерігайте за її поведінкою. Поясніть покроково спостережувані явища. Намалюйте пояснювальну схему та презентуйте результати роботи іншим командам. Під час польоту літаки зазвичай електризуються, особливо в хма-

Заряд якого знака

смужки та кондуктор електроскопа в результаті досліду, який продемонстровано на рисунку? Чому смужки електроскопа

Для виявлення й оцінювання електричного заряду застосовують також електрометр (рис. 29.7).

На відміну від електроскопа, електрометр обов’язково має металевий корпус, шкалу, завдяки якій можна порівнювати значення переданих на електрометр зарядів, та легку металеву стрілку (замість паперових смужок).

Рис. 29.7. Електрометр

ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ Тертя Вплив (електростатична індукція)

Вовняна тканина

Дотик Ебоніт

Наявні заряди перерозподіляються, а не створюються! Якщо електронейтральне тіло віддає електрони одержує електрони то заряджається

5. Які види електризації вам відомі? Наведіть приклади. 6.

7. Чим електрометр відрізняється від електроскопа?

незарядженим? Поясніть свою відповідь.

3. У кожному з випадків А–Г на рис. 1 визначте знак заряду: електроскопа; кондуктора; паперових смужок.

4. На рис. 2 продемонстровано дослід із зарядженою паличкою та струменем води з крана. Поясніть спостережуване явище. Запропонуйте предмети, якими можна замінити паличку в цьому досліді.

5. Електроскопу передали позитивний заряд (рис. 3, а). Потім до нього піднесли, не торкаючись, іншу заряджену паличку (рис. 3, б). Визначте знак заряду палички.

6. До незарядженої гільзи, що виготовлена з металевої фольги, піднесли, не торкаючись, скляну паличку, яка має позитивний заряд (рис. 4). Які з наведених тверджень є правильними?

А Частина гільзи, що ближча

до па лички, набула

позитивного заряду.

Б Гільза залишилася

незарядженою.

В Під дією електричного поля

палички вільні електрони гільзи рухаються вниз.

7. Дві однакові провідні заряджені кульки торкнулись одна одної і відразу розі-

йшлися. Обчисліть заряд кожної кульки після дотику, якщо перед дотиком заряд

першої кульки дорівнював –3 ⋅ 10–9 Кл, а заряд другої кульки становив 9 ⋅ 10–9 Кл.

8. Як за допомогою негативно зарядженої металевої кульки 1, не зменшуючи її заряду, позитивно зарядити незаряджену металеву кульку 2, а потім негативно зарядити незаряджену металеву кульку 3?

9. Скориставшись додатковими джерелами інформації, підготуйте стисле повідомлення про Вільяма Гільберта (1544–1603) — англійського фізика і лікаря, засновника науки про електрику (рис. 5).

Рис. 4

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

1. Зі скляної банки з капроновою кришкою виготовте електроскоп (див. рисунок). Як стрижень електроскопа можна використати металеву спицю для плетіння, а замість смужок паперу — вузькі смужки фольги. Випробуйте

За аналогією з матеріальною точкою точковим зарядом називають заряджене тіло, розмірами якого можна знехтувати порівняно з відстанями від нього до інших заряджених

Точковий заряд, так само як і матеріальна точка, є не реальним об’єктом, а фізичною моделлю. Необхідність введення такої

ристовував крутильні терези, принцип дії яких показано на рис. 30.2.*

Унаслідок дотику зарядженої кульки 1 до кульки 2 обидві кульки набувають

однакового заряду й тому відштовхуються одна від одної, закручуючи дріт. За кутом закручування дроту й визначається сила електричної взаємодії кульок.

Свого часу після численних дослідів Кулон дійшов таких висновків: 9 сила F

Сили, з якими взаємодіють два точкові заряди, ще називають силами Кулона. Сили Кулона напрямлені вздовж умовної прямої, яка з’єднує точкові заряди, що взаємодіють (рис. 30.3). Як зміниться сила

rnk.com.ua/

1. Що називають

один із них негативно, наприклад електрометр А (рис. 31.1, а). З’єднаємо кондуктори електрометрів металевим стрижнем, закріпленим на пластмасовій ручці. За відхиленням стрілок електрометрів видно, що заряд електрометра А зменшився, а незаряджений

отримав заряд (рис. 31.1, б

струм. Для створення та підтримування напрямленого руху вільних заряджених частинок необхідна також наявність електричного поля. Саме завдяки дії сили з боку електричного поля

3. Які речовини найкраще проводять

струм? Знаючи умови виникнення та існування

Діелектрики — речовини та матеріали, які погано проводять електричний струм.

Діелектриками є багато твердих речовин (ебоніт, порцеляна, гума, скло та ін.), рідин (дистильована вода, гас, спирт, бензин та ін.), газів (кисень, водень, азот, вуглекислий газ та ін.). У діелектриках майже відсутні вільні заряджені частинки. Провідники й діелектрики широко застосовують у промисловості, побуті, техніці. Так, проводи, якими підводять електричний струм від електростанцій до споживачів, виготовляють із металів — чудових провідників. При цьому на опорах проводи розташовують на ізоляторах, — це запобігає стіканню електричного заряду в землю (рис. 31.2).

Серед металів найкраще електричний струм проводить срібло. Понад 100 років срібло

серед провідників, аж доки не було відкрито наноматеріали (див. § 18). Уже

гірше, ніж провідники. Якщо ж підвищити температуру або

ПІДБИВАЄМО

Електричний струм — це напрямлений рух заряджених частинок.

Провідники — речовини, які добре проводять електричний струм (метали, графіт, водні розчини солей, кислот і лугів, плазма).

Вільні заряджені частинки

Умови виникнення та існування електричного струму КОНТРОЛЬНІ

Електричне

Діелектрики — речовини, які погано проводять електричний струм (порцеляна, гума, гас, кисень).

1. Що таке електричний струм? 2. Сформулюйте умови виникнення та існування електричного струму. 3. Які речовини відносять до провідників, діелектриків, напівпровідників? Наведіть приклади. 4. Чому метали добре проводять електричний струм? 5. Наведіть приклади використання провідників і діелектриків.

ВПРАВА № 31

1. Запишіть назви кількох предметів, виготовлених із речовин, які є: а) провідниками; б) діелектриками.

2. Яким вимогам має відповідати матеріал для виготовлення корпусів розеток і вимикачів?

3. Чому важко, а іноді практично неможливо зарядити

5. Чи рухаються вільні заряджені

6. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та

які речовини є найкращими

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Виготовте тестер електричної провідності й експериментально перевірте інформацію, що міститься в п. 3 § 31.

Вам знадобиться: батарейка, на якій має бути надпис «4,5 В»

або «9 В»; тонкий ізольований дріт (провід) довжиною приблизно 50 см; лампочка від ялинкової гірлянди з проводами; пластмасовий корпус кулькової ручки; скотч; ножиці.

Користуючись рисунком, виконайте такі дії.

1. Складіть провід навпіл і протягніть його кінці крізь корпус ручки (на рисунку цей провід зеленого кольору).

2. Звільніть кінці проводу від ізоляції (приблизно 1 см). Зав’яжіть кінці проводу вузлом так, щоб залишилися «вусики» довжиною 1–2 см і провід не висмикувався з корпусу (1).

3. Петлю проводу, яка утворилася на іншому кінці корпусу ручки, розріжте приблизно навпіл; отримані кінці проводів звільніть від ізоляції. Звільніть від ізоляції кінці проводів лампи (на рисунку ці проводи фіолетового кольору).

4. Кінець одного із проводів від лампи і кінець одного із проводів, що виходить із корпусу ручки, скрутіть один з одним (2).

5. Кінець другого проводу від

приєднайте до клеми батарейки та закріпіть скотчем (3). До іншої клеми батарейки приєднайте кінець другого проводу, що виходить із корпусу ручки (4). Перевірте роботу тестера: на

ПИТАННЯ ДЛЯ

чи тече в провіднику електричний струм? 1. Чому корпус ноутбука нагрівається

щодня

клад, прасують, припаюють деталі

паяльником, готують на електричній плиті або кип’ятять воду в електрочайнику, обігрівають кімнату електричним нагрівником тощо. Функціонування таких приладів ґрунтується на тепловій дії електричного струму (рис. 32.1), яка виявляється в нагріванні провідника, у якому тече струм.

Теплову дію електричного струму широко використовують також у промисловості (зварювання, різання, плавлення металів) і сільському господарстві (обігрів теплиць та інкубаторів, сушіння зерна, сінажу).

Прояв теплової дії струму можна спостерігати й у природі: енергія, що виділяється під час спалаху

ки, може спричинити

(рис. 32.2).

Рис. 32.3. Електричні

32.3). До речі, обираючи електричну лампу, треба враховувати, що енергоощадні лампи (рис. 32.3, а, б ) є більш довговічними (працюють у 10–25 разів довше) і споживають у 3–10 разів менше електроенергії, ніж лампи розжарення (рис. 32.3, в). Наведіть приклади світлової дії струму в природі.

2. Як отримати чистий метал за допомогою електричного

проходить струм, то на електродах, занурених у розчин, відбуваються хімічні реакції. У цьому разі ми

в посудину з водним розчином сульфату міді (CuSO4) опустити два вугільні електроди й пропустити крізь розчин електричний струм (рис. 32.4, а), за деякий час один з електродів вкриється тонким шаром чистої міді (рис. 32.4, б ). Хімічну дію струму використовують, наприклад, для очищення

3. Як перетворити звичайний

Провідник, у якому тече електричний струм, набуває магнітних властивостей.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: залізний цвях; ізольований дріт; скоби для степлера або залізні ошурки; батарейка, на якій має бути напис «4,5 В» або «9 В».

Намотайте на цвях ізольований дріт і під’єднайте його до контактів батарейки. Піднесіть до кінців цвяха скоби для степлера або залізні ошурки й стежте за їхньою поведінкою (див. рисунок).

Яку дію електричного струму ви спостерігали? Що можна використати замість скоб та ошурків, якщо

Робота різноманітних електродвигунів, електровимірювальних приладів можлива

(рис. 32.5). Докладніше

те, що найчастіше кілька дій виявляються одночасно. Наприклад, під час досліду щодо спостереження хімічної дії струму (див. рис. 32.4) температура розчину сульфату міді, крізь який пропускають струм, поступово збільшується, а якщо

магнітну стрілку, вона

фізіотерапії? Багато приладів, що є в цьому кабінеті, призначені для електролікування: теплову дію

використовують для прогрівання частин тіла, хімічну

для стимулювання діяльності органів, поліпшення обміну речовин тощо (рис. 32.6, 32.7).

Проте пам’ятайте, що не завжди електричний струм

людини цілюще. Струм може викликати опік, судоми й навіть спричинити смерть. Тому, перш ніж користуватися будь-яким електроприладом чи пристроєм, необхідно уважно

ухильно її дотримуватися.

Об’єднайтеся в групи. Створіть опорний

або в електронному вигляді) за матеріалом

власні приклади.

Оцініть опорний конспект

повнота; структурованість; наочність; асоціативність.

ВПРАВА № 32

1. Наведіть не згадані в параграфі приклади побутових технічних пристроїв, робота яких ґрунтується

2. Чому користування електричними приладами та пристроями вимагає особливої обережності?

4. Деякі риби,

дію електричного струму для захисту, полювання, орієнтації в просторі. Скористайтеся додатковими

хімічну

знадобиться: графітовий

два проводи

серветка. Звільніть кінці обох проводів від ізоляції. Один із кінців кожного проводу примотайте до графітового стрижня.

під’єднайте до «вусиків» тестера провідності. Лампочка тестера має загорітися (рис. 1). Переконайтеся, що температура стрижня підвищилась.

Від’єднайте від графітового стрижня кінці проводів і помістіть їх у стаканчик із розчином харчової соди. Спостерігайте, як біля дротин

виділятимуться пухирці газу. Після проведення досліду від’єднайте тестер; осушіть кінці проводів серветкою. Обмотайте компас одним із проводів.

Покладіть компас на стіл і зачекайте, доки його стрілка зорієнтується. Під’єднайте кінці проводу, намотаного на компас, до «вусиків» тестера (рис. 2). Спостерігайте за поведінкою стрілки компаса. Рис. 1 Рис. 2

rnk.com.ua/ 110506

§ 33. ДЖЕРЕЛА

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Згадайте умови існування

сформулюйте гіпотезу щодо того, які з відомих

за наявність електричного поля.

струму

пристроїв

1. Які пристрої називають джерелами струму? За створення електричного

створюється й підтримується завдяки розділенню різнойменних електричних зарядів.

частинки, що мають позитивний заряд, а на другому — частинки, що мають негативний заряд. Між полюсами виникає електричне поле. Однак розділити різнойменні заряди не так просто, адже між ними існують сили притягання. Для розділення зарядів, а отже, для створення електричного поля необхідно виконати роботу. І виконати її можна, використовуючи механічну, хімічну, теплову та інші види енергії. Джерела електричного струму — пристрої, які перетворюють різні види енергії на електричну енергію.

Рис. 33.2. Якщо різнойменно заряджені кондуктори електрофорної машини з’єднати

тричною лампою, у лампі виникне електричний струм. Лампа світитиметься, доки обертаються диски машини,

Рис. 33.4. Термопара — пристрій для перетворення теплової енергії на електричну. До кінців константанового дроту (1) припаяно

(4).

електрофорна машина (рис. 33.2), фото- і термоелементи (рис. 33.3, 33.4), вітроелектростанції тощо. Хімічними джерелами електричного струму називають пристрої, у яких розділення зарядів відбувається завдяки енергії, що виділяється внаслідок хімічних реакцій. До хімічних джерел струму належать гальванічні елементи й акумулятори.

Який вид енергії перетворюється на електричну енергію в динамо-генераторі велосипеда? у вітровому генераторі?

Електрод (Cu) Електрод (Zn)

Рис. 33.5. Найпростіший

Рис. 33.6. Алессандро Вóльта (1745–1827)

(рис. 33.6); він

й фізіолога Луїджі Гальвані (1737–1798). Саме досліди, описані

підказали А. Вольті ідею

реакції, унаслідок яких один

руть участь у реакціях, вичерпується,

акумулятори від гальванічних елементів? Із часом гальванічні елементи стають непридатними до роботи, і їх не можна використати вдруге. А от інший вид хімічних джерел електричного струму — електричні акумулятори

багаторазово.

Акумулятори, як і гальванічні елементи, складаються з двох електродів, поміщених

використовуваний в автомобілях, має електрод зі свинцю,

частин

А ще

не створюють шкідливих викидів в атмосферу, адже їхнє паливо — водень (гідроґен), результатом згоряння якого є вода. На жаль, конструкція

відрізняються розмірами, масою, енергоємністю, терміном роботи, надійністю, безпекою, вартістю тощо.

Вибір хімічного джерела струму зумовлений сферою його застосування. Приміром, в автомобілях із бензиновими двигунами доцільно використовувати порівняно дешеві кислотні акумуляторні батареї, і те, що вони досить важкі, не є вирішальним. А от джерела струму для мобільних телефонів мають бути легкими та безпечними, тому в них варто використовувати, наприклад, літій-йонні батареї, хоча вони порівняно дорогі. Модераторка онлайн-конференції

Відбувається розділення різнойменних електричних зарядів, унаслідок чого на одному полюсі накопичуються позитивні заряди, на другому — негативні, а отже, створюється електричне поле.

Хімічні джерела

Гальванічні елементи (одноразово) Акумулятори (багаторазово)

№ 33

1. Які перетворення енергії відбуваються: а) під час

акумулятора; б) під час роботи акумулятора?

2. Як на двох електрометрах, з’єднаних металевим провідником (див. рис. 31.1, б ), підтримувати протилежні

знаком електричні заряди?

3. Які перетворення енергії відбуваються під час роботи гідроелектростанції?

4. Чи працюватиме найпростіший гальванічний елемент (див. рис. 33.5), якщо для

однакового металу?

5. На рис. 1 і 2 схематично зображено будову гальванічного

мента (батарейки)

Рис. 1

Рис. 2

rnk.com.ua/ 110507

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Що, на ваш погляд, зображено на рисунку праворуч? Які реальні об’єкти можуть «ховатися» за кожним позначенням?

1. Як скласти найпростіше

коло?

Будь-який електричний пристрій може працювати, якщо наявний певний набір обов’язкових елементів: джерело струму, споживач електричної енергії, з’єднувальні проводи, замикальний (розмикальний) пристрій. Розглянемо ці елементи. Для цього створимо модель найпростішого електричного пристрою — кишенькового ліхтарика (рис. 34.1).

Джерело струму — батарея

гальванічних / акумуляторних

елементів. Батарея має два виводи (полюси): позитивний і негативний.

Споживач електричної

енергії — електрична

лампа. Будь-який споживач має два виводи**.

З’єднувальні проводи* . Для

кріплення проводів використовують спеціальні пристрої (рис. 34.2), паяння або зварювання.

Замикальний (розмикальний) пристрій — ключ. Окрім ключа, використовують і інші пристрої: рубильник, механічний або електронний вимикач,

З’єднані провідниками в певному порядку джерело струму, споживачі, замикальні (розмикальні) пристрої складають електричне коло.

Знайдіть на рисунку всі обов’язкові елементи електричного кола ліхтарика.

Зверніть увагу: у реальному пристрої важливим є певний порядок з’єднання елементів електричного кола. На рис. 34.3 зображено два прості електричні

елементи. При цьому спосіб

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

транспорту, а також

міжміські поїзди використовують

для руху електричну енергію. Обов’язкові елементи електричного кола,

без яких транспортний засіб не поїде, — це

джерело струму (міська електростанція), споживач — елементи конструкції засобу (двигун, освітлення тощо) та з’єднувальні

проводи. Останні — це проводи електромережі, пантограф і рейки (див. рисунок).

Деякі умовні позначення, застосовувані на схемах

Елемент

електричного кола

Гальванічний

елемент або

акумулятор

Батарея

гальванічних елементів або акумуляторів

Резистор

Електричний дзвінок

Штепсельна розетка

З’єднання

проводів

Перетин проводів (без з’єднання)

Затискачі для під’єднання

Ключ

Електрична лампа

Нагрівальний елемент

Запобіжник

2. Як накреслити електричну схему?

Щоб показати, які саме електричні пристрої необхідні для одержання певного електричного кола і як їх потрібно з’єднувати, використовують електричні схеми (часто їх називають просто схемами). Електрична схема — креслення, на якому умовними позначеннями показано, з яких

з’єднані між собою. Умовні позначення деяких елементів

елементів

ляторів): прийнято, що довга вертикальна риска позначає позитивний полюс джерела струму, а коротка — негативний. Напрямок струму показують на схемах стрілкою. За напрямок струму в колі прийнято напрямок, у якому рухалися

Рис. 34.4.

); б — схема паралельного з’єднання двох ламп (див. рис. 34.3, б ). Стрілками позначено напрямок струму в разі замкнення ключа

Рис. 34.5. Схема вмикання електричної лампи та обігрівача

Розглянемо схему складнішого електричного кола (рис. 34.5).

Коло має три замикальні пристрої (ключі), два споживачі струму (електричну лампу та електрообігрівач) і джерело струму (акумуляторну батарею).

Якщо замкнути ключі К1 і К2, а ключ К3 розімкнути, то коло, споживачем у якому є лампа, буде замкнене на джерело струму — і лампа світитиметься. Якщо замкнути ключі К1 і

3, а ключ К2 розімкнути, то працюватиме електрообігрівач, а лампа світитися не буде. Якщо ж замкнути всі три

тиме електрообігрівач.

Електричне

джерело струму (гальванічний елемент або акумулятор)

споживач електричної енергії (електрична лампа)

замикальний (розмикальний) пристрій (ключ)

з’єднувальні проводи

2. Накресліть схему

3. Накресліть схеми електричних кіл, зображених на рис. 3, а–в, стрілками покажіть

Рис. 3

4. Електричне коло складається з батареї акумуляторів, двох ключів, дзвінка та лампи. Один ключ може вмикати тільки лампу, а другий — тільки дзвінок. Накресліть схему електричного кола.

5. Накресліть схему електричного кола, яке містить два дзвінки, що вмикаються одночасно одним ключем, і батарею гальванічних елементів. (Зверніть увагу: завдання можна виконати двома способами.) Де можна застосувати таке з’єднання?

6. Електричне коло складається з батареї акумуляторів, дзвінка, ключа та лампи, причому лампа світиться весь час, а дзвінок вмикається тільки в разі замкнення

Поперечний переріз

Рис. 35.1. Уявно

розрізавши стрижень, одержуємо його

поперечний переріз

електронів.

в стрижні не тече струм, рух електронів у ньому хаотичний.

можна вважати, що кількість електронів, які

секунду

дять через поперечний переріз стрижня (рис. 35.1) зліва направо, дорівнює кількості електронів, що проходять через нього справа наліво.

Якщо приєднати стрижень до джерела струму, в провіднику виникне електричне поле, унаслідок дії якого хаотичний рух електронів стане напрямленим і кількість електронів, що проходять за певний час через поперечний

2. Яка сила струму є небезпечною

для людини?

Одиниця сили струму в СІ — ампер: [I] = A.

Ця одиниця названа на честь французького вченого А. Ампера (рис. 35.2).

Ампер — одна з основних одиниць СІ (рис. 35.3). Крім ампера, на практиці часто застосовують кратні й частинні одиниці сили струму. Так, значення малої сили струму подають у мікроамперах (мкА) і міліамперах (мА), значення великої сили струму — в кілоамперах (кА):

1 мкА = 10–6 А; 1 мА = 10–3 А; 1 кА = 103 А.

Щоб уявити, що означають велика та мала сили струму, розглянемо декілька прикладів. Сила струму в каналі блискавки сягає 50 кА, сила струму в аксоні під час передавання нервового імпульсу становить лише 0,004 мкА, а середня сила струму під час лікування електрофорезом

дорівнює 0,8 мА.

Подайте значення сили струму 0,004 мкА, 0,8 мА, 50 кА в амперах.

Значення сили струму в деяких електротехнічних пристроях наведено на рис. 35.4.

Струм силою 1 мА, якщо він проходить крізь тіло людини, вже небезпечний для неї. Струм силою 100 мА може призвести до серйозних уражень. Тому, щоб не наражатися на смертельну небезпеку під час роботи з електротехнічними приладами й пристроями, треба суворо дотримуватися правил

Рис. 35.2. Андре-Марі

4. Як виміряти силу струму?

А — умовне позначення амперметра

Рис. 35.5. Деякі

Як і будь-який вимірювальний прилад, амперметр не має впливати на значення вимірюваної величини. Тому амперметр сконструйований так, що в разі приєднання його до електричного кола значення сили струму в колі практично не змінюється.

Правила вимірювання сили струму амперметром

1. Амперметр вмикають у коло послідовно зі споживачем, у якому необхідно виміряти силу струму (рис. 35.7).

2. Клему амперметра, біля якої стоїть знак «+», з’єднують із проводом, що йде від позитивного полюса джерела струму, клему зі знаком «–» — із проводом, що йде від негативного полюса.

3. Не можна приєднувати амперметр

Рис. 35.6. Мультиметр, складовою частиною якого є

Дано:

t = 2 c

I = 0,32 A

e = 1,6 ⋅ 10–19 Кл

Знайти: N — ?

Пошук математичної моделі, розв’язання

За означенням сили струму: I q t = , тому qIt = . Знаючи загальний заряд, знайдемо кількість електронів: N q e It e == .

Перевіримо одиницю, знайдемо значення шуканої величини:

Відповідь: N =⋅41018 електронів.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Символ I

Фізична величина, що характеризує електричний струм і чисельно

дорівнює заряду, який проходить через поперечний переріз

проходить через поперечний переріз

1. Що називають силою струму? 2. За якою формулою визначають силу струму? 3. Яка одиниця сили струму? На честь кого її названо? 4. Яке значення сили струму безпечне для людини? 5. Яких основних правил безпеки необхідно дотримуватися під час роботи з електротехнічними пристроями? 6. Дайте означення кулона. 7. Яким приладом вимірюють силу струму? 8. Яких правил необхідно дотримуватися, вимірюючи силу струму?

ВПРАВА № 35

1. Перенесіть схему електричного кола (рис. 1) до зошита. Покажіть на схемі, де можна приєднати амперметр, щоб виміряти силу струму в лампах. Знаками «+» і

Рис. 1

2. Сила струму в провіднику 200 мА. Протягом якого часу через

поперечний переріз провідника проходить заряд, що дорівнює 24 Кл?

3. Накресліть схему електричного кола (рис. 2), позначте на ній

полярність клем амперметра. Як, на вашу думку, зміниться показ амперметра, якщо одна з ламп перегорить?

4. На рис. 3 показано вимірювання сили струму в електричному колі. Накресліть схему електричного кола, позначте полярність

клем амперметра. Визначте заряд, який проходить через поперечний переріз нитки розжарення

rnk.com.ua/

§ 36. ЕЛЕКТРИЧНА

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Коли системно виникають проблеми з електрикою, досить часто можна почути про вихід із ладу телевізорів, телефонів, побутової техніки та навіть про зумовлені цим пожежі. Що, на вашу думку,

псування пристроїв? 1. Що називають

У § 31 було доведено, що напрямлений

частинок (електричний струм) можливий

сили з

пі становить кілька мікровольтів, а між хмарами під час грози — сотні кіловольтів.

А чи знаєте ви, яка напруга подається у ваш будинок? на акумулятор вашого мобільного телефону під час його заряджання?

2. Як вимірюють напругу? Для вимірювання напруги використовують прилад, який називається вольтметр (рис. 36.1). Вольтметр дуже схожий на амперметр — і зовні, і за принципом дії. V — умовне позначення вольтметра на електричних схемах.

Як і будь-який вимірювальний прилад, вольтметр не

на значення вимірюваної величини. У разі паралельного приєднання вольтметра до певної ділянки кола значення напруги на цій ділянці практично не змінюється.

Правила вимірювання напруги вольтметром

1. Вольтметр приєднують паралельно ділянці

виміряти напругу (рис. 36.2).

2. Клему вольтметра, біля якої стоїть знак «+», з’єднують із проводом, який іде від позитивного полюса джерела струму; клему зі знаком «–» — із проводом, який іде від негативного полюса.

3. Для вимірювання напруги на виході джерела струму вольтметр приєднують безпосередньо до полюсів

Дано:

U = 12

g = 10

1. Доведіть, що, коли в провіднику тече струм, електричне поле виконує роботу. 2. Що називають напругою на деякій ділянці кола? 3. За якою формулою визначають електричну напругу? 4. У яких одиницях вимірюють напругу?

2. На рис. 2 зображено схему електричного кола. Перенесіть схему до зошита і покажіть на ній, де потрібно приєднати вольтметр, щоб виміряти напругу на лампі. Позначте полярність клем вольтметра.

3. Під час переміщення по ділянці кола заряду 3 Кл електричне поле виконало роботу 0,12 кДж. Визначте напругу на ділянці кола.

4. Електричне поле, переміщуючи ділянкою кола заряд 60 Кл, виконує ту саму роботу, що й сила тяжіння під час падіння тіла масою 200 г із висоти 360 м. Чому дорівнює напруга на ділянці?

5. На рис. 3 зображено схему електричного кола. Визначте роботу електричного струму в лампі протягом 1 год, якщо покази амперметра і вольтметра становлять 0,5 А і 220 В відповідно.

6. Скориставшись додатковими джерелами інформації, складіть задачу на визначення роботи електричного

електротехнічному пристрої.

rnk.com.ua/ 111188

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Уявіть, що у вас наявні три джерела струму (див. рисунок)

і лампа розжарення, що розрахована на на-

пругу 4,5 В. Яке із джерел струму ви виберете для складання електричного кола? Що і як зміниться, якщо це джерело замінити на інше з наявних?

1. Як залежить сила струму в провіднику від напруги

на його кінцях?

Складемо електричне коло (рис.

а). Будемо змінювати

напругу та спостерігати за показами приладів (рис. 37.1, б, в). Для фіксації результатів дослідження складіть і заповніть таблицю. Проаналізуйте її та зробіть висновок.

Рис. 37.2. Георг Сімон Ом (1787–1854) — німецький фізик, у 1826 р. експериментально відкрив закон, який був згодом названий його ім’ям

I, A O U, В

Рис. 37.3. Графік залежнос ті сили струму в провіднику від напруги на його кінцях — пряма лінія

початок координат (рис. 37.3).

2. Що називають електричним опором?

Більшість радіоелектронних пристроїв неможливо уявити без резисторів — деталей, що забезпечують певні опори (рис. 37.4).

3. Як формулюється закон Ома

для ділянки кола?

Усе те, що ви дізналися про залежність сили струму в провіднику від напруги на його кінцях, справджується і для ділянки кола, яка містить будь-яку кількість провідників. Отже,

закон Ома для ділянки кола:

Сила струму в ділянці кола прямо пропорційна

напрузі на кінцях цієї ділянки й обернено пропорційна електричному опору цієї ділянки.

Математичним записом закону Ома є формула: I U R = ,

де R — опір ділянки кола; він залежить тільки від властивостей

Рис. 37.4.

Рис. 37.5. Візуалізація

Гумористична візуалізація закону Ома подана на рис. 37.5.

Закон Ома

Дано:

Знайти:

Відповідь:

Електричний опір — це фізична величина, яка характеризує властивість провідника протидіяти проходженню електричного струму.

1. Опишіть дослід, який демонструє, що сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на його кінцях. 2. Дайте означення опору провідника. 3. Що таке 1 Ом? 4. Сформулюйте закон Ома для ділянки кола.

ВПРАВА № 37

1. На рис. 1 зображено електричне коло та його схему. Визначте опір резистора.

2. Користуючись показами приладів (рис. 2), визначте

тричної лампи.

3. Сила струму, який тече в спіралі кип’ятильника, дорівнює 1,5 А. Визначте напругу на спіралі, якщо

4. У провіднику, до кінців якого прикладено напругу 12 В, протягом 5 хв пройшов заряд 60 Кл. Визначте опір провідника.

5. Якщо

ціну поділки шкали амперметра.

ка, можна за допомогою дослідів, що продемонстровано на рис. 38.1 і 38.2. Об’єднайтесь у групи. Уважно розгляньте рисунки,

за всіх упоралась із завданням.

1. Які параметри провідника необхідно знати, щоб розрахувати його опір? Коли в металевому провіднику йде струм, вільні

ючись напрямлено, зіштовхуються

де R — опір провідника; l — довжина провідника; S — площа поперечного перерізу провідника; ρ — коефіцієнт пропорц ійності, що залежить від речовини (матеріалу), з якої виготовлений провідник. Цей коефіцієнт називають питомим опором речовини.

Рис. 38.1. Дослід, який доводить, що опір провідника прямо пропорційний

перерізу (S3 = 2S2 = 4S1) 1 2 3

Панель із ніхромовими дротами, які мають

однакову довжину та різну

площу S поперечного

Рис.

(див. табл. 7 Додатка). Значення питомого опору істотно залежить від температури речовини, тому в таблицях обов’язково зазначають температуру, за якої подані значення стають дійсними.

Скориставшись даними табл. 7 Додатка, поясніть, чому для виготовлення електропроводки в приміщеннях зазвичай використовують алюміній і мідь, а не значно дешевшу сталь. Чому гуму, склопластик, кераміку застосовують в електротехніці як ізолятори?

заставці до § 38), регулювати

Розглянемо двоконтактний повзунковий реостат (рис. 38.3). Ізольований металевий дріт (1) намотаний на керамічний циліндр (2) — у такий спосіб зменшують габарити реостата. Над обмоткою закріплено металевий стрижень (3), на якому розташований повзунок (4).

клеми, одну з яких (5) з’єднано з обмоткою, а

(6) зі стрижнем. Коли реостат приєднаний до кола, електричний струм проходить від однієї клеми до іншої (у цьому випадку — від клеми (5) до клеми (6), тобто

R l S =ρ , то опір реостата так само збільшується або зменшується, а це приводить до зміни сили струму.

На практиці крім повзункових реостатів використовують й інші типи реостатів, наприкла д важільні (секційні) реостати (рис. 38.4). На відміну від повзункових, опір важільних реостатів змінюється стрибками, відповідно стрибками змінюється й сила струму. Важільні реостати застосовують для вмикання і вимикання електродвигунів.

Розгляньте рис. 38.4, б. У скільки разів зменшиться опір секційного реостата, якщо важіль перемкнути з контакту А на контакт Б?

Кожний реостат розрахований на певну напругу. Максимальний опір реостата й найбільша можлива напруга на ньому зазначені на корпусі пристрою. Обмотки реостатів зазвичай виготовляють із металів (сплавів) із високим питомим опором (манганін, ніхром, фехраль тощо).

4. Учимося розв’язувати задачі

 Задача 1. На рисунку зображено схему електричного кола. Як зміниться сила струму в лампі, якщо повзунок реостата пересунути праворуч? 

Аналіз фізичної проблеми, розв’язання. Якщо пересунути повзунок реостата праворуч,

Дано:

l = 10 м

S = 05,мм2 U = 0 034 ,В

ρ=

Знайти: I — ?

Відповідь: I = 01,А .

типи реостатів ви знаєте? 6. Опишіть будову та принцип дії повзункового реостата.

ВПРАВА № 38

1. На рис. 1 зображено провідники, що мають однакову площу поперечного перерізу, але виготовлені

різних речовин (заліза, міді, свинцю). Визначте, з якої речовини виготовлений кожний провідник, якщо відомо, що їхні опори однакові.

2. Обчисліть опір мідного дроту довжиною 2 м, якщо площа його поперечного перерізу становить 6,8 мм2.

3. Як зміняться опір реостата і сила струму в колі (рис. 2), якщо повзунок реостата

пересунути праворуч?

4. Накресліть схему кола, поданого на рис. 3. Як зміняться показ амперметра і яскравість світіння

якщо повзунок реостата пересунути праворуч?

5. Якої довжини має бути ніхромовий

перерізу 0,2 мм2, щоб за напруги

в ньому становила 0,4 А?

6. Дріт, що має опір 25 Ом, розрізали навпіл і половини

Ключові терміни Питомий опір речовини

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №

Тема. Вимірювання

амперметра та вольтметра. Мета: навчитися визначати опір провідника за допомогою амперметра та вольтметра; переконатися на досліді в тому, що опір провідника не залежить від сили струму в ньому та напруги

кінцях.

Обладнання: джерело струму; резистор; повзунковий реостат; амперметр; вольтметр; ключ; з’єднувальні проводи.

rnk.com.ua/110508

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

Підготовка до експерименту

1. Перш ніж виконувати роботу, переконайтеся, що ви знаєте:

1) вимоги безпеки під час роботи з електричними колами;

2) правила, яких необхідно дотримуватися, здійснюючи вимірювання за допомогою амперметра та вольтметра.

2. Визначте ціну поділки шкал амперметра та вольтметра.

Експеримент Дотримуйтесь інструкції з безпеки. Результати вимірювань відразу

1. Складіть

якому зазначте: 1) яку

на точність вимірювання.

Творче завдання

на ньому; 3) які чинники

За отриманими під час експерименту

залежності сили струму в резисторі

(вольт-амперну характеристику резистора). За

значення опору резистора. Зверніть увагу:

лежати одній прямій, що проходить

експериментальних точок. Для визначення опору резистора

111190

ПИТАННЯ

провідників

принципом. Чи доречна така аналогія?

1. Яке з’єднання провідників називають послідовним?

Електричне коло, подане на рис. 39.1, не має розгалужень: елементи кола розташовані послідовно, один за одним. Таке з’єднання провідників називають послідовним.

Зверніть увагу: якщо один із послідовно

з ладу, то в решті струм теж іти

. Оскільки коло з послідовним з’єднанням провідників не має розгалужень, то заряд, який за певний час t проходить через поперечний переріз кожного з провідників, є однаковим:

qq q ==12 ,

де q — загальний заряд, який пройшов через коло; q1 — заряд, який пройшов через поперечний переріз спіралі резистора; q2 — заряд, який пройшов через поперечний переріз

Рис. 39.2. Вимірювання сили струму в різних ділянках електричного кола, яке складене з послідовно з’єднаних провідників: а — загальний вигляд електричного кола; б — схема. Сила струму в усіх провідниках однакова

рименту (рис. 39.2). Щоб з’ясувати, яким співвідношенням

напруги A q U = , отже, UU

U1 на першому провіднику та напруги U2 на другому провіднику: U = U1 + U2

Цей висновок

Краще зрозуміти властивості послідовного з’єднання провідників допоможе механічна аналогія. Проведіть відповідні паралелі самостійно. h2 h1 h

V1 V2 V

Рис. 39.3. Вимірювання напруги на різних ділянках електричного кола, складеного з послідовно з’єднаних провідників: а — загальний вигляд електричного кола; б — схема. Загальна напруга на ділянці кола дорівнює

2. Як розрахувати загальний опір ділянки кола?

Для обчислення загального опору R ділянки кола, яка складається з двох послідовно з’єднаних провідників опорами R1 і R2 , скористаємося співвідношенням UU U =+12 . Застосувавши закон Ома, можемо переписати це співвідношення так: IR IR IR =+ 11 22 .

Оскільки в разі послідовного

з’єднання II I 12== , то одержимо:

IRIRIR =+12 , або IR IR R =+ ( ) 12 . Пі-

сля скорочення на I маємо: RR R =+12

Якщо ділянка кола складається з кількох послідовно з’єднаних провідників, загальний опір ділянки дорівнює сумі опорів окремих

провідників: RR RRn=++ + 12 ... , де n — кількість провідників.

Зверніть увагу!

9 Загальний опір послідовно з’єднаних провідників більший за опір кожного із цих провідників.

9 Загальний опір послідовно з’єднаних провідників, які мають однаковий опір, можна розрахувати за формулою: Rn R =⋅ 0 , де n — кількість провідників; R0 — опір кожного провідника.

кола. Скориставшись законом Ома, знайдемо силу струму в колі. Знаючи, що сила струму в ділянці кола, яка складається з послідовно з’єднаних провідників, усюди однакова, обчислимо напругу

Дано:

R1 2 = Ом

R2 3 = Ом

R3 7 = Ом

U = 36 В

Знайти:

R — ?

U1 — ?

U2 — ?

U3 — ?

I — ?

кола: UU UU =+ += ++ = 12 3 69 21 36 ВВ ВВ. Одержаний результат збігається

отже, задачу розв’язано правильно. Відповідь: R = 12 Ом ;

1. Яку особливість має електричне коло, що складається з послідовно з’єднаних провідників? 2. Чому вимикач завжди з’єднують

споживачем послідовно? 3. Яким є співвідношення між загальною силою струму в ділянці кола з послідовно з’єднаними провідниками та силою струму в кожному провіднику? між загальною напругою на ділянці та напругою на кожному провіднику? 4. Як обчислити загальний опір кола, яке складається з послідовно з’єднаних провідників? 5. Як зміниться загальний опір ділянки кола, якщо до неї послідовно приєднати ще один провідник?

ВПРАВА № 39 Виконуючи завдання, опором проводів знехтуйте.

1. Загальний опір двох ламп і реостата, з’єднаних послідовно, дорівнює 65 Ом. Накресліть електричну схему цієї ділянки кола. Визначте опір реостата, якщо опір кожної лампи дорівнює 15 Ом.

2. Ділянка кола містить два послідовно з’єднані резистори з опором 2 Ом кожен. Який опір ділянки? Яка напруга на ділянці, якщо сила струму в ній 0,5 А? Яка напруга на кожному резисторі?

3. Опір одного з двох послідовно з’єднаних резисторів становить 650 Ом. Знайдіть опір іншого резистора, якщо сила струму в ньому 80 мА, а загальна напруга на обох резисторах дорівнює 72 В.

4. Ділянка кола (рис. 1) містить дві послідовно з’єднані електричні лампи, опір яких становить: R1 120 = Ом; R2 130 = Ом. Яким є показ вольтметра, якщо напруга на ділянці

5. Ділянка кола (рис. 2) містить три резистори, опір яких становить: R1 = 5 Ом;

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Виготовте пристрій, призначений для взаємооцінювання (рис. 1).

1. На аркуш цупкого картону наклейте у два стовпчики смужки з паперу.

2. На смужках, розташованих у лівому стовпчику, напишіть запитання.

3. На смужках у правому стовпчику напишіть

відповіді так, щоб пара «запитання — правильна відповідь» не становила один рядок.

4. Поряд із кожним прямокутником устроміть кнопку з довгим вістрям.

5. З’єднайте проводами кнопки на звороті картону так, щоб утворилися пари «запитання — правильна відповідь» (рис. 2), і складіть електричне коло. Об'єднайтесь у пари та проведіть взаємооцінювання: якщо торкнутися вільними кінцями проводів до клеми із запитанням і клеми з правильною відповіддю, лампа засвітиться.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №

Тема. Дослідження електричного кола з послідовним з’єднанням провідників.

Мета: експериментально перевірити,

що в разі послідовного з’єднання двох провідників справджуються співвідношення: I = I1 = I2; U = U1 + U2; R = R1 + R2.

Обладнання: джерело струму; вольтметр; амперметр; ключ; два резистори; з’єднувальні проводи.

1. Переконайтеся, що

2. Виміряйте силу струму, увімкнувши амперметр спочатку між джерелом струму й першим резистором (I1), потім між ключем і

резистором (I2), а потім між ключем і джерелом струму (I). Накресліть схеми відповідних електричних кіл.

Опрацювання результатів експерименту Використовуючи результати дослідів 1 і 2, обчисліть

резистора (R1), другого резистора (R2) та опір ділянки кола, яка містить обидва резистори (R ). R1, Ом R2, Ом R, Ом (R1 + R2), Ом Висновок Аналіз експерименту та

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Розгляньте

Що спільного мають ці кола? Чим вони відрізняються?

Уявіть, що ваша люстра має лише дві лампи. Як би ви їх з’єднали? Чому саме так? Поверніться до обговорення цього питання після

опрацювання параграфа та дізнайтеся, чи

мали ви рацію.

1. Вивчаємо коло, яке містить

паралельно з’єднані провідники

Розглянемо електричне коло, яке містить

дві паралельно з’єднані лампи (рис. 40.1).

Бачимо:

1) для проходження струму в колі є два шляхи — дві вітки, кожна з яких містить

одну лампу;

2) обидві вітки мають спільну пару точок (А і В) — вузлів.

У вузлах (вузлових точках) відбувається розгалуження кола (у кожному вузлі з’єднуються не менш ніж три проводи). Розгалуження є характерною ознакою кола з паралельним з’єднанням провідників. Коло може містити не одну, а кілька пар вузлових точок. При цьому

де n — кількість провідників. У разі паралельного з’єднання

2) вимкнення одного зі споживачів не приведе

9 Загальний опір паралельно з’єднаних провідників менший

від опору кожного із цих провідників.

9 Загальний опір паралельно з’єднаних провідників, які мають однаковий опір R0, можна розрахувати за формулою: R R n = 0 ,

де n — кількість провідників.

9 Опір R двох паралельно

з’єднаних провідників: R RR RR = + 12 12 .

послідовно; якщо

тареї, використовують паралельне

Цікаво, що

першою «створила» природа. Наприклад, «електричний орган» електричного вугра складається з кількох десятків паралельно з’єднаних «стовпчиків», кожний із яких містить до 10 000 послідовно з’єднаних «гальванічних

Дано:

U = 30 В

R RRR12 34 6 === = Ом

Знайти: I1 — ?

I2 — ?

I3 — ?

I4 — ?

результатів

зано правильно.

Відповідь: I1 = I4 = 2 A; I2 = I3 = 1 A.

4. Однакові за довжиною та поперечним перерізом дроти — залізний, мідний і срібний — з’єднали паралельно та підключили до джерела струму. У якому дроті сила струму буде найбільшою?

5. Визначте загальний опір ділянки кола, зображеної на рис. 40.5, б, якщо RR16 7 == Ом; R2 1 = Ом; R3 5 = Ом; R4 12 = Ом; R5 4 = Ом.

Якою буде загальна сила струму в ділянці кола, якщо до неї прикласти напругу 4 В?

6. Визначте, чому дорівнює напруга на полюсах джерела струму, яке живить коло (рис. 2), якщо R1 = 3 Ом; R2 = 2 Ом; R 3 = 8 Ом. Показ амперметра — 0,1 А.

7. Ви маєте 4 резистори з опором R 0 кожний. Скільки різних опорів і які саме ви можете отримати, використовуючи всі резистори одночасно?

8. Опір усіх резисторів на ділянці електричного кола (рис. 3) є однаковим і дорівнює 5 Ом. До ділянки кола прикладено незмінну напругу. Який ключ потрібно замкнути, щоб показ амперметра A2 був нижчим від

показу амперметра A1? Яке значення сили струму буде показувати амперметр A1, якщо замкнути тільки ключ К1? Відомо, що амперметр A2 показує 300 мА, якщо

всі ключі розімкнені.

9. Щоб виміряти силу струму, більшу за ту, на яку розрахований амперметр,

можна скористатися тим самим амперметром: паралельно амперметру необхідно під’єднати резистор — шунт (рис. 4).

У разі застосування шунта струм ділиться на дві частини: одна йде через амперметр,

Ключові терміни

Паралельне з’єднання провідників •

• Відгалуження (вітка) • Вузлова точка (вузол) • Закони паралельного з’єднання

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

Тема. Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням провідників.

Мета: експериментально перевірити, що сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів у відгалуженнях; довести, що загальний опір провідників, з’єднаних

паралельно, менший від опору кожного з них.

Обладнання: джерело струму; вольтметр; амперметр; ключ; дві електричні лампи на підставках; з’єднувальні проводи.

Вказівки до роботи

Підготовка до експерименту

1. Переконайтеся, що ви знаєте вимоги безпеки під час роботи з електричними колами.

2. Накресліть схему електричного кола, яке складається з двох паралельно з’єднаних ламп, що через ключ з’єднані з джерелом струму.

3. Складіть і запишіть план проведення

експерименту. Якщо вагаєтесь, скористайтеся наведеним планом.

Експеримент

Дотримуйтесь інструкції з безпеки. Результати вимірювань відразу заносьте до таблиці.

1. Складіть електричне коло за накресленою

вами схемою.

2. Виміряйте напругу U на лампах (див. рис. 40.3).

3. Під’єднавши амперметр до відповідної ділянки кола, виміряйте: силу

I, який проходить у нерозгалуженій

лянки кола, яка містить

до таблиці. U, В I, А I1 , А I2

Аналіз експерименту та його результатів

Проаналізувавши експеримент і його результати, зробіть висновок, у якому зазначте: 1) які співвідношення для паралельно з’єднаних

провідників ви перевіряли та які результати одержали; 2) які чинники могли вплинути на точність

Творче завдання Запишіть план проведення експерименту, за допомогою якого можна визначити

струму, резистор відомого опору та з’єднувальні проводи.

§ 41. РОБОТА І ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Напевно, всі ви бачили електролічильник. А як ви гадаєте, яку фізичну величину вимірює цей прилад? Чи доводилося вам знімати покази лічильника? Чи однаковими були ці покази за місяць? Якщо вони змінювалися, то чому?

1. Про що можна дізнатися за допомогою електролічильника?

На рис. 41.1 показано лічильник електричної енергії (електролічильник). Запишемо цифри, зафіксовані

тролічильник, вимірюється

Одна з фізичних величин, яку вимірюють у джоулях, — це робота. Отже, можна припустити, що електролічильником вимірюють роботу струму. Приєднаємо до кола електролічильника електрообігрівач. За деякий час знову знімемо показ лічильника (рис. 41.1, б ). Бачимо, що він збільшився. Електричний струм, проходячи спіраллю електрообігрівача, вико-

за формулою

з переміщення електричного

Потужність електричного струму —

фізична величина, що характеризує

швидкість виконання струмом роботи

й дорівнює відношенню роботи струму до часу, за який

му; A — робота струму за час t.

Оскільки AUIt = , то PUI =

Одиниця

9 Вимірюючи потужність струму в споживачі, ми визначаємо фактичну потужність

9 Потужність, яку зазначено в паспорті пристрою (або на пристрої), називають номінальною потужністю.

9 Значення фактичної та номінальної потужностей можуть відрізнятися, адже фактична напруга не завжди дорівнює номінальній.

1 А на ділянці кола з напругою 1 В. Ват — порівняно невелика одиниця потужності. На практиці

PUI = (

, побачимо, що потужність струму можна визначити, скориставшись амперметром і вольтметром. Існують також прилади для прямого вимірювання потужності електричного

цих споживачів. Обчисліть вартість електроенергії,

дорівнює 5 Ом, а напруга на ділянці становить 10 В.  Аналіз фізичної проблеми. Розв’язати задачу можна двома способами:

1) обчислити потужність струму, яку споживає кожний резистор, а потім знайти суму одержаних потужностей;

2) визначити загальну силу струму в ділянці та, знаючи загальну напругу, обчислити загальну потужність струму

Дано:

RR R 12 3 5 === Ом

U = 10 В

Знайти: P — ?

Використавши закон Ома, знайдемо напругу на резисторах 2 і 3 та обчислимо потужності струму, які вони споживають: UI R22 2 15 5 == ⋅= АОмВ , PU I 22 2 51 5 == ⋅=ВА Вт; UI R33 3 15 5 == ⋅= АОмВ , PU I 33 3 51 5 == ⋅=ВА Вт.

Отже, PP PP =+ += ++ = 12 3 20 55 30 ВтВтВтВт.

Відповідь: P = 30 Вт.

Розв’яжіть задачу в інший спосіб. Переконайтеся, що

Дано:

v = 16

F =⋅3105 Н

U =⋅3103 В

I =⋅2103 А

Знайти: η — ?

струму у двигуні електровоза: AUIt повна = . Підставивши вирази для A

Перевіримо одиницю, знайдемо значення шуканої величини:

Аналіз результату. ККД дорівнює

результат реальний.

Відповідь: η= 80 %.

та часу t, про -

струму? 5. За якою формулою можна обчислити потужність струму?

6. Що називають номінальною потужністю електричного пристрою?

7. Що таке фактична потужність електричного пристрою? 8. Як

струму?

1. За показами електролічильника

струм

провідники

а) паралельно; б) послідовно.

6. Визначте силу струму, який проходить через електродвигун підіймального крана, якщо вантаж масою 1 т кран підіймає на висоту 19 м за 50 с. ККД електродвигуна становить

споживанням

самий час записуйте показ лічильника

те, скільки електроенергії було спожито за

За результатами

запитання.

1) У який день тижня витрати електроенергії були найбільшими? Чому?

2) Чи були ввімкнені споживачі електроенергії без потреби?

3) Як можна заощадити електроенергію?

4) Як заощадити кошти, використовуючи двозонний лічильник електроенергії? (Такі лічильники рахують споживання електроенергії вдень і вночі окремо.)

ЛАБОРАТОРНА

Тема. Вимірювання потужності споживача електроенергії.

Мета: навчитися вимірювати потужність електричного струму, використовуючи амперметр і вольтметр.

Обладнання: джерело струму; вольтметр; амперметр; ключ; лампочка на підставці; реостат; з’єднувальні проводи; два резистори.

rnk.com.ua/110512

Експеримент

Дотримуйтесь інструкції з безпеки. Результати вимірювань відразу заносьте до таблиці.

1. Складіть електричне коло за схемою, поданою на рисунку.

2. Розташуйте повзунок реостата посередині його обмотки, замкніть коло та виміряйте фактичну напругу Uф на лампі й фактичну силу струму Iф у колі.

3. Пересуваючи повзунок реостата, доможіться того, щоб напруга на лампі наблизилася до номінальної. Знову виміряйте напругу Uф на лампі та силу струму Iф у колі.

4. Розімкніть коло.

Номер досліду Напруга,

Опрацювання результатів експерименту

1. Використавши результати вимірювань, обчисліть фактичну потужність струму в лампі для кожного досліду за формулою: Pф = UфIф.

2. Обчисліть номінальну силу струму в лампі

ність).

3. Закінчіть заповнення таблиці.

Аналіз експерименту та його результатів Проаналізувавши експеримент і

результати, зробіть висновок, у якому зазначте: 1) яку фізичну величину ви вимірювали, за допомогою яких приладів; 2) який результат отримали; 3) чи збігаються отримані значення фактичної потужності та номінальної; якщо ні, то поясніть причину розбіжності; 4) які

rnk.com.ua/ 110513

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Будь-який провідник під час проходження струму нагрівається (див. рисунок праворуч).

Об’єднайтесь у групи та влаштуйте гру: хто наведе більше прикладів використання теплової дії струму (у побуті, промисловості, сільському господарстві тощо). А потім спробуйте разом згадати приклади, коли теплова дія струму є шкідливою. Висуньте гіпотезу, чи можна регулювати теплову дію струму, і якщо можна, то як.

1. Чому струм чинить теплову дію?

Коли в провіднику йде струм, то вільні заряджені частинки, рухаючись під дією електричного поля, зіштовхуються з іншими частинками та передають їм частину своєї енергії. Наприклад, електрони в металах зіштовхуються з йонами, розташованими у вузлах кристалічної ґратки. У результаті середня швидкість

2. Дізнаємося про закон Джоуля — Ленца

Теплову дію струму незалежно

один від одного вивчали на дослідах Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) та Емілій Ленц (1804–1865).

Учені дійшли однакового висновку, який згодом отримав назву закон

Джоуля — Ленца:

Кількість теплоти, яка виділяється в провіднику внаслідок прохо -

дження струму, прямо пропорційна

квадрату сили струму, опору провідника й часу проходження струму:

QI Rt = 2

На рис. 42.1 зображено схему

досліду, який доводить закон

Джоуля — Ленца. Спробуйте

описати цей дослід самостійно.

Закон Джоуля — Ленца був установлений експериментально.

Тепер, знаючи формулу для розрахунку роботи струму AUIt = ( ) , цей

закон можна вивести за допомогою

простих математичних викладень.

Якщо на ділянці кола, у якій тече струм, не виконується механічна робота й не відбуваються хімічні реакції, то результатом роботи електричного струму буде тільки нагрівання провідника. Отже, у цьому випадку згідно

теплоти Q дорівнюватиме роботі A струму: QA = . Оскільки AUIt =

Джоуля — Ленца: 1, 2 —

(опір нагрівника 1 більший за опір нагрівника 2); 3 — калориметри з однаковою кількістю води; 4 — термометри

Зверніть увагу!

9 Роботу струму завжди можна визначити за формулою:

AUIt = .

9 Кількість теплоти, яка виділяється в провіднику, завжди можна визначити за формулою:

QI Rt = 2 .

9 Якщо ділянка кола містить тільки споживачі, в яких уся електрична енергія витрачається лише на нагрівання, то робота струму дорівнює кількості теплоти. У цьому випадку і роботу струму, і кількість теплоти можна визначити за будь-якою з формул: AUIt tI Rt Q U R == == 2 2 . 9 Якщо ж на ділянці кола є споживачі електричної енергії, в яких виконується механічна робота

відбуваються хімічні реакції, то формулами

QUIt t U R == 2 і AI Rt t U R == 2 2

Рис. 42.2. Щоб збільшити тепловіддачу, поверхню обігрівача роблять ребристою, а нагрівальну поверхню електроплити виготовляють із темних металів

Рис. 42.3. Основна частина будь-якого електричного нагрівального пристрою — нагрівальний елемент

Рис. 42.4. Повертаючи тумблер праски, вибираємо певний температурний режим

риси

електронагрівальних пристроїв?

Електричні нагрівальні пристрої широко застосовують у сільському господарстві, промисловості, на транспорті, у побуті. Попри зовнішнє різноманіття, усі електронагрівники, використовувані на практиці, мають спільні риси.

По-перше, робота всіх електричних нагрівників ґрунтується на тепловій дії струму: у таких пристроях енергія електричного струму перетворюється

гію нагрівника, який, зі свого

енергію довкіллю шляхом

(рис. 42.2). По-друге, основною частиною

проходження струму (рис. 42.3). Нагрівальні елементи мають витримувати

пристрою. За законом Джоуля Ленца кількість теплоти Q, що виділяється в нагрівальному елементі, обчислюється за формулою QI Rt = 2 , отже, змінюючи час нагрівання або силу

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: резистор; лампочка на підставці; три з’єднувальні проводи; джерело живлення.

З’єднайте резистор послідовно з лампою та приєднайте до джерела живлення (сила струму в лампі та резисторі буде однаковою). Зачекайте 5 с і розімкніть коло. Торкніться резистора пальцем. Чи нагрівся резистор так само сильно, як і нитка розжарення лампи? Поясніть результат досліду.

4. Чому інколи сила струму в колі різко збільшується?

Опір підвідних проводів досить малий,

сили струму вони дуже

є незмінною, збільшення сили струму

можливе тільки за умови зменшення

загального опору кола. Споживачі струму у квартирі з’єднані паралельно, тому, якщо ввімкнути одразу кілька потужних

споживачів, загальний опір кола суттєво зменшиться, відповідно сила струму

в колі значно збільшиться.

Різко збільшується сила струму в колі й у разі короткого замикання — з’єднання кінців ділянки кола провідником, опір якого дуже малий порівняно з опором даної ділянки. Наприклад, коротке замикання може виникнути внаслідок порушення ізоляції проводів

ремонту

струму в колі збільшиться понад норму (рис. 42.5, 42.6).

Увага! Дуже небезпечно застосовувати несправні запобіжники або саморобні запобіжні пристрої. Якщо в разі збільшення сили струму понад норму коло своєчасно не розімкнеться, виникне пожежа.

Рис. 42.5. Автоматичні запобіжники. Робоча частина автоматичного запобіжника —

біметалева пластина. У разі збільшення сили струму понад норму біметалева пластина

вигинається, унаслідок чого коло розмикається. Після охолодження запобіжник

Сподіваємося,

плавкі

(див. рис. 42.6).

Рис. 42.6. Плавкі запобіжники, які застосовують у радіотехніці. Усередині керамічної або скляної трубочки з металевими наконечниками натягнуто тонкий дріт із легкоплавкого матеріалу

струм, виділяється кількість

ється на

води до кипіння, тобто до 100 °С. Подавши Qповна і

демо шукану величину. Значення питомої теплоємності с води знайдемо у відповідній таблиці (див. табл. 1 Додатка).

Пошук математичної моделі, розв’язання За означенням

Знайти:

Дано:

I max = 10 А

P1 200 = Вт

P2 800 = Вт

P3 1400 = Вт

U = 220 В

Знайти:

Pmax — ?

запобіжник (Pmax = 2200 Вт), бачимо, що

перевищило максимально можливе значення. Отже, запобіжник спрацює, коло розімкнеться. Відповідь: запобіжник розімкне

Pзаг — ? ПІДБИВАЄМО

1. Чому нагріваються провідники, в яких тече електричний струм?

2. Сформулюйте закон Джоуля Ленца. 3. Які формули для розрахунку кількості теплоти, що виділяється в провіднику внаслідок проходження струму, ви знаєте? Чи завжди можна ними користуватися?

4. Які перетворення енергії відбуваються всередині електронагрівника в разі його ввімкнення в електричне коло? 5. Які властивості повинен мати метал, із якого виготовляють нагрівальний елемент? 6. Чому нагрівальний елемент має бути ізольований від корпусу нагрівального приладу? 7. Що може стати причиною надмірного збільшення сили струму в електричному колі? До чого це може призвести? 8. З якою метою застосовують запобіжники? 9. Поясніть принцип дії автоматичного запобіжника.

ВПРАВА № 42

1. Скільки теплоти виділиться за 10 хв в електропечі, якщо опір нагрівального елемента печі становить 30 Ом, а сила струму в ньому дорівнює 4 А?

2. Два провідники опорами 10 і 20 Ом увімкнено в мережу, що має напругу 100 В. Яка кількість теплоти виділиться за 5 с у кожному провіднику, якщо вони з’єднані паралельно?

3. Якою є максимально допустима потужність струму в пристрої, якщо його плавкий запобіжник розрахований на максимальний струм 6 А за напруги 220 В?

4. Чому для запобігання займанню електропроводки особливу увагу необхідно приділяти якісному з’єднанню дротів один з одним та з приладами, які ввімкнено в мережу?

5. Електрокип’ятильник, в обмотці якого тече струм силою 2 А, за

5 хв нагріває 0,2 кг води від 14 °С до кипіння. Визначте напругу, подану на електрокип’ятильник. Втратами енергії знехтуйте.

6. Д ля приєднання зварювального апарата, який споживає струм силою 100 А, недосвідчений робітник вирішив скористатися освітлювальним шнуром. Чому ви, знаючи фізику, ніколи цього не зробите?

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

За паспортами й інструкціями до різних споживачів струму у вашій оселі з’ясуйте їхню потужність. Дізнайтеся, на яку силу струму розраховані запобіжники, що встановлені в електролічильнику. Визначте, скільки споживачів і які саме можна одночасно ввімкнути в одне відгалуження проводки.

Ключові терміни Теплова дія струму • Закон Джоуля — Ленца • Нагрівальний елемент • Коротке замикання • Запобіжники

ЛАБОРАТОРНА

Тема. Визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) електричного нагрівника.

Мета: спостерігати теплову дію електричного струму; навчитися вимірювати ККД електричного нагрівника.

Обладнання: вольтметр; амперметр; термометр; мірний циліндр; годинник; джерело струму; ключ; ніхромова спіраль, забезпечена контактами (нагрівник); калориметр; мішалка; склянка з водою кімнатної температури; паперові серветки.

rnk.com.ua/110514

Вказівки до роботи Підготовка до експерименту

1. Перш ніж виконувати роботу, переконайтеся, що ви знаєте вимоги безпеки під час роботи з електричними колами.

2. Запишіть формули для визначення:

1) кількості теплоти, що виділяється

2) кількості теплоти, що необхідна

Експеримент Дотримуйтесь інструкції з безпеки. Результати вимірювань відразу заносьте до таблиці.

1. Скориставшись мірним циліндром, налийте в калориметр 120–150 мл води. Визначте масу m води та виміряйте її

2. Складіть електричне коло за схемою, поданою на рисунку.

3. Обережно опустіть спіраль нагрівника в калориметр так, щоб вода не потрапила на клеми.

4. Замкніть електричне коло, зафіксуйте покази годинника та виміряйте силу струму I в колі й напругу U на спіралі нагрівника.

5. За τ = 10 хв розімкніть коло, обережно перемішайте воду мішалкою та виміряйте кінцеву температуру t води.

6. Дістаньте термометр і спіраль із

осушіть їх серветками; термометр покладіть у футляр. Вода Нагрівник ККД c

1. Використавши результати вимірювань, обчисліть:

1) кількість теплоти, отриману водою: Qc mt t корводи 0 ;

2) кількість теплоти, що виділилася в нагрівнику внаслідок проходження струму: QUI повна =τ ;

3) коефіцієнт корисної дії нагрівника: η= Q Q кор повна 100 %. 2. Закінчіть заповнення таблиці. Аналіз експерименту та його результатів Проаналізувавши експеримент і

результати, зробіть висновок, у якому зазначте: 1) яку фізичну величину ви вимірювали, за допомогою яких приладів; 2) який результат отримали; 3) чому ККД

Наявність вільних заряджених частинок

Створюється джерелами струму, усередині яких відбувається перетворення різних видів енергії на енергію електричного поля У металах — вільні електрони, які наявні завжди

ДЖЕРЕЛА СТРУМУ хімічні фізичні

6. Ви вивчили фізичні величини,

Електричний заряд. Електричне поле. Електричний струм

Група результатів 1. Проводимо

дослідження природи

1. (2 бали) На рис. 1 зображено дві пари кульок, підвішених на шовкових нитках.

Визначте знак заряду кульки 2; кульки 3.

2. (2 бали) Які твердження є хибними?

а) Вимірюючи напругу на джерелі живлення, «+» вольтметра приєднують до «–» джерела, а «–» вольтметра — до «+» джерела.

б) Амперметр вмикають у коло послідовно зі споживачем.

в) Щоб зарядити скляну паличку позитивним зарядом, її треба потерти об шкіру.

г) Реостат — це пристрій, призначений для регулювання сили струму.

3. (3 бали) Які прилади й пристрої знадобляться для того, щоб експериментально перевірити закон Ома для ділянки кола?

а) реостат; б) ключ; в) динамометр; г) амперметр; д) вольтметр; е) з’єднувальні проводи; є) запобіжник; ж) джерело живлення.

4. (5 балів) За рис. 2 визначте:

1) ціну поділки шкали амперметра;

2) межі вимірювання вольтметра;

3) силу струму в резисторі;

4) напругу на резисторі;

5) опір резистора.

Група результатів 2. Здійснюємо пошук та опрацьовуємо інформацію

5. (2 бали) На цоколі електричної лампи зазначено: «4,4 В; 0,22 А». Яким є опір

розжарення лампи під час світіння? а) 0,05 Ом; в) 4,18 Ом; б) 0,968 Ом; г) 20 Ом.

6. (2 бали) На рис. 3 наведено

7. (3 бали) На рис. 4 подано вольт-амперні характеристики двох провідників. Визначте суму

опорів цих провідників. а) 0,35 Ом; б) 4 Ом; в) 12,25 Ом; г) 16 Ом.

8. (5 балів) Назвіть елементи електричного кола, позначені на рис. 5 цифрами. Як і чому змінилась яскравість світіння лампочки після того, як повзунок реостата пересунули праворуч?

Група результатів 3. Усвідомлюємо

закономірності природи

9. (2 бали) Якою є напруженість у деякій точці

електричного поля, якщо на заряд 5 нКл це

електричне поле діє із силою 2 мкН?

а) 10

10. (2 бали) Яким є опір ніхромового дроту завдовжки 20 см і з площею поперечного перерізу 2 мм2?

а) 0,11 Ом; б) 11 Ом; в) 22 Ом; г) 44 Ом.

11. (2 бали) Установіть відповідність між дією

його опору (А–Г).

1 Дріт зігнули навпіл

і скрутили

2 Дріт приєднали до джере-

ла струму

3 Дріт замінили дротом

з удвічі меншою площею поперечного перерізу

12. (3 бали) Поясніть, як і чому за допомогою негативно зарядженої ебонітової палички

13. (3 бали) Протягом 10 с через ділянку

Група результатів 1. Проводимо дослідження природи

1. (2 бали) Які одержані твердження є хибними?

Дія автоматичних запобіжників ґрунтується на…

а) властивості кристалічних речовин плавитися за певної температури;

б) тепловій дії струму;

в) розширенні твердих тіл унаслідок нагрівання; г) властивості однойменних зарядів відштовхуватися.

2. (3 бали) Ви намагаєтеся виміряти ККД електричного нагрівника.

Які прилади вам НЕ знадобляться?

а) вольтметр; д) мірний циліндр;

б) амперметр; е) лінійка;

в) динамометр; є) годинник.

г) термометр;

3. (3 бали) На рис. 1 зображено електричне коло. Виберіть усі правильні

твердження.

а) Усі споживачі електричної енергії

в колі з’єднані паралельно.

б) Лампа та резистор з’єднані послідовно.

в) Якщо розімкнути ключ К2, то всі споживачі в колі не працюватимуть.

г) Напруга на електричному дзвонику дорівнює напрузі на лампі.

4. (4 бали) Як зміняться покази приладів (рис. 2), якщо повзунок реостата перемістити ліворуч?

Група результатів 2. Здійснюємо пошук та опрацьовуємо інформацію

5. (2 бали) Якою є сила струму в нитці розжарення електричної лампи (рис. 3) за номінальної напруги? а) близько 0,45 А; б) 2,2 А; в) 22 кА.

6. (3 бали) Установіть відповідність

7. (2 бали) Наприкінці місяця господариня зняла показ лічильника (рис. 4). Визначте вартість спожитої за місяць електроенергії, якщо на початок місяця показ лічильника був 2185,0 кВт ⋅ год, а тариф становив 4,32 грн за 1 кВт ⋅ год. а) 160,1 грн; в) 432,2 грн; б) 320,2 грн; г) 691,2 грн.

8. (2 бали) На рис. 5 наведено вольт-амперні характеристики двох пристроїв. У скільки разів за напруги 6 В потужність струму в пристрої 1 є більшою за потужність струму в пристрої 2? а) у 2 рази; в) у 4 рази; б) у 3 рази; г) у 6 разів.

9. (3 бали) На рис. 6 схематично зображено три дроти, які виготовлені з різних матеріалів і приєднані до джерела струму. Довжини дротів, а також площі їхніх поперечних перерізів однакові. У якому дроті виділяється найбільша кількість теплоти?

Група результатів 3. Усвідомлюємо закономірності природи

10. (1 бал) Три лампи з’єднали послідовно

Якою є напруга на клемах акумулятора, якщо напруги на лампах 4, 6 і 8 В? а) 2 В; б) 10 В; в) 18 В; г) 24 В.

11. (2 бали) Сила струму в нагрівальному елементі

становить 5 А, опір елемента — 40 Ом. Яка кількість теплоти виділяється в нагрівальному елементі протягом 5 хв? а) 2 Дж; б) 200 Дж; в) 300 кДж; г) 5 кДж.

12. (4 бали) Транспортер піднімає вантаж масою 300 кг на висоту 16 м протягом 2 хв. Визначте силу струму в електродвигуні транспортера, якщо напруга в мережі дорівнює

13. (5 балів) За рис.

ТЕМИ ПОВІДОМЛЕНЬ

1. З історії вивчення електричних явищ.

2. Статична електрика в нашому житті та в живій природі.

3. Електросмог навколо нас.

4. Георг Сімон Ом: історія життя.

5. Сучасні джерела живлення для електронних пристроїв.

6. Джерела електричного струму для космічних досліджень.

7. Застосування електрики в медицині.

8. Дія електричного струму на клітини рослин, живих істот.

9. Історія електричної лампи.

ТЕМИ

1. Створення електроскопа та дослідження електростатичних явищ.

2. Цікаві досліди з електростатики.

3. Візуалізація силових ліній електричного поля за допомогою солом’яних «стрілок», манної крупи, насіння фенхелю.

4. Створення різноманітних джерел живлення.

5. Вплив електричного поля на якість насіння та врожайність.

6. Дослідження електропровідності різних рідин.

7. Дослідження електропостачання квартири. ТЕМИ

1. Електрика в житті людини.

2. Сучасні побутові та промислові

Розділ 1. МОМЕНТ СИЛИ. МЕХАНІЧНА

№ 1. 1. Похила площина; значення й напрямок сили. 2. 1 — Б; 2 — В; 3 — Д; 4 — Г. 4. Бур — коловорот, гвинт; стругачка — важіль, клин; ножиці — важіль, клин. 5. 2; 4 м. № 2 . 1. Хлопчика. 2. а — у відстані; б — у силі. 3. 54 Н. 4. 16 кг. 5. 18 кг; 30 кг. 6. 30 см. 7. Для різання металу треба прикласти значно більшу силу, і це досягається збільшенням плеча прикладеної сили (ручок ножиць). 8. 20 кг; 350 Н. 9. 2,3 кг.

№ 3. 1. Рухомий; на 5 см; 30 Н. 2. 8 кг; на 12 см. 3. 510 Н. 4. 0,6 м/с; 5 кг. 5. 4 кН.

№ 4. 1. Ні; ні. 2. а) Ні; б) так, від’ємну; в) так, додатну. 4. 3 м. 5. Сила тяжіння; 200 Дж. 6. 1 м/с. 7. 120 Дж. 9. 200 Дж.

№ 5. 1. Учитель. 2. 3,2 кДж. 3. 6 с. 4. 50 кН. 5. 11,25 кВт. 6. 75 105 , ⋅ м3.

№ 6. 1. а) Ні; б) так. 2. 80 %. 3. 200 кДж. 4. 300 Н. 5. 90 %.

№ 7. 1. Кінетичної; потенціальної. 2. Під час зльоту Ep ↑, Ek ↑; під час посадки Ep ↓, Ek ↓. 3. 24 Дж. 4. 2,5 кДж. 5. 40 см. 6. 2,5 кг. 7. 32 Дж. 8. 5 мДж.

№ 8. 1. а) Ep деформованого тіла → Ek стріли; б) Ep піднятого тіла → Ek тіла → Ep піднятого тіла; далі процес повторюється; в) Ep деформованої пружини → Ek кульки. 2. Ep → Ek → внутрішня енергія; не зберігається. 3. Ep деформованої пружини → Ek кульки → Ep піднятої кульки. 4. 1,5 м; 6 Дж. 5. Ні; збільшуватиметься за рахунок роботи.

№ 9. 1. EEkp== 50 Дж. 2. 15 м. 3. 2,4 м. 4. 2,4 м. 5. 12 м/с. 6. а) 168 кДж; б) 8 кДж; в) була витрачена на роботу сили тертя.

Завдання для самооцінювання до розділу 1

1. а. 2. 1–В, 2–Б, 3–Г. 3. 1) Змусити автомобіль рухатися протягом, наприклад, 5 с; 2) виміряти відстань l, яку подолав автомобіль за цей час; 3) виміряти масу m автомобіля; 4) за формулою v l t сер = визначити середню швидкість руху автомобіля; 5) за формулою Ek

кінетичну енергію автомобіля. 4. а) Похила площина, два нерухомі блоки; в) рухається вниз:

100 % , піднімається вгору:

% . 5. в, г, д. 6. Так. 7. а. 8. 1 — Б, Д; 2 — А, Б; 3 — А, В. 9. а) 15 Дж; б) 7,5 Дж. 10. г. 11. г. 12. б. 13. 30 кН. 14. m1 15 = кг; m2 10 = кг. 15. E p = 90 Дж; Ek = 30 Дж.

№ 10. 2. Рідина. 3.

тріснути; внутрішні шари скла розширяться сильніше,

ціальна → кінетична; переходить

№ 12 . 1. У лівій склянці. 2. а) Потерти головку сірника об

б) запалити в полум’ї. 3. 1–А; 2–В; 3–Б. 4. Внутрішня енергія не змінюється, Ek ↓, Ep ↑. 5. Внутрішня енергія для всіх трьох випадків є однаковою; механічна енергія змінюється: а) найменше значення; б) збільшується внаслідок збільшення Ep; в) найбільше значення внаслідок збільшення Ep i Ek. 6. б). Коли температура на вулиці та в будівлі зрівняються. 7. Щоб не отримати опіків через тертя рук об поверхню каната. 8. Так, може. № 13. 1. Кисень. 2. Шуба не гріє, а зберігає тепло. 3. Пух створює простір із великим вмістом повітря, а повітря погано проводить тепло. 4. Усередині склопакетів міститься повітря, а воно погано проводить тепло. 5. а — на рушнику; б — на металевій тарілці. 6. Металева. 7. Метали швидше за деревину проводять тепло. Що більша різниця температур тіл, що контактують, тим активніше йде цей процес. Тому за температури повітря 15,8 °С доцільно вибрати дерев’яну лаву, а за температури повітря 36,6 °С вибір лави визначається виключно її зручністю. № 14. 1. Температура язиків полум’я більша за температуру навколишнього повітря. 2. У приміщенні повітря біля підлоги холодніше, ніж вгорі. 3. Вода погано проводить тепло, а конвекція відсутня. 4. Під льодом. 5. Воду неможливо нагріти зверху без застосування примусової конвекції, тому нагрівники води завжди розміщують знизу. У випадку з високою посудиною проводи зі струмом мали б опинитись у воді, що є небезпечним. 6. Хмари «тримаються» конвекційними потоками повітря. № 15. 1. Тіла з темною поверхнею краще випромінюють тепло. 2. У білий або сріблястий. 3. Тіла з темною поверхнею краще поглинають тепло. 4. Сонячного дня. 5. а) Теплопровідність; б) конвекція; в) конвекція; г) випромінювання. 6. Вакуум — В; вода — Т, К, В; ґрунт сухий — Т, В; залізо — Т, В; кисень — Т, К, В; повітря — Т, К, В. 7. Відсутність повітря спричиняє відсутність теплопровідності та конвекції, а дзеркальна поверхня заважає передачі тепла випромінюванням. 8. Повітря нагрівається від поверхні Землі; зокрема, від кольору поверхні. № 16. 1. Щоб нагріти 1 кг срібла на 1 °С, йому необхідно передати 250 Дж теплоти. 2. Вода має велику питому теплоємність, тому, охолоджуючись, віддає довкіллю значну кількість теплоти. 3. 1,2 кДж. 4. 1) m = 0,1 кг; 2) Q = 92 Дж; 3) ∆t = 2 ° C. 5. Зі сталі. 6. Ні; ні; ні. 7. 540,8 кДж. 8. 10,5 м.

№ 17. 1. 16 кг. 2. 70 °С. 3. 130 °С. 4. 250 Дж кг ⋅°C . № 18. 1. в. 2. Молекули не змінились, відстань між ними ↑. У

молекули коливаються біля положень рівноваги, час від часу переміщуючись рідиною.

№ 19. 1.

№

конденсується в холодному повітрі.

№ 22 . 1. Зі ↑ висоти атмосферний тиск ↓, тому температура кипіння води ↓. 2. Внутрішня енергія 1 кг водяної пари за температури 100 °С більша за внутрішню енергію 1 кг води за тієї самої температури на 2,3 МДж. 3. 23 МДж. 4. а) Спирт; б) 900 кДж/кг. 5. 30,52 МДж. 6. Ні; для підтримання кипіння потрібна енергія, а теплообмін не відбувається.

№ 23. 1. Порох згоряє швидше. 2. 270 МДж. 3. 2 г. 4. 35 %. 5. 100 °С, частина води перетвориться на пару. 6. Частина енергії витрачається на випаровування.

№ 24. 1. 25 %. 2. ≈33,3 %. 3. 65,32 МДж. 4. 11,5 кВт.

№ 25. 1. Хімічна енергія, «схована» в паливі, → внутрішня енергія пари → кінетична енергія обертального руху турбіни → електрична енергія. На кожному етапі частина енергії передається довкіллю. 2. 45,5 %. 3. Над сумішшю виконують роботу, тому її внутрішня енергія ↑, а отже, t ↑. 4. Пара виконала роботу, тому її внутрішня енергія ↓, а отже, t ↓. Завдання для самооцінювання до розділу 2 Температура. Внутрішня енергія. Теплопередача 1. а. 2. б, в, г. 3. 5,1 кДж. 4. 5 °С. 5. а, б, в. 6. а, б. 7. в. 8. Сталь. 9. а, б. 10. Темний одяг краще поглинає сонячне випромінювання. 11. І ватяний халат, і шуба погано проводять тепло, адже між ворсинками міститься багато повітря; мешканець Півночі не віддає багато тепла навколишньому середовищу, а мешканець пустелі — не одержує. 12. На 50,4 °С. Зміна агрегатного стану речовини. Теплові двигуни 1. а; в; г. 2. а; б. 3. Гази займають увесь наданий об'єм. 4. 26,15 МДж/кг. 5. г. 6. в. 7. У легенях активно випаровується вода, і на цей процес витрачається досить велика енергія. 8. в. 9. а) рідкому; б) твердому; в) охолодження рідини; г) зменшувалась. 10. 1–Б, 2–Г, 3–В. 11. в. 12. 8,94 кДж. 13. У ході стискання над сумішшю виконується робота, тому її внутрішня енергія ↑, а отже, t ↑; під час робочого ходу газ, розширюючись, виконує роботу, тому його внутрішня енергія ↓. 14. ≈1 кН.

Розділ 3. ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

№ 27. 1. 1 — позитивний, 2 — негативний. 2. Блакитний — позитивний, рожевий — негативний. 3. а) Так; б) ні. 4. Потерти паличку об вовну (паличка набуде негативного заряду) і піднести її до кульки. Якщо кулька відштовхнеться, то вона заряджена негативно, якщо притягнеться — заряджена позитивно. 5. 10. 6. 6,25 · 1018.

№ 28. 2. Негативний. 4. 2,5 · 106 Н/Кл. 5. 3) У точці А

№ 29. 1. Позитивний заряд. 2. Може, якщо

використати повітряну кульку або гребінець. 5. Заряджена позитивно. 6. Б, В. 7. q1 = q2 = 3 10–9 Кл. 8. Заземлити незаряджену кульку 2 та

торкаючись,

заряду. Не пересуваючи кульку 1,

заземлення від кульки 2 і вже після цього прибрати кульку 1 (аби заряд кульки 2 залишився позитивним). Тепер заземлити незаряджену кульку 3 і піднести до неї, не торкаючись, позитивно заряджену кульку 2 — кулька 3 набуде негативного заряду.

№ 30. 1. а — сили відштовхування; б — сили притягання. 2. ↑ в 4 рази. 3. 30 мкН. 4. ↑ у 3 рази. 5. 3,2 нКл. 6. 0,625 мкН.

№ 31. 2. Має бути діелектриком. 3. Вологе повітря є провідником. 5. Рухаються хаотично.

№ 32 . 3. Повітря в каналі блискавки нагрівається (струм чинить теплову дію) і різко розширюється.

№ 33. 1. а) Електрична енергія → хімічна енергія; б) хімічна енергія → електрична енергія. 2. З’єднати один електроскоп із негативним полюсом джерела струму, а інший — із позитивним. 3. Механічна енергія → електрична енергія. 4. Ні. № 35. 2. 2 хв. 3. Струму не буде; I = 0. 4. 180 Кл. 5. 3,2 А.

№ 36. 1. а) 1 В, 4 В; б) 0,5 В, 6 В; в) 1 В, 7 В. 3. 40 В. 4. 12 В. 5. 396 кДж.

№ 37. 1. 5 Ом. 2. 15 Ом. 3. 225 В. 4. 60 Ом. 5. 0,25 А.

№ 38. 1. 1 — мідь; 2 — залізо; 3 — свинець. 2. 5 мОм. 3. Опір ↓; сила струму ↑.

4. Сила струму ↑; яскравість ↑. 5. 2 м. 6. Зменшився в 4 рази.

№ 39. 1. 35 Ом. 2. 4 Ом; 2 В; 1 В, 1 В. 3. 250 Ом. 4. 48 В. 5. 0,2 А; 5,6 В.

6. Можна.

№ 40. 2. 144 В. 3. 0,6 А; 0,4 А; 1 А. 4. У срібному. 5. 10 Ом; 0,4 А. 6. 2,3 В.

7. 9 опорів (10 різних з’єднань): 4R 0; R 0/4; R 0; 4R 0/3; 3R 0/4; 5R 0/2; 2R 0/5; 5R 0/3; 3R 0/5. 8. К2; 0,4 А. 9. 17,5 мОм.

№ 41. 1. 876 кВт год; 3784 грн 32 к. 4. 7,2 кДж. 5. а) 300 кДж, 120 кДж; б) ≈24,5 кДж, ≈ 61,2 кДж. 6. 12,5 А. 7. Під час паралельного з’єднання; в 4 рази. № 42. 1. 288 кДж. 2 . 5 кДж; 2,5 кДж. 3. 1,32 кВт. 4. У місцях з’єднання найбільший опір, тому (за законом Джоуля — Ленца) виділяється

кількість теплоти. 5. 120,4 В. 6. Площа поперечного

опір досить великий. За сили струму

кількість теплоти й шнур займеться. 7. ≈ 9,25 м. Завдання для самооцінювання до розділу 3 Електричний заряд. Електричне поле. Електричний струм 1. Кулька 2 — «+»; кулька 3 — «+». 2. а, в. 3. а, б, г, д, е, ж. 4. 1) 0,1 А; 2) 4 В; 3) 0,5 А; 4) 1,4 В; 5) 2,8 Ом. 5. г. 6. б. 7. г. 8. 1 — джерело живлення, 2 — ключ, 3 — амперметр, 4 — лампа, 5 — реостат, 6 — вольтметр. Яскравість світіння лампочки зменшилася, оскільки збільшився

реостата і, як наслідок, зменшилася сила струму

9. в. 10. а. 11. 1–Б, 2–В, 3–Г. 13. 1) 21 В; 2) 1,5 А; 3) 14 Ом. З’єднання

5. а. 6. 1–А, 2–Г, 3–В. 7. г. 8. б. 9. У ніхромовому

Агрегатний стан 106

Акумулятор 201

Амперметр 215

Біметалеві пластини 71

Блок 20

Важіль 11

Ват 31, 254

Виграш у силі 7

Випаровування 126

Випромінювання 89

Вольтметр 219

Гальванічний елемент 201

Джерела електричного струму 199

Джоуль 27, 253

Електризація 167, 177, 179

Електрична схема 208

Електричне коло 206

Електричне поле 172

Електричний струм 188

Електроскоп 180

Енергія

— внутрішня 73

— кінетична 44

—

потенціальна 42

Заземлення 178

Закон

—

Джоуля — Ленца 261

збереження електричного заряду 169

—

збереження і перетворення

механічної енергії 49

Кулона 185

— Ома для ділянки кола 225

Запобіжник 264

Заряд електричний 167

З’єднання провідників

— паралельне 243

— послідовне 236

К Кипіння 133

Кількість теплоти 75

Коефіцієнт корисної дії

— нагрівника 142

— простого механізму 36

теплового двигуна 147

Конвекція 85

Конденсація 129

Кристалізація 115

Кулон 167, 214

М Момент сили 13

Н Наноматеріали 110

Напруга електрична 218 Напруженість 174

Неньютонівські рідини 108

О Опір електричний 224

П Пароутворення 126

Питома теплоємність

речовини 95, 277

Питома теплота

— згоряння палива 140, 279

— пароутворення 135, 278

— плавлення 120, 278

Питомий опір 229, 279

Плавлення 114

Потужність 31

— струму 254

Похила площина 8

Правило

— важеля 12

— моментів 13

Прості механізми 6

Реостат 230

Рівняння теплового

балансу 99

Робота

— механічна 26

— струму 253

Сила струму 212

Температура 63

— кипіння 133, 278

— плавлення та

кристалізації 115, 278

Теплова рівновага 63

Тепловий двигун 145

Теплопередача 74

Теплопровідність 80

Термометр 64

Ш Шкала температурна 66

теплових двигунів. ККД теплового

§ 25. Деякі види теплових

§ 26. Теплоенергетика. Способи збереження

Підбиваємо підсумки

Завдання для самооцінювання

Теми навчальних проєктів

Рекомендовано Міністерством освіти і науки Українии

Видано за рахунок державних коштів. Продаж заборонено

Підручник відповідає Державним санітарним нормам і правилам «Гігієнічні вимоги до друкованої продукції для дітей»

Провідний редактор I. Л. Морєва. Редактор О. В. Костіна. Технічний редактор А. В. Пліско.

Художнє оформлення В. І. Труфена, Т. В. Задорожної. Комп’ютерна верстка О. А. Пєснін. Коректор В. П. Нестерчук.

Підписано до друку 28.05.2025. Формат 70×100/16. Папір офсетний. Гарнітура Шкільна. Друк офсетний. Ум. друк. арк. 23,33. Обл.-вид. арк. 21,49. Наклад 416 083 пр. Зам. № 10604-2025.

ТОВ Видавництво «Ранок», пр. Незалежності, 5, Харків, 61022; вул. Деревлянська, 13, Київ, 04119. Служба підтримки: rnk.com.ua/107946. Свідоцтво суб’єкта видавничої справи ДК № 7548 від 16.12.2021. E-mail: office@ranok.com.ua Надруковано у друкарні ТОВ «ТРІАДА-ПАК», пров. Сімферопольський, 6, Харків 61052. Свідоцтво

руху, м/с

шлях, м

час руху, c

підручник

Підручник

експериментальні

завдання