Фізика 8 клас Сиротюк 2016 by sloven

ÓÄÊ 53(075.3) ÁÁÊ 22.3ÿ721 Ñ40 Ðåêîìåíäîâàíî Ìіíіñòåðñòâîì îñâіòè і íàóêè Óêðàїíè (Íàêàç Ìіíіñòåðñòâà îñâіòè і íàóêè Óêðàїíè âіä 10.05.2016 № 491) Âèäàíî çà ðàõóíîê äåðæàâíèõ êîøòіâ. Ïðîäàæ çàáîðîíåíî Åêñïåðòè, ÿêі çäіéñíèëè åêñïåðòèçó ïіäðó÷íèêà ïіä ÷àñ ïðîâåäåííÿ êîíêóðñíîãî âіäáîðó ïðîåêòіâ ïіäðó÷íèêіâ äëÿ ó÷íіâ 8 êëàñó çàãàëüíîîñâіòíіõ íàâ÷àëüíèõ çàêëàäіâ і çðîáèëè âèñíîâîê ïðî äîöіëüíіñòü íàäàííÿ ïіäðó÷íèêó ãðèôà «Ðåêîìåíäîâàíî Ìіíіñòåðñòâîì îñâіòè і íàóêè Óêðàїíè»: Çàâãîðîäíÿ Î.À., ìåòîäèñò ðàéîííîãî ìåòîäè÷íîãî êàáіíåòó âіääіëó îñâіòè Ìèêîëàїâñüêîї ðàéäåðæàäìіíіñòðàöії Ìèêîëàїâñüêîї îáëàñòі; Ðåïåé Â.І., ó÷èòåëü-ìåòîäèñò Äóíàєâåöüêîãî íàâ÷àëüíî-âèõîâíîãî êîìïëåêñó «Çàãàëüíîîñâіòíÿ øêîëà І–ІІІ ñòóïåíіâ, ãіìíàçіÿ» Õìåëüíèöüêîї îáëàñòі; Øàäóðà Â.Ì., çàñòóïíèê äèðåêòîðà Íàóêîâî-îñâіòíüîãî öåíòðó Іíñòèòóòó òåîðåòè÷íîї ôіçèêè іì. Ì.Ì. Áîãîëþáîâà ÍÀÍ Óêðàїíè, êàíäèäàò ôіçèêî-ìàòåìàòè÷íèõ íàóê.

Ñ40

Ñèðîòþê Â.Ä. Ôіçèêà : ïіäðó÷. äëÿ 8-ãî êë. çàãàëüíîîñâіò. íàâ÷. çàêë. / Â.Ä. Ñèðîòþê. – Êèїâ : Ãåíåçà, 2016. – 192 ñ. : іë. ISBN 978-966-11-0714-3. ÓÄÊ 53(075.3) ÁÁÊ 22.3ÿ721

Íàâ÷àëüíå âèäàííÿ

ÑÈÐÎÒÞÊ Âîëîäèìèð Äìèòðîâè÷

ÔІÇÈÊÀ Ïіäðó÷íèê äëÿ 8 êëàñó çàãàëüíîîñâіòíіõ íàâ÷àëüíèõ çàêëàäіâ Ðåêîìåíäîâàíî Ìіíіñòåðñòâîì îñâіòè і íàóêè Óêðàїíè Ãîëîâíèé ðåäàêòîð Íàòàëіÿ Çàáëîöüêà. Ðåäàêòîð Îëåíà Ìîâ÷àí. Îáêëàäèíêà Òåòÿíè Êóù. Õóäîæíіé ðåäàêòîð Âàñèëü Ìàðóùèíåöü. Òåõíі÷íèé ðåäàêòîð Öåçàðèíà Ôåäîñіõіíà. Êîìï’þòåðíà âåðñòêà Þðіÿ Ëåáåäєâà. Êîðåêòîð Ëþáîâ Ôåäîðåíêî Ôîðìàò 70100/16. Óì. äðóê. àðê. 15,552. Îáë.-âèä. àðê. 14,54. Òèðàæ 53 151 ïð. Âèä. № 1747. Çàì. № Âèäàâíèöòâî «Ãåíåçà», âóë. Òèìîøåíêà, 2-ë, ì. Êèїâ, 04212. Ñâіäîöòâî ñóá’єêòà âèäàâíè÷îї ñïðàâè ñåðіÿ ÄÊ № 5088 âіä 27.04.2016. Âіääðóêîâàíî íà ÏÐÀÒ «Õàðêіâñüêà êíèæêîâà ôàáðèêà “Ãëîáóñ”», âóë. Åíãåëüñà, 11, ì. Õàðêіâ, 61012. Ñâіäîöòâî ñóá’єêòà âèäàâíè÷îї ñïðàâè ñåðіÿ ÄÊ № 3985 âіä 22.02.2011. www.globus-book.com

ISBN 978-966-11-0714-3 978 966 11 0714 3

ЮНІ ДРУЗІ!

è ùîéíî ðîçãîðíóëè ïіäðó÷íèê, ç ÿêèì ïðàöþâàòèìåòå ïðîòÿãîì íàâ÷àëüíîãî ðîêó. Ñïîäіâàєìîñÿ, ùî âіí áóäå äîáðèì ïîìі÷íèêîì ó âàøіé ïîäîðîæі â Êðàїíó çíàíü ïðî âñå áàãàòñòâî ÿâèù íàâêîëèøíüîãî ñâіòó. Âèâ÷àþ÷è ôіçèêó â 7 êëàñі, âè äіçíàëèñÿ ïðî ìåòîäè íàóêîâîãî ïіçíàííÿ, çàêîíîìіðíîñòі íàâêîëèøíüîãî ñâіòó, ÿêі ðîçêðèâàþòüñÿ â ìåõàíі÷íèõ ÿâèùàõ; ïðî òå, ÿê ðåçóëüòàòè ôіçè÷íèõ äîñëіäæåíü çàñòîñîâóþòü ó òåõíіöі é ïîáóòі; ïåðåêîíàëèñÿ â ïîòðåáі óâàæíî, âäóìëèâî òà ñèñòåìàòè÷íî ïðàöþâàòè ç ïіäðó÷íèêîì. Âè íàâ÷èëèñÿ êîðèñòóâàòèñÿ ôіçè÷íèìè ïðèëàäàìè, âèêîíóâàòè äîñëіäè і ïðîâîäèòè ñïîñòåðåæåííÿ. Ó 8 êëàñі âè âèâ÷àòèìåòå òåïëîâі òà åëåêòðè÷íі ÿâèùà. Òåîðåòè÷íèé ìàòåðіàë öüîãî ïіäðó÷íèêà äîïîìîæå âàì çðîçóìіòè é ïîÿñíèòè їõ. Çâåðòàéòå óâàãó íà òåêñò, âèäіëåíèé æèðíèì øðèôòîì. Öå ôіçè÷íі òåðìіíè, âèçíà÷åííÿ, âàæëèâі ïðàâèëà і çàêîíè, ÿêі òðåáà çàïàì’ÿòàòè і âìіòè çàñòîñîâóâàòè. Ïіäðó÷íèê ìіñòèòü ÷èìàëî іëþñòðàöіé, äîñëіäіâ, ÿêі âè ìîæåòå âèêîíàòè ñàìîñòіéíî àáî ç äîïîìîãîþ â÷èòåëÿ, à ñïîñòåðåæåííÿ ÿ äîïîìîæóòü ãëèáøå çðîçóìіòè ôіçè÷íèé çìіñò ÿâèù, ùî âèâ÷àþòüñÿ. «Іñòîðè÷íà äîâіäêà» â êіíöі êîæíîãî ðîçäіëó ðîçøèðèòü âàø êðóãîçіð. Íàïðèêіíöі êîæíîãî ïàðàãðàôà є

«Çàïèòàííÿ äî âèâ÷åíîãî», âіä-

ïîâіäі íà ÿêі äîïîìîæóòü ïåðåâіðèòè, ÿê âè çàñâîїëè âèêëàäåíèé ìàòåðіàë, çàêðіïèòè ôîðìóëþâàííÿ. Ó ðóáðèöі

íàâåäåíî çðàçêè ðîçâ’ÿçàííÿ çà-

äà÷. Ïіäðó÷íèê ìіñòèòü çàäà÷і, âïðàâè і çàïèòàííÿ ðіçíèõ ðіâíіâ ñêëàäíîñòі: À – íà çàêðіïëåííÿ і Á – òâîð÷îãî õàðàêòåðó. Îñîáëèâî çâåðíіòü óâàãó íà «Ôіçè÷íі çàäà÷і íàâêîëî íàñ». Ëàáîðàòîðíі ðîáîòè, ÿêі âè âèêîíàєòå, çáàãàòÿòü âàñ íàâè÷êàìè òà ðîçóìіííÿì çàêîíîìіðíîñòåé ôіçè÷íèõ ÿâèù, óìіííÿì ñòàâèòè äîñëіäè é êîðèñòóâàòèñÿ âèìіðþâàëüíèìè ïðèëàäàìè. Òèì, õòî íå çóïèíÿєòüñÿ íà äîñÿãíóòîìó é õî÷å çíàòè áіëüøå, ñòàíå â ïðèãîäі іíôîðìàöіÿ ç ðóáðèêè

«Öå öіêàâî çíàòè».

ßêùî âè íå çàïàì’ÿòàëè âèçíà÷åííÿ ÿêîãîñü ôіçè÷íîãî òåðìіíà àáî ïðàâèëà, ñêîðèñòàéòåñÿ ñëîâíèêîì ôіçè÷íèõ òåðìіíіâ òà ïðåäìåòíî-іìåííèì ïîêàæ÷èêîì, ùî ìіñòÿòüñÿ â êіíöі ïіäðó÷íèêà. Âèêîíóþ÷è ñïîñòåðåæåííÿ і äîñëіäè ç ôіçèêè, áóäüòå óâàæíèìè, äîòðèìóéòåñÿ ïðàâèë áåçïåêè æèòòєäіÿëüíîñòі. Ùàñëèâîї âàì äîðîãè äî çíàíü! Àâòîð

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

Тепловий рух Температура тіла Вимірювання температури Розширення твердих тіл, рідин і газів Внутрішня енергія та способи її зміни Теплообмін Види теплообміну Кількість теплоти Питома теплоємність речовини Тепловий баланс Фізичні властивості твердих тіл, рідин і газів Агрегатні стани речовини Плавлення і кристалізація твердих тіл Питома теплота плавлення речовини Випаровування і конденсація рідин Питома теплота пароутворення речовини Згоряння палива Теплові двигуни Екологічні проблеми використання теплових двигунів Закон збереження енергії в механічних і теплових процесах Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплового двигуна

§ 1. ТЕПЛОВИЙ РУХ. ТЕМПЕРАТУРА ТІЛА. ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Ç óðîêіâ ôіçèêè â 7 êëàñі âè çíàєòå, ùî òіëà ñêëàäàþòüñÿ ç ìîëåêóë.

Ìîëåêóëè ïåðåáóâàþòü ó áåçïåðåðâíîìó õàîòè÷íîìó (áåçëàäíîìó) ðóñі é âçàєìîäіþòü ìіæ ñîáîþ. Êîæíà îêðåìà ìîëåêóëà çäіéñíþє ìåõàíі÷íèé ðóõ, ïîäіáíèé äî òîãî, ùî ìè âèâ÷àëè. Ðóõàþ÷èñü іç âåëèêîþ øâèäêіñòþ, ðó 4

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

âîíà çіøòîâõóєòüñÿ ç іíøèìè ìîëåêóëàìè é ïðè öüîìó çìіíþє íàïðÿìîê ðóõó. Ç ìàëþíêà 1 âèäíî, ùî òðàєêòîðієþ îêðåìîї ìîëåêóëè є ñêëàäíà ëàìàíà ëіíіÿ, îäíàê, ïðîéäåíèé ìîëåêóëîþ øëÿõ і øâèäêіñòü її ðóõó ìîæíà âèçíà÷èòè. Ñïîñòåðіãàòè òàêèé ðóõ, íàâіòü îçáðîєíèì îêîì, íåìîæëèâî ÷åðåç íàäçâè÷àéíî ìàëі ðîçìіðè ÷àñòèíîê, ùî ðóõàþòüñÿ. Òіëüêè ïðîâîäÿ÷è ñïåöіàëüíі ñêëàäíі äîñëіäè, ìîæíà ñïîñòåðіãàòè ìåõàíі÷íèé ðóõ ìîëåêóë. Äîñëіäæåííÿ ùå áіëüøå óñêëàäíþєòüñÿ ÷åðåç íàäçâè÷àéíî âåëèêó êіëüêіñòü ðóõëèâèõ ÷àñòèíîê ó òіëàõ. Ïðàêòè÷íî íåìîæëèâî ïðîñòåæèòè çà âñіìà «ó÷àñíèêàìè» ðóõó: ìіëüÿðäè ìіëüÿðäіâ ìàëåíüêèõ ÷àñòèíîê ðóõàþòüñÿ ç âåëèêèìè øâèäêîñòÿìè â ðіçíèõ íàïðÿìêàõ, çіøòîâõóþòüñÿ îäíà ç îäíîþ òà çі ñòіíêàìè ïîñóäèíè, çìіíþþòü âëàñíі øâèäêîñòі ðóõó (ìàë. 2). Îòæå, ìîæëèâîñòі âèâ÷åííÿ ðóõó ìîëåêóë çàñîáàìè ìåõàíіêè äóæå îáìåæåíі. ßêèì æå ñïîñîáîì ìîæíà äîñëіäèòè ìåõàíі÷íі õàðàêòåðèñòèêè ðóõîìèõ ìîëåêóë ó òіëàõ: îöіíèòè øâèäêîñòі ìîëåêóë, øëÿõè, ÿêі âîíè ïðîõîäÿòü ìіæ çіòêíåííÿìè òîùî? Ñëіä âðàõîâóâàòè, ùî â ðåçóëüòàòі áåçëàäíîãî ìåõàíі÷íîãî ðóõó ìîëåêóë âіäáóâàєòüñÿ ïåðåìіùåííÿ їõ ó ïðîñòîðі і ïðè öüîìó çìіíþєòüñÿ òåïëîâèé ñòàí òіëà. Ùî øâèäøå ðóõàþòüñÿ ìîëåêóëè, òî âèùà òåìïåðàòóðà òіëà, і íàâïàêè: ÿêùî ïіäâèùóєòüñÿ òåìïåðàòóðà òіëà, òî çáіëüøóєòüñÿ é øâèäêіñòü ðóõó ìîëåêóë. Òîìó õàîòè÷íèé ðóõ âåëè÷åçíèõ êіëüêîñòåé ìîëåêóë âèâ÷àþòü ìåòîäàìè ôіçèêè òåïëîâèõ ÿâèù, à ñàì òàêèé ðóõ íàçèâàþòü òåïëîâèì.

Òåïëîâèé ðóõ – öå áåçëàäíèé (õàîòè÷íèé) ðóõ ìîëåêóë і àòîìіâ, ÿêèé âèçíà÷àє òåìïåðàòóðó òіëà. Çíàííÿ ïðî áóäîâó ðå÷îâèíè òà òåïëîâèé ðóõ äàþòü çìîãó ïîÿñíèòè ðіçíі òåïëîâі ÿâèùà. 5

ÐÎÇÄІË 1

Ïðèïóñòèìî, ùî є äâі ïîñóäèíè, ó ÿêèõ ìіñòÿòüñÿ ãàçè, ìîëåêóëè ÿêèõ ìàþòü ðіçíó ìàñó, íàïðèêëàä, â îäíіé – êèñåíü, à â äðóãіé – àçîò. Äîñëіäè ñâіä÷àòü, ùî çà îäíàêîâîї òåìïåðàòóðè çíà÷åííÿ ñåðåäíіõ øâèäêîñòåé ìîëåêóë âèÿâëÿþòüñÿ ðіçíèìè, àëå ìîëåêóëè îáîõ ðå÷îâèí ìàþòü îäíàêîâі ñåðåäíі êіíåòè÷íі åíåðãії. Òàêèì ÷èíîì, äîõîäèìî âèñíîâêó, ùî òåìïåðàòóðà òіëà – öå ôіçè÷íà õàðàêòåðèñòèêà òåïëîâîãî ñòàíó ðå÷îâèíè (ç ÿêîї ñêëàäàєòüñÿ òіëî), ñòóïіíü íàãðіòîñòі òіëà. Âèçíà÷àєòüñÿ âîíà ñåðåäíüîþ êіíåòè÷íîþ åíåðãієþ õàîòè÷íîãî ðóõó ÷àñòèíîê ðå÷îâèíè. Êіëüêà ñòîëіòü òîìó íàóêà ùå íå âèçíàâàëà òåîðіþ ìîëåêóëÿðíîї і àòîìíîї áóäîâè ðå÷îâèíè, òîìó óÿâëåííÿ ïðî òåìïåðàòóðó òіëà âèíèêëî íå ó çâ’ÿçêó ç ðóõîì ìîëåêóë і àòîìіâ ó íüîìó, à âіä ïîðіâíÿííÿ âіä÷óòòÿ òåïëà àáî õîëîäó, õî÷à âîíè íåòî÷íі é ÷àñòî ñóá’єêòèâíі. Äëÿ îá’єêòèâíèõ âèìіðþâàíü òåìïåðàòóðè ïіä ÷àñ êîíòàêòó ç äîñëіäæóâàíèì ñåðåäîâèùåì áóëî ñòâîðåíî ñïåöіàëüíі ïðèëàäè – òåðìîìåòðè. Äіÿ òåðìîìåòðіâ ґðóíòóєòüñÿ íà ðіçíèõ ôіçè÷íèõ ÿâèùàõ, ÿêі çàëåæàòü âіä òåìïåðàòóðè: òåïëîâîìó ðîçøèðåííі ðіäèí, ãàçіâ, òâåðäèõ òіë, çìіíі ç òåìïåðàòóðîþ åëåêòðè÷íèõ âëàñòèâîñòåé ðå÷îâèíè òîùî. Íàé÷àñòіøå âèêîðèñòîâóþòü ðіäèííі òåðìîìåòðè, çà äîïîìîãîþ ÿêèõ ìîæíà âèìіðþâàòè òåìïåðàòóðó â øèðîêèõ ìåæàõ. Äîñëіäè ñâіä÷àòü: ïіä ÷àñ êîíòàêòó äâîõ òіë, ç ÿêèõ îäíå ãàðÿ÷å, à äðóãå õîëîäíå, їõíі òåìïåðàòóðè іç ÷àñîì âèðіâíþþòüñÿ, òîáòî ãàðÿ÷å òіëî îõîëîäæóєòüñÿ, à õîëîäíå – íàãðіâàєòüñÿ. Óñòàíîâëåííÿ òåïëîâîї ðіâíîâàãè ìіæ êіëüêîìà òіëàìè îçíà÷àє, ùî їõíі òåìïåðàòóðè ñòàþòü îäíàêîâèìè і íàäàëі âæå íå ðіçíèòèìóòüñÿ. Ç ìîëåêóëÿðíîї òî÷êè çîðó öå îçíà÷àє, ùî â ñòàíі òåïëîâîї ðіâíîâàãè â óñіõ òіëàõ, ùî êîíòàêòóþòü, êіíåòè÷íà åíåðãіÿ áåçëàäíîãî ðóõó ÷àñòèíîê ðå÷îâèíè îäíàêîâà. Çâіäñè âèïëèâàє, ùî ïіä ÷àñ âèìіðþâàííÿ òåìïåðàòóðè ðіäèííèì òåðìîìåòðîì ñëіä äîòðèìóâàòèñÿ òàêèõ ïðàâèë: òðåáà ïîìіñòèòè êîëáó òåðìîìåòðà â òå ñåðåäîâèùå, òåìïåðàòóðó ÿêîãî âèìіðþþòü; çà÷åêàòè ïåâíèé ÷àñ, äîêè ñòîâï÷èê ðіäèíè â òðóáöі òåðìîìåòðà çóïèíèòüñÿ, òîáòî äîêè âñòàíîâèòüñÿ òåïëîâà ðіâíîâàãà ìіæ êîëáîþ і ñåðåäîâèùåì; íå âèéìàþ÷è òåðìîìåòð іç ñåðåäîâèùà, âèçíà÷èòè çà øêàëîþ çíà÷åííÿ éîãî òåìïåðàòóðè. Ó 1597 ð. Ãàëіëåî Ãàëіëåé ñêîíñòðóþâàâ ïðèëàäïðîòîòèï òåðìîìåòðà, ÿêèé íàçâàâ òåðìîñêîïîì. Òåðìîñêîï Ãàëіëåÿ (ìàë. 3) ñêëàäàâñÿ ç òîíêîї ñêëÿíîї òðóáêè ç íåâåëè÷êîþ êîëáîþ íà âåðõíüîìó êіíöі. Âіäêðèòèé íèæíіé êіíåöü òðóáêè îïóñêàëè â ïîñóäèíó ç âîäîþ, ÿêà çàïîâíþâàëà é ÷àñòèíó òðóáêè. Êîëè ïîâіòðÿ â êîëáі íàãðіâàëîñÿ ÷è îõîëîäæóâàëîñÿ, òî ñòîâï÷èê âîäè ó òðóáöі îïóñêàâñÿ ÷è ïіäíіìàâñÿ. Îñêіëüêè âèñîòà ñòîâï÷èêà çàëåæàëà ÿê âіä òåìïåМал. 3 ðàòóðè, òàê і âіä àòìîñôåðíîãî òèñêó, âèìіðþâàòè 6

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

òåìïåðàòóðó òåðìîñêîïîì áóëî íåìîæëèâî, ïðîòå âіí äàâàâ çìîãó ïîðіâíþâàòè òåìïåðàòóðó ðіçíèõ òіë â îäèí і òîé ñàìèé ÷àñ òà â îäíîìó é òîìó ñàìîìó ìіñöі. Óæå òîäі ëіêàð і àíàòîì Ñàíêòîðіóñ іç Ïàäóàíñüêîãî óíіâåðñèòåòó, íå çíàþ÷è ïðî òåðìîñêîï Ãàëіëåÿ, ñêîíñòðóþâàâ âëàñíèé ïîäіáíèé òåðìîìåòð і çàñòîñîâóâàâ éîãî äëÿ âèìіðþâàííÿ òåìïåðàòóðè òіëà ëþäèíè. Ïåðøèé, ìàéæå àíàëîãі÷íèé äî ñó÷àñíîãî, òåðìîìåòð (ìàë. 4, à) îïèñàâ ó 1724 ð. Ãàáðіåëü Ôàðåíãåéò – ñêëîäóâ іç Ãîëëàíäії. Âіí çàïðîïîíóâàâ øêàëó, ÿêà é íèíі âèêîðèñòîâóєòüñÿ â Àíãëії і, îñîáëèâî, â ÑØÀ. Ó öіé øêàëі íà 100 ãðàäóñіâ ðîçäіëåíèé іíòåðâàë âіä òåìïåðàòóðè íàéõîëîäíіøîї çèìè ó ìіñòі, äå æèâ Ôàðåíãåéò, äî òåìïåðàòóðè ëþäñüêîãî òіëà. Íóëü ãðàäóñіâ Öåëüñіÿ – öå 32 ãðàäóñè Ôàðåíãåéòà, à ãðàäóñ Ôàðåíãåéòà äîðіâíþє 5/9 ãðàäóñà Öåëüñіÿ. Íà ñüîãîäíі ïðèéíÿòå òàêå âèçíà÷åííÿ øêàëè Ôàðåíãåéòà: òåìïåðàòóðíà øêàëà, 1 ãðàäóñ ÿêîї (1 F) äîðіâíþє 1/180 ðіçíèöі òåìïåðàòóð êèïіííÿ âîäè і òàíåííÿ ëüîäó çà àòìîñôåðíîãî òèñêó, à òî÷êà òàíåííÿ ëüîäó ìàє òåìïåðàòóðó +32 F. Òåìïåðàòóðà çà øêàëîþ Ôàðåíãåéòà ïîâ’ÿçàíà ç òåìïåðàòóðîþ çà øêàëîþ Öåëüñіÿ (t Ñ) а в б ñïіââіäíîøåííÿì t Ñ  5/9 (t F – 32), Мал. 4 1 F  5/9 Ñ. Ó Ôðàíöії ó ïðàêòèêó ââіéøëà øêàëà Ðåîìþðà (ìàë. 4, á) (áëèçüêî 1740 ð.), ïîáóäîâàíà íà òî÷êàõ çàìåðçàííÿ âîäè (0 R) òà її êèïіííÿ (80 R). Ðåîìþð íà ïіäñòàâі âèìіðþâàíü âèâіâ, ùî âîäà ðîçøèðþєòüñÿ ìіæ öèìè äâîìà òî÷êàìè íà 80 òèñÿ÷íèõ ñâîãî îá’єìó (ïðàâèëüíå çíà÷åííÿ 0,084). Ñïèðòîâі òåðìîìåòðè Ðåîìþðà çãîäîì áóëî çàìіíåíî ðòóòíèìè òåðìîìåòðàìè Äåëþêà (1740 ð.), îñêіëüêè êîåôіöієíò ðîçøèðåííÿ ðòóòі ìåíøîþ ìіðîþ çìіíþâàâñÿ ç òåìïåðàòóðîþ, ïîðіâíÿíî çі ñïèðòîì. Çâè÷íó äëÿ íàñ òåìïåðàòóðíó øêàëó (ìàë. 4, â) çàïðîïîíóâàâ ùå â 1742 ð. øâåäñüêèé ôіçèê Àíäåðñ Öåëüñіé, ÿêèé ó ñâîїõ ðòóòíèõ òåðìîìåòðàõ çàïðîâàäèâ 100-ãðàäóñíó øêàëó, ÿêà øèðîêî âèêîðèñòîâóєòüñÿ â ïîáóòі. Ó íіé çà 0 Ñ ïðèéìàþòü òî÷êó çàìåðçàííÿ âîäè, à çà 100 Ñ – òî÷êó êèïіííÿ âîäè çà íîðìàëüíîãî àòìîñôåðíîãî òèñêó. Îñêіëüêè òåìïåðàòóðà çàìåðçàííÿ і êèïіííÿ âîäè íåäîñòàòíüî äîáðå âèçíà÷åíà, øêàëó Öåëüñіÿ âèçíà÷àþòü ÷åðåç øêàëó Êåëüâіíà: 1 ãðàäóñ Öåëüñіÿ äîðіâíþє 1 êåëüâіíó (1 Ñ  1 Ê), àáñîëþòíèé íóëü 0 Ê ïðèéìàєòüñÿ çà –273,15 C (Ò  (t + 273,15) Ê). Íóëü Öåëüñіÿ – îñîáëèâà òî÷êà äëÿ ìåòåîðîëîãії, îñêіëüêè çàìåðçàííÿ àòìîñôåðíîї âîäè іñòîòíî çìіíþє íàâêîëèøíє ñåðåäîâèùå. 7

ÐÎÇÄІË 1

Ñüîãîäíі ïðèéíÿòî, ùî îäèíèöÿ òåìïåðàòóðè 1 Ñ (îäèí ãðàäóñ Öåëüñіÿ) – öå îäíà ñîòà ÷àñòèíà іíòåðâàëó ìіæ òåìïåðàòóðàìè ïëàâëåííÿ ëüîäó і êèïіííÿ äèñòèëüîâàíîї âîäè çà íîðìàëüíîãî àòìîñôåðíîãî òèñêó (101 325 Ïà).

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ На Землі є багато спекотних і холодних місць. У Долині смерті (Каліфорнія, США) зафіксовано спеку +56,7 С, але рекорд належить пустелі Сахара (Африка) – +63 С у тіні. Найхолоднішими місцями Північної півкулі є Якутія і Гренландія, де температура сягає –70 С. Але найхолодніше місце планети – це Антарктида. В її глибинних районах зафіксована температура –94,5 С. На такому морозі метал стає крихким, гас перетворюється на густу желеподібну масу і не спалахує навіть під час контакту з полум’ям. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4. 5.

Який рух називають тепловим? Чим тепловий рух відрізняється від механічного? Що таке теплова рівновага? Назвіть авторів різних конструкцій термометрів. Які правила вимірювання температури середовища термометром?

§ 2. РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ

×è îäíàêîâî íàòÿãíóòі äðîòè ëіíіé åëåêòðîïåðåäà÷ âçèìêó і âëіòêó?

×îìó, ïðîêëàäàþ÷è íàôòîïðîâîäè òà ãàçîïðîâîäè, ó äåÿêèõ ìіñöÿõ ðîáëÿòü ïåòëі (ìàë. 5)? Їäó÷è â ïîїçäі, âè ÷óєòå ñòóêіò êîëіñ. Öå ïîâ’ÿçàíî ç òèì, ùî íà ñòèêàõ ðåéîê çàëèøàþòü ïðîìіæêè (ìàë. 6). Äëÿ ÷îãî öå ðîáëÿòü?

Мал. 5

Мал. 6

Äîñëіä 1. Ðîçìіñòèìî ëîæêó ìіæ ãàéêîþ і ãîëіâêîþ ãâèíòà (ìàë. 7). Íàãðієìî ëîæêó â ïîëóì’ї ãàçîâîãî ïàëüíèêà àáî ñïèðòіâêè. Ïіñëÿ íàãðіâàííÿ ëîæêà íå âìіùàєòüñÿ ìіæ ãàéêîþ і ãîëіâêîþ ãâèíòà: øèðèíà ëîæêè çáіëüøèëàñü. Êàæóòü, ùî ëîæêà ðîçøèðèëàñÿ. Ïіñëÿ îõîëîäæåííÿ äî ïîïåðåäíüîї òåìïåðàòóðè ëîæêà ìàòèìå ïî÷àòêîâі ðîçìіðè і çíîâó í 8

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

ïîìіñòèòüñÿ ìіæ ãàéêîþ òà ãîëіâêîþ ãâèíòà. Êàæóòü, ùî ëîæêà çâóçèëàñÿ. Äîñëіä 2. Îäèí êіíåöü çàëіçíîãî ñòåðæíÿ çàâäîâæêè 1 ì çàôіêñóєìî â òî÷öі À (ìàë. 8). Äðóãèé éîãî êіíåöü ïåðåáóâàє â êîíòàêòі çі ñòðіëêîþ, ÿêà ìîæå îáåðòàòèñÿ íàâêîëî òî÷êè Ñ. Íàãðієìî ñòåðæåíü, і âіí çìіíèòü ïîëîæåííÿ ñòðіëêè. Îòæå, äîâæèíà ñòåðæíÿ çáіëüøèëàñü – âіí ðîçøèðèâñÿ. A

B C

Мал. 7

Мал. 8

ßêùî òåìïåðàòóðà çàëіçíîãî ñòåðæíÿ çàâäîâæêè 1 ì ïіäâèùóєòüñÿ âіä 0 äî 50 Ñ, òî âіí âèäîâæóєòüñÿ íà 0,6 ìì, à ÿêùî âіä 0 äî 100 Ñ, òî âèäîâæåííÿ ñòåðæíÿ ñòàíîâèòü 1,2 ìì. ßêùî ïðîâåñòè àíàëîãі÷íèé äîñëіä іç çàëіçíèì ñòåðæíåì, àëå âæå çàâäîâæêè 2 ì, òî ìè ïîáà÷èìî, ùî öåé ñòåðæåíü, íàãðіâàþ÷èñü âіä 0 äî 100 Ñ, âèäîâæèòüñÿ íà 2,4 ìì. Äîñëіä 3. Âіçüìåìî ìіäíèé, ñêëÿíèé і àëþìіíієâèé ñòåðæíі çàâäîâæêè 1 ì. Íàãðієìî їõ âіä 0 äî 100 Ñ. Âèäîâæåííÿ ìіäíîãî ñòåðæíÿ ñòàíîâèòèìå 1,6 ìì, ñêëÿíîãî – 0,9 ìì, àëþìіíієâîãî – 2,2 ìì. Äîñëіä 4. Õîëîäíà êóëüêà âіëüíî ïðîõîäèòü ó êіëüöå (ìàë. 9). Íàãðієìî êóëüêó – âîíà íå ïðîõîäèòü ó õîëîäíå êіëüöå. Äіàìåòð êóëüêè çáіëüøèâñÿ.

Мал. 9

Íàãðієìî îäíî÷àñíî êóëüêó é êіëüöå. Êóëüêà ïðîõîäèòü ó êіëüöå, òîìó ùî âíóòðіøíіé äіàìåòð êіëüöÿ òàêîæ çáіëüøèâñÿ. Ùîá ïðîòèäіÿòè ðîçøèðåííþ çàëіçíè÷íîї ðåéêè ïіä ÷àñ її íàãðіâàííÿ âіä 25 äî 65 Ñ, ïîòðіáíî ïîêëàñòè íà îäèí ç її êіíöіâ òіëî ìàñîþ 65 000 êã (òîáòî ïîñòàâèòè íå ìåíøå íіæ 10 ñëîíіâ). 9

ÐÎÇÄІË 1

Ïіä ÷àñ ñïîðóäæåííÿ áóäèíêіâ, ìîñòіâ, ðіçíîìàíіòíèõ ìàøèí, ïðîêëàäàííÿ ðåéîê, íàôòîïðîâîäіâ, åëåêòðîëіíіé іíæåíåðè âðàõîâóþòü ÿâèùå òåïëîâîãî ðîçøèðåííÿ òіë. Íàïðèêëàä, íà ìîñòàõ çàëèøàþòü ïðîñòіð, ÿêèé äàє ìîæëèâіñòü éîãî êîíñòðóêöіÿì âіëüíî ðîçøèðþâàòèñÿ ïіä ÷àñ çìіíè òåìïåðàòóðè. Îäèí іç êіíöіâ ìîñòó âñòàíîâëþþòü íà ñïåöіàëüíі ìåòàëåâі ðîëèêè (ìàë. 10).

Мал. 10

ßâèùå ðîçøèðåííÿ òâåðäèõ òіë âèêîðèñòîâóþòü ïіä ÷àñ âñòàíîâëåííÿ îáðó÷à íà êîëåñî, ç’єäíàííÿ äåòàëåé ãàðÿ÷èì êëåïàííÿì òîùî (ìàë. 11).

Мал. 11

ßêùî ç’єäíàòè ïî âñіé äîâæèíі çàëіçíó é ëàòóííó ïëàñòèíêè, òî ìè îòðèìàєìî áіìåòàëåâó ïëàñòèíêó (ìàë. 12). Ðîçãëÿíåìî, ùî áóäå âіäáóâàòèñÿ, êîëè ìè íàãðіâàòèìåìî öþ ïëàñòèíêó. Ó ðåçóëüòàòі íàãðіâàííÿ ëàòóííà ïëàñòèíêà áóäå ðîçøèðþâàòèñÿ áіëüøå, íіæ çàëіçíà, òîìó áіìåòàëåâà ïëàñòèíêà âèãèíàòèìåòüñÿ. Áіìåòàëåâó ïëàñòèíêó âèêîðèñòîâóþòü â åëåêòðè÷íèõ ïðàñêàõ (ìàë. 13) áëèìàþ÷èõ åëåêòðè÷íèõ ëàìïàõ (ìàë. 14) òîùî. (ì 10

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Мал. 12

Мал. 13

Мал. 14

Êîëè åëåêòðè÷íèé ñòðóì ïðîõîäèòü ïî áіìåòàëåâіé ïëàñòèíöі, âîíà íàãðіâàєòüñÿ. Çà ïåâíîї òåìïåðàòóðè ïëàñòèíêà âèãèíàєòüñÿ òàê, ùî åëåêòðè÷íå êîëî ðîçìèêàєòüñÿ. Êîëè ïëàñòèíêà îõîëîäæóєòüñÿ, âîíà çíîâó çàìèêàє êîëî. Òàêèì ÷èíîì áіìåòàëåâà ïëàñòèíêà ðåãóëþє òåìïåðàòóðó åëåêòðîïðàñêè. Çà öèì ñàìèì ïðèíöèïîì áëèìàє é åëåêòðè÷íà ëàìïà.

б Мал. 15

Áіìåòàëåâó ïëàñòèíêó âèêîðèñòîâóþòü òàêîæ ó òåðìîìåòðàõ (ìàë. 15, à). Òàêі òåðìîìåòðè íàçèâàþòü áіìåòàëåâèìè, àáî ïðîñòî ìåòàëåâèìè. Íà áіìåòàëåâіé ïëàñòèíöі çàêðіïëåíî ñòðіëêó (ìàë. 15, á). Êîëè ïіäâèùóєòüñÿ àáî çíèæóєòüñÿ òåìïåðàòóðà, ñòðіëêà ïåðåìіùóєòüñÿ і ïîêàçóє çìіíè òåìïåðàòóðè íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4.

Від чого залежить розширення твердих тіл? Чому потрібно враховувати розширення твердих тіл? Де застосовують явище розширення твердих тіл? Що таке біметалева пластинка? Де її застосовують?

ÐÎÇÄІË 1

§ 3. РОЗШИРЕННЯ РІДИН

×îìó íà íàôòîñêëàäàõ ùîäíÿ âèìіðþþòü ãóñòèíó íàôòîïðîäóêòіâ?

Äëÿ ÷îãî â ñèñòåìі îõîëîäæåííÿ àâòîìîáіëÿ àáî â ñèñòåìі âîäÿíîãî îïàëåííÿ áóäèíêó âèêîðèñòîâóþòü ðîçøèðþâàëüíèé áàê? Ùî âіäáóâàєòüñÿ çі ñòîâï÷èêîì ðіäèíè â òåðìîìåòðі, ÿêùî òåìïåðàòóðà ïіäâèùóєòüñÿ? Çíèæóєòüñÿ? Äîñëіä 1. Íàïîâíèìî ïðîáіðêó ïіäôàðáîâàíîþ ðіäèíîþ, çàêðèєìî її êîðêîì çі ùіëüíî âñòàâëåíîþ â íüîãî òîíåíüêîþ òðóáêîþ. Ïîìіñòèìî öþ ïðîáіðêó â ïîñóäèíó ç òåïëîþ âîäîþ (ìàë. 16, à). Ðіäèíà â òðóáöі çàéìå ïåâíå ïîëîæåííÿ. Íàãðіâàєìî âîäó, ðіâåíü âîäè â òðóáöі ïіäíіìàòèìåòüñÿ (ìàë. 16, á). 60 Ñ

25 Ñ

20 Ñ

Мал. 16

Âèéìåìî ïðîáіðêó ç ïîñóäèíè ç âîäîþ. Ïðîáіðêà ç ðіäèíîþ áóäå îõîëîäæóâàòèñÿ, і ðіâåíü ðіäèíè îïóñêàòèìåòüñÿ (ìàë. 16, â). Äîñëіä 2. Âіçüìåìî 1 ë (1000 ñì3) ñïèðòó. ßêùî íàãðіâàòè âіä 0 äî 25 Ñ ñïèðò ðîçøèðèòüñÿ íà 27 ñì3, à ÿêùî – âіä 0 äî 50 Ñ – íà 54 ñì3. Äîñëіä 3. Âіçüìåìî ïîñóäèíè ç 250 ìë і 500 ìë ãàñó. Áóäåìî їõ íàãðіâàòè âіä 0 äî 40 Ñ (ìàë. 17). 250 ìë ãàñó ðîçøèðèòüñÿ íà 5 ìë, à 500 ìë – íà 10 ìë. 60 Ñ

40 Ñ

Ðòóòü Мал. 17

Âîäà

Ãàñ

Мал. 18

Ñïèðò

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Äîñëіä 4. ßêùî 1 ë ðòóòі (ìàë. 18), âîäè, ãàñó, ñïèðòó íàãðіâàòè âіä 20 äî 60 Ñ, òî ðòóòü ðîçøèðèòüñÿ íà 8 ìë, âîäà – íà 12 ìë, ãàñ – íà 30 ìë, ñïèðò – íà 50 ìë.

Мал. 19

Äîñëіä 5. Êîëè ìè íàãðіâàєìî ïîñóäèíó, ÿêà ìіñòèòü ðіäèíó, ñòіíêè ïîñóäèíè ðîçøèðþþòüñÿ і ðіâåíü ðіäèíè â íіé ñïî÷àòêó çíèæóєòüñÿ (ìàë. 19). Ðіäèíà òàêîæ ðîçøèðþєòüñÿ і ïіäíіìàєòüñÿ òðîõè âèùå âіä ïî÷àòêîâîãî ðіâíÿ. Öå ñâіä÷èòü ïðî òå, ùî ðіäèíè ðîçøèðþþòüñÿ áіëüøå, íіæ òâåðäі òіëà. Ñòîâï÷èê ñïèðòó ïëîùåþ 1 ñì2 і çàââèøêè 1 ì ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ âіä 10 äî 60 Ñ ïіäíіìàєòüñÿ íà 5 ñì. Ùîá ïðîòèäіÿòè öüîìó, ïîòðіáíî íà ïîðøåíü ïîêëàñòè òіëî ìàñîþ 500 êã. Ó ñèñòåìі âîäÿíîãî îïàëåííÿ çíàõîäèòüñÿ âîäà. ßêùî âîäó íàãðіâàòè, âîíà áóäå ðîçøèðþâàòèñÿ. ßêùî ñèñòåìó ïîâíіñòþ çàêðèòè, òî âîäі íіêóäè áóäå äіòèñÿ, і âîíà ðîçіðâå òðóáè àáî ðàäіàòîð. Òîìó íà äàõàõ óñòàíîâëþþòü ðîçøèðþâàëüíі áàêè, êóäè ïîòðàïëÿòèìå âîäà, ðîçøèðþþ÷èñü. Â îõîëîäæóâàëüíіé ñèñòåìі àâòîìîáіëÿ òàêîæ óñòàíîâëþþòü ðîçøèðþâàëüíèé áàê. ßâèùå ðîçøèðåííÿ ðіäèí óðàõîâóþòü ïіä ÷àñ íàïîâíåííÿ íèìè ðіçíîìàíіòíèõ ïîñóäèí. Êóïóþ÷è ïëÿøêè ç íàïîÿìè, âè, ìàáóòü, ïîìіòèëè, ùî âîíè íå ïîâíіñòþ çàïîâíåíі ðіäèíîþ. Çàëåæíіñòü ðîçøèðåííÿ ðіäèí âіä òåìïåðàòóðè âèêîðèñòîâóþòü ó ðіäèííèõ òåðìîìåòðàõ. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4.

Від чого залежить розширення рідин? Чи однаково розширюються різні рідини? Чому потрібно враховувати явище розширення рідин? Де використовують явище розширення рідин?

ÐÎÇÄІË 1

§ 4. РОЗШИРЕННЯ ГАЗІВ

Ùî ñòàíåòüñÿ ç òðîõè íàïîâíåíîþ ïîâіòðÿì êóëüêîþ, ÿêùî її ïîêëàñ-

òè íà ãàðÿ÷ó áàòàðåþ âîäÿíîãî îïàëåííÿ? Ùî ñòàíåòüñÿ çі ùіëüíî çàêðèòîþ ïëàñòèêîâîþ ïëÿøêîþ, ÿêùî її çàëèøèòè ïіä ïðÿìèì ñîíÿ÷íèì ïðîìіííÿì? ×îìó íà áàëîíàõ (ôëàêîíàõ), ÿêі ìіñòÿòü ïàðôóìè àáî іíøі õіìі÷íі ðå÷îâèíè, íàïèñàíî «Íå íàãðіâàòè âèùå âіä 50 Ñ!»? Äîñëіä 1. Ñêëÿíó ïðîáіðêó çàêðèєìî êîðêîì, ÷åðåç ÿêèé ïðîõîäèòü òîíåíüêà òðóáêà (ìàë. 20). Êðàïåëüêà ïіäôàðáîâàíîї ìèëüíîї âîäè äàє çìîãó íàì ïîáà÷èòè, ñêіëüêè ïîâіòðÿ ìіñòèòüñÿ â ïðîáіðöі, áî ìè çíàєìî, ùî ïîâіòðÿ íåâèäèìå. Êîëè ìè íàãðієìî ðóêàìè ïðîáіðêó, òî ïîáà÷èìî, ùî êðàïåëüêà âîäè ïіäíÿëàñÿ ïî òðóáöі âãîðó. Îá’єì ïîâіòðÿ çáіëüøèâñÿ.

а Мал. 20

б Мал. 21

Äîñëіä 2. Ïðîáіðêó, çàêðèòó êîðêîì ç òîíåíüêîþ òðóáêîþ, ðîçìіùóєìî òàê, ùîá ïîâіòðÿ áóëî çàêðèòå âîäÿíîþ «ïðîáêîþ» (ìàë. 21, à). Äîäàìî ó âîäó ëüîäó (ìàë. 21, á). Âîäà ïî òðóáöі áóäå ïåðåõîäèòè ó ïðîáіðêó. Îá’єì ïîâіòðÿ â ïðîáіðöі áóäå çìåíøóâàòèñü.

20 Ñ

30 Ñ

40 Ñ

Мал. 22

Äîñëіä 3. Òðè ïðîáіðêè, çàêðèòі êîðêàìè çі âñòàâëåíèìè â íèõ òîíêèìè òðóáêàìè ç ïіäôàðáîâàíèìè ìèëüíèìè âîäÿíèìè «ïðîáêàìè» (ìàë. 22), çàíóðþєìî â ïîñóäèíè ç âîäîþ, òåìïåðàòóðà ÿêîї 20 Ñ, 30 Ñ і 40 Ñ. Ó ðåçóëüòàòі äîñëіäó âñòàíîâëþєìî, ùî ïîâіòðÿ ðîçøèðþєòüñÿ áіëüøå çà âèùîї òåìïåðàòóðè. 14

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Äîñëіä 4. Ïîìіñòèìî ïîñóäèíè ðіçíîãî îá’єìó (ìàë. 23), çàêðèòі êîðêàìè çі âñòàâëåíèìè â íèõ òîíåíüêèìè òðóáêàìè ç âîäÿíèìè «ïðîáêàìè», ó ïîñóäèíó ç âîäîþ, òåìïåðàòóðà ÿêîї 30 Ñ. Ãàç, ÿêèé ìіñòèòüñÿ â ïîñóäèíі ç áіëüøèì îá’єìîì, ðîçøèðèòüñÿ áіëüøå, íіæ ãàç ó ìåíøіé ïîñóäèíі. Íà âіäìіíó âіä òâåðäèõ òіë і ðіäèí, óñі ãàçè ðîçøèðþþòüñÿ îäíàêîâî. Öå ïіäòâåðäæóþòü ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñëіäæåíü, ïîäàíèõ ó òàáëèöі. Ðîçøèðåííÿ 1000 ñì3 òіëà ïðè çìіíі òåìïåðàòóðè âіä 0 äî 50 Ñ. Тверді тіла

Рідини

30 Ñ

Мал. 23 Гази

Алюміній – 3,4 см3

Спирт – 58 см3

Повітря – 183 см3

Мідь – 2,5 см3

Ефір – 80 см3

Кисень – 183 см3

Залізо – 1,8 см3

Вода – 12 см3

Вуглекислий газ – 183 см3

Мал. 24

Мал. 25

Áàëîíè ç ãàçîì, ôëàêîíè ç àåðîçîëÿìè (àðîìàòè÷íèìè, îòðóéíèìè ðå÷îâèíàìè) (ìàë. 24) íå ñëіä òðèìàòè ïіä ïðÿìèìè ñîíÿ÷íèìè ïðîìåíÿìè, òîìó ùî ãàçè (òà ðіäèíè), ÿêі â íèõ ìіñòÿòüñÿ, ìîæóòü ðîçøèðèòèñÿ òàê, ùî ñïðè÷èíÿòü âèáóõ. Ùîá ñêîðîâàðêà ïіä ÷àñ ïðèãîòóâàííÿ їæі íå âèáóõíóëà, ó її êðèøêó âìîíòîâàíî ñïåöіàëüíèé êëàïàí (ìàë. 25), ÷åðåç ÿêèé ìîæå âèõîäèòè âîäÿíà ïàðà ïіä ÷àñ її ðîçøèðåííÿ. Óëіòêó і âçèìêó âîäії àâòîìîáіëіâ íàêà÷óþòü øèíè àâòîìîáіëіâ ïî-ðіçíîìó. Öå òàêîæ ïîâ’ÿçàíî ç ðîçøèðåííÿì і ñòèñíåííÿì ãàçіâ. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Від чого залежить розширення газів? 2. Чим відрізняється одне від одного розширення різних газів? 3. Чому потрібно враховувати розширення газів?

ÐÎÇÄІË 1

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì

Мал. 26

1. ×îìó ðåøіòêó ãàçîâîї ïëèòè, íà ÿêó ñòàâëÿòü ïîñóä äëÿ ïðèãîòóâàííÿ їæі (ìàë. 26), çâóæóþòü áіëÿ ãàçîâèõ ïàëüíèêіâ? Âіäïîâіäü: òîìó, ùîá óðàõóâàòè ðîçøèðåííÿ ðåøіòêè ïіä ÷àñ ãîðіííÿ ãàçó â ïàëüíèêó. 2. ×è ìîæíà ìåäè÷íèì òåðìîìåòðîì âèìіðþâàòè òåìïåðàòóðó êèïëÿ÷îї âîäè, òåìïåðàòóðó âîäè ç ëüîäîì? Âіäïîâіäü: íі, òîìó ùî ìåæі âèìіðþâàííÿ òåìïåðàòóðè ìåäè÷íèì òåðìî-

ìåòðîì ñòàíîâëÿòü (34–42) Ñ. 3. Íà òåðåçàõ çðіâíîâàæèëè âіäêðèòó êîëáó. ×è ïîðóøèòüñÿ ðіâíîâàãà òåðåçіâ, ÿêùî êîëáó íàãðіòè çà äîïîìîãîþ áóäü-ÿêîãî íàãðіâà÷à? Âіäïîâіäü: ïîðóøèòüñÿ, òîìó ùî ÷àñòèíà ïîâіòðÿ âèéäå ç êîëáè é ìàñà éîãî çìåíøèòüñÿ. Ðіâåíü À

1. Ïîÿñíіòü, ÷îìó ëîïàєòüñÿ ñêëÿíêà, êîëè â íåї íàëèâàþòü îêðіï? ×îìó ïåðåä òèì, ÿê íàëèòè â ñêëÿíêó êèï’ÿòîê, ó íåї ñòàâëÿòü ìåòàëåâó ëîæêó? 2. Ìåòàëåâèé òåðìîìåòð (äèâ. ìàë. 15, ñ. 11) ìіñòèòü áіìåòàëåâó ïëàñòèíêó, îäèí êіíåöü ÿêîї çàêðіïëåíî íà êîðïóñі, à íà äðóãîìó çíàõîäèòüñÿ ñòðіëêà. ×è ìîæåòå âè ïîÿñíèòè éîãî äіþ? Ç ÿêèõ ìåòàëіâ ñêëàäàєòüñÿ ïëàñòèíêà? ßêèé ç ìåòàëіâ ðîçøèðþєòüñÿ áіëüøå? 3. Ó íîâîðі÷íèõ ãіðëÿíäàõ ðàíіøå âèêîðèñòîâóâàëè áëèìàþ÷і ëàìïè, ÿêі ìіñòèëè ó ñîáі áіìåòàëåâó ïëàñòèíêó. Ïîÿñíіòü, ÷îìó â íèõ áëèìàëè ëàìïè. 4. Äëÿ ñïîðóäæåííÿ ïå÷åé âèêîðèñòîâóþòü ãëèíÿíèé ðîç÷èí, à íå öåìåíòíèé. Ïîÿñíіòü ÷îìó. 5. ×è îäíàêîâà ãóñòèíà õîëîäíîї і íàãðіòîї, ìàéæå äî êèïіííÿ, âîäè? ×îìó? 6. Ùî ìîæå ñòàòèñÿ ç äіæêîþ, óùåðòü íàïîâíåíîþ âîäîþ і ùіëüíî çàêðèòîþ, ÿêùî її çàëèøèòè íà ìîðîçі? 7. ßêùî áëÿøàíó áàíêó íàãðіòè é ùіëüíî çàêðèòè êîðêîì, òî, îõîëîäæóþ÷èñü, âîíà ñïëþùóєòüñÿ. ×îìó? Ðіâåíü Á 8. Äëÿ ÷îãî êðèøêó і äíî êîíñåðâíèõ áàíîê ðîáëÿòü ãîôðîâàíèìè – øòàìïóþòü êîíöåíòðè÷íèìè êіëüöÿìè (êîëàìè)? ø 16

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

9. Ó ðåçóëüòàòі åêñïåðèìåíòó îòðèìàëè äàíі é çàïîâíèëè òàáëèöþ: Довжина, м (0 С)

Довжина, м (50 С)

Довжина, м (100 С)

Залізний стержень

1,0000

1,0006

1,0012

Залізний стержень

2,0000

2,0012

2,0024

Мідний стержень

1,0000

1,0008

1,0016

Алюмінієвий стержень

1,0000

1,0011

1,0022

ßêèé ç ìåòàëіâ íàéáіëüøå ðîçøèðèâñÿ? ßêà áóäå äîâæèíà ìіäíîãî ñòåðæíÿ çà òåìïåðàòóðè 200 Ñ? Íà ñêіëüêè âèäîâæèòüñÿ àëþìіíієâèé ñòåðæåíü çàâäîâæêè 2 ì, ÿêùî éîãî íàãðіþòü âіä 0 äî 100 Ñ? 10. Âèðіæòå ç ïàïåðó, ç ÿêîãî âèãîòîâëÿþòü ïàêåòè äëÿ çáåðіãàííÿ ñîêіâ, ìîëîêà òîùî, ñòðі÷êó і ïîêëàäіòü íà ñîíöå àáî íà áàòàðåþ âîäÿíîãî îïàëåííÿ. Ùî âè áóäåòå ñïîñòåðіãàòè? ×îìó ñòðі÷êà áóäå âèãèíàòèñÿ? 11. Äëÿ ÷îãî íà ãðàäóéîâàíèõ ïîñóäèíàõ (ìåíçóðêàõ, âèìіðþâàëüíèõ öèëіíäðàõ) íàïèñàíî 20 Ñ? 12. ×îìó ïîñóäèíè іç ñîêîì, ëèìîíàäîì, ìіíåðàëüíîþ âîäîþ òà іíøèìè ðіäèíàìè íàïîâíþþòü íå âùåðòü? 13. ×îìó òðóáêó òåðìîìåòðà, ïî ÿêіé ïіäíіìàєòüñÿ àáî îïóñêàєòüñÿ ðòóòü ÷è ñïèðò, ðîáëÿòü òîíêîþ? 14. Äëÿ ÷îãî â ñèñòåìі âîäÿíîãî îïàëåííÿ і â ñèñòåìі âîäÿíîãî îõîëîäæåííÿ äâèãóíà àâòîìîáіëÿ âèêîðèñòîâóþòü ðîçøèðþâàëüíі áàêè? 15. Çà äîïîìîãîþ òî÷íèõ іíñòðóìåíòіâ âèìіðÿëè îá’єì, ÿêèé çàéìàє 1 êã âîäè çà òåìïåðàòóðè âіä 0 äî 8 Ñ. Температура, С

Об’єм, см3

1000,12

1000,07

1000,03

1000,01

1000,00

1000,01

1000,03

1000,07

1000,11

ßê çìіíþєòüñÿ îá’єì âîäè âіä 0 äî 4 Ñ? Âіä 4 äî 8 Ñ? ×îìó ãîâîðÿòü ïðî îñîáëèâîñòі òåïëîâîãî ðîçøèðåííÿ âîäè? 17

ÐÎÇÄІË 1

§ 5. ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ ТА СПОСОБИ ЇЇ ЗМІНИ. ТЕПЛООБМІН

Òàíå ñíіã, ïëàâëÿòüñÿ ìåòàëè, âèïàðîâóєòüñÿ âîäà, íàãðіâàєòüñÿ ðіäèíà

â ïîñóäèíі – óñå öå òåïëîâі ÿâèùà. Ïіä ÷àñ ïåðåáіãó òåïëîâèõ ÿâèù çìіíþþòüñÿ òåìïåðàòóðà і ñòàí òіëà: ëіä ïåðåòâîðþєòüñÿ íà âîäó, âîäà – íà ïàðó òà íàâïàêè. Ùîá ðîçïëàâèòè îëîâî, ïîòðіáíî ñïî÷àòêó éîãî íàãðіòè äî òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ, à ïîòіì ïëàâèòè, áåçóïèííî íàäàþ÷è éîìó åíåðãії. À ÿêі ôіçè÷íі âåëè÷èíè õàðàêòåðèçóþòü òåïëîâèé ñòàí ðå÷îâèíè і äàþòü çìîãó ïîÿñíþâàòè òåïëîâі ÿâèùà? Âàì óæå âіäîìі ïîíÿòòÿ ìåõàíі÷íîї åíåðãії, âèäè ìåõàíі÷íîї åíåðãії – ïîòåíöіàëüíà é êіíåòè÷íà. Íàïðèêëàä ì’ÿ÷, ïіäíÿòèé íàä çåìëåþ, ñòèñíóòà àáî ðîçòÿãíóòà ïðóæèíà ìàþòü ïîòåíöіàëüíó åíåðãіþ. Êîæíå ðóõîìå òіëî ìàє êіíåòè÷íó åíåðãіþ: êðàïëі äîùó, ÿêі ïàäàþòü íà çåìëþ; àâòîìîáіëü, ùî ðóõàєòüñÿ ïî äîðîçі; ïòàõ, ÿêèé ëåòèòü. Âè òàêîæ çíàєòå, ùî ïîòåíöіàëüíà é êіíåòè÷íà åíåðãії òіëà ìîæóòü çìіíþâàòèñÿ, ùî ïіä ÷àñ òàêîї çìіíè âèêîíóєòüñÿ ìåõàíі÷íà ðîáîòà. Äîñëіä 1. Ïіäíіìåìî ïëàñòèëіíîâó êóëüêó íàä ñòîëîì і âіäïóñòèìî її. Ïіä äієþ ñèëè òÿæіííÿ êóëüêà âïàäå íà ñòіë òà ïðèëèïíå äî íüîãî. Ïðîàíàëіçóєìî, ÿê çìіíþâàëàñÿ ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ êóëüêè ïðè öüîìó. Êóëüêà, ïіäíÿòà íàä ñòîëîì, ìàëà ïîòåíöіàëüíó åíåðãіþ, її êіíåòè÷íà åíåðãіÿ äîðіâíþâàëà íóëþ, òîìó ùî âîíà áóëà íåðóõîìà (ìàë. 27, à). Êîëè êóëüêó âіäïóñòèëè, òî ïіä ÷àñ ïàäіííÿ її ïîòåíöіàëüíà åíåðãіÿ çìåíøóâàëàñÿ, áî çìåíøóâàëàñÿ âèñîòà êóëüêè íàä ñòîëîì, à êіíåòè÷íà åíåðãіÿ çáіëüøóâàëàñÿ, áî çáіëüøóâàëàñÿ øâèäêіñòü ðóõó êóëüêè. Ïåðåä òîðêàííÿì êóëüêè äî ïîâåðõíі ñòîëà її ïîòåíöіàëüíà åíåðãіÿ âіäíîñíî íåї äîðіâíþâàëà íóëþ, à çíà÷åííÿ êіíåòè÷íîї åíåðãії äîðіâíþâàëî çíà÷åííþ ïîòåíöіàëüíîї åíåðãії êóëüêè äî ïî÷àòêó ïàäіííÿ (ìàë. 27, á). Êîëè êóëüêà âïàëà íà ñòіë, òî âîíà çóïèíèëàñÿ, òîáòî її êіíåòè÷íà åíåðãіÿ òàêîæ ñòàëà äîðіâíþâàòè íóëþ. Îòæå, ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ êóëüêè âіäíîñíî ñòîëà â öüîìó ïîëîæåííі äîðіâíþє íóëþ. а

Мал. 27

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Êóäè æ «çíèêëà» ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ êóëüêè? Ìîæíà ïðèïóñòèòè, ùî òàêå «çíèêíåííÿ» ìåõàíі÷íîї åíåðãії ïîâ’ÿçàíå ç ÿêèìèñü іíøèìè, àíіæ ìåõàíі÷íèé ðóõ, çìіíàìè ó ñòàíі òіë. Äіéñíî, ÿêùî çà äîïîìîãîþ äóæå ÷óòëèâîãî òåðìîìåòðà âèìіðÿòè òåìïåðàòóðè êóëüêè òà ïîâåðõíі ñòîëà äî її ïàäіííÿ é ïіñëÿ íüîãî, òî âèÿâèòüñÿ, ùî їõíі òåìïåðàòóðè ïіäâèùèëèñÿ. Îòæå, âіäáóëèñÿ çìіíè â òåïëîâîìó ñòàíі òіë ïіä ÷àñ âçàєìîäії – çáіëüøèëàñÿ ñåðåäíÿ øâèäêіñòü їõíіõ ìîëåêóë. Íàóêîâî öå ìîæíà ïîÿñíèòè òàê: çìіíà åíåðãії òåïëîâîãî ðóõó ìîëåêóë òіë âіäáóëàñÿ çà ðàõóíîê çìіíè êіíåòè÷íîї åíåðãії їõíüîãî ðóõó âíàñëіäîê çìіíè ñåðåäíüîї øâèäêîñòі ìîëåêóë òà çìіíè ïîòåíöіàëüíîї åíåðãії їõíüîї âçàєìîäії, ÿêà ñòàëà іíøîþ ÷åðåç äåôîðìàöіþ êóëüêè. Åíåðãіþ ðóõó òà âçàєìîäії ÷àñòèíîê, ç ÿêèõ ñêëàäàєòüñÿ òіëî, íàçèâàþòü âíóòðіøíüîþ åíåðãієþ òіëà. Îòæå, ïіä ÷àñ óäàðó êóëüêè îá ñòіë âіäáóëàñÿ çìіíà ìåõàíі÷íîї åíåðãії êóëüêè íà її âíóòðіøíþ åíåðãіþ. Âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ òіëà çàëåæèòü âіä éîãî òåìïåðàòóðè. Ïіäâèùóєòüñÿ òåìïåðàòóðà òіëà – çáіëüøóєòüñÿ éîãî âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ òà íàâïàêè. Âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ òіëà íå çàëåæèòü íі âіä ìåõàíі÷íîãî ðóõó òіëà, íі âіä ïîëîæåííÿ öüîãî òіëà âіäíîñíî іíøèõ òіë. Îòæå, âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ òіëà, çîêðåìà, ïîâ’ÿçàíà çі øâèäêіñòþ ðóõó éîãî ÷àñòèíîê. Âîíà çìіíþєòüñÿ, ÿêùî çìіíþєòüñÿ ñåðåäíÿ øâèäêіñòü ðóõó ÷àñòèíîê, ç ÿêèõ ñêëàäàєòüñÿ òіëî. ßê ìîæíà çáіëüøèòè àáî çìåíøèòè öþ øâèäêіñòü, òîáòî çìіíèòè âíóòðіøíþ åíåðãіþ òіëà? Ñïîñòåðåæåííÿ 1. Âàì, íàïåâíî, äîâîäèëîñÿ íàêà÷óâàòè íàñîñîì âåëîñèïåäíó øèíó àáî ì’ÿ÷ (ìàë. 28), і âè ñïîñòåðіãàëè, ùî íàñîñ ïðè öüîìó íàãðіâàєòüñÿ. Çáіëüøåííÿ âíóòðіøíüîї åíåðãії ïîâіòðÿ òà íàñîñà ñòàëîñÿ çà ðàõóíîê âèêîíàííÿ ðîáîòè ñèëîþ, ùî ñòèñêàëà ïîâіòðÿ.

б Мал. 28

ÐÎÇÄІË 1

Мал. 29

Мал. 30

ßêùî âè çіãíåòå òà ðîçіãíåòå êіëüêà ðàçіâ äðîòèíó ç ì’ÿêîãî ìåòàëó (ìàë. 29), òî âèÿâèòå, ùî ìіñöå çãèíàííÿ íàãðіëîñÿ. ßêùî âè âäàðèòå êіëüêà ðàçіâ ìîëîòêîì ïî øìàòêó ñâèíöþ (ìàë. 30), òî öåé øìàòîê òàêîæ íàãðієòüñÿ. Êîëè ó âàñ íà ìîðîçі ìåðçíóòü ðóêè, òî âè їõ ãðієòå, ïîòèðàþ÷è îäíà îá îäíó. Â óñіõ âèïàäêàõ âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ òіë çáіëüøóєòüñÿ çà ðàõóíîê âèêîíàííÿ ðîáîòè íàä íèìè. Âíóòðіøíþ åíåðãіþ òіëà ìîæíà çáіëüøèòè, âèêîíóþ÷è íàä íèì ðîáîòó.

Мал. 31

Äîñëіä 2. Ó òîâñòîñòіííіé ñêëÿíіé ïîñóäèíі, ùіëüíî çàêðèòіé êîðêîì, ìіñòèòüñÿ âîäÿíà ïàðà. ×åðåç ñïåöіàëüíèé îòâіð áóäåìî íàêà÷óâàòè â íåї ïîâіòðÿ. ×åðåç äåÿêèé ÷àñ êîðîê «âèñêî÷èòü» ç ïîñóäèíè (ìàë. 31). Ó òîé ìîìåíò, êîëè êîðîê âèñêàêóє, ó ïîñóäèíі ç’ÿâëÿєòüñÿ òóìàí (âîäÿíà ïàðà ïåðåòâîðèëàñÿ íà ðіäèíó), ïîÿâà ÿêîãî îçíà÷àє, ùî ïîâіòðÿ â ïîñóäèíі ñòàëî õîëîäíіøèì. Îòæå, âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïîâіòðÿ â ïîñóäèíі çìåíøèëàñÿ. Ïîÿñíþєòüñÿ öå òèì, ùî ñòèñíóòå ïîâіòðÿ, ÿêå âèøòîâõíóëî êîðîê, òèì ñàìèì âèêîíàëî ðîáîòó.

ßêùî ðîáîòó âèêîíóє ñàìå òіëî, òî éîãî âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ çìåíøóєòüñÿ. Âíóòðіøíþ åíåðãіþ òіëà ìîæíà çìіíèòè é іíøèì ñïîñîáîì – áåç âèêîíàííÿ ðîáîòè. Ñïîñòåðåæåííÿ 2. Êàñòðóëÿ ç âîäîþ, ùî ñòîїòü íà ãàðÿ÷іé ïëèòі (ìàë. 32); ìåòàëåâà ëîæêà, ïîìіùåíà â ñêëÿíêó ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ; áàòàðåÿ âîäÿíîãî îïàëåííÿ, ïî ÿêіé òå÷å ãàðÿ÷à âîäà; êàìіí, ó ÿêîìó ðîçïàëåíî âîãîíü (ìàë. 33); Çåìëÿ, ÿêó îñâіòëþє Ñîíöå (ìàë. 34), – óñі âîíè íàãðіâàþòüñÿ. Â óñіõ íàâåäåíèõ ïðèêëàäàõ òåìïåðàòóðà òіë ïіäâèùóєòüñÿ. Îòæå, âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ їõ çáіëüøóєòüñÿ. Ìîæíà ñïîñòåðіãàòè é îõîëîäæåííÿ òіë, êîëè, íàïðèêëàä, ãàðÿ÷ó ëîæêó ïîìіñòèòè â õîëîäíó âîäó, ÷àéíèê, ùî çàêèïіâ, çíÿòè ç ïëèòè. Ó íàâåäåíèõ ïðèêëàäàõ âіäáóâàëàñÿ çìіíà âíóòðіøíüîї åíåðãії òіë, àëå ìåõàíі÷íà ðîáîòà ïðè öüîìó íå âèêîíóâàëàñÿ. Òàêèé ïðîöåñ çìіíè âíóòðіøíüîї åíåðãії òіë íàçèâàþòü òåïëîîáìіíîì, àáî òåïëîïåðåäà÷åþ. òð 20

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Мал. 32

Мал. 33

Мал. 34

Òåïëîîáìіí – öå ïðîöåñ ïåðåäà÷і âíóòðіøíüîї åíåðãії âіä íàãðіòîãî òіëà äî õîëîäíîãî áåç âèêîíàííÿ íèìè àáî íàä íèìè ìåõàíі÷íîї ðîáîòè. Ðîçãëÿíåìî, ÿê âіäáóâàєòüñÿ òåïëîîáìіí ïіä ÷àñ êîíòàêòó õîëîäíîї ëîæêè ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ. Íà ïî÷àòêó ñåðåäíÿ øâèäêіñòü і êіíåòè÷íà åíåðãіÿ ìîëåêóë ãàðÿ÷îї âîäè ïåðåâèùóþòü ñåðåäíþ øâèäêіñòü і êіíåòè÷íó åíåðãіþ àòîìіâ ìåòàëó, ç ÿêîãî âèãîòîâëåíî ëîæêó. Àëå â ìіñöÿõ ñòèêó ëîæêè ç âîäîþ ïіä ÷àñ çіòêíåíü øâèäêі ìîëåêóëè âîäè ïåðåäàþòü ÷àñòèíó ñâîєї êіíåòè÷íîї åíåðãії àòîìàì ìåòàëó, і òі ïî÷èíàþòü ðóõàòèñÿ øâèäøå. Êіíåòè÷íà åíåðãіÿ ìîëåêóë âîäè ïðè öüîìó çìåíøóєòüñÿ, à êіíåòè÷íà åíåðãіÿ àòîìіâ ìåòàëó çáіëüøóєòüñÿ. Ðàçîì ç åíåðãієþ çìіíþєòüñÿ і òåìïåðàòóðà: âîäà ïîñòóïîâî îõîëîäæóєòüñÿ, à ëîæêà – íàãðіâàєòüñÿ. Öåé ïðîöåñ òðèâàòèìå äîòè, äîêè òåìïåðàòóðà âîäè і ëîæêè íå ñòàíå îäíàêîâîþ. Âíóòðіøíþ åíåðãіþ òіëà ìîæíà çìіíèòè øëÿõîì âèêîíàííÿ ðîáîòè àáî òåïëîîáìіíó. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Які види механічної енергії ви знаєте? Яку енергію називають внутрішньою енергією тіла? Від чого залежить внутрішня енергія тіла? Як можна змінити внутрішню енергію тіла? Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла шляхом виконання роботи. Що таке теплообмін? Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла шляхом теплообміну.

§ 6. ВИДИ ТЕПЛООБМІНУ

Òåïëîîáìіí ìîæå çäіéñíþâàòèñÿ ðіçíèìè ñïîñîáàìè.

Ñïîñòåðåæåííÿ 1. ßêùî äîòîðêíóòèñÿ äî ïðåäìåòіâ, âèãîòîâëåíèõ ç ìåòàëіâ, äåðåâà, ïëàñòìàñè, òî ìåòàëåâі ïðåäìåòè çäàþòüñÿ õîëîäíіøèìè è 21

ÐÎÇÄІË 1

âіä äåðåâ’ÿíèõ, õî÷à їõíÿ òåìïåðàòóðà îäíàêîâà, íàïðèêëàä êіìíàòíà. Ó öüîìó âèïàäêó ìè âіä÷óâàєìî ïðîõîëîäó, òîìó ùî ìåòàëåâі ïðåäìåòè êðàùå ïðîâîäÿòü òåïëî і øâèäøå âіäáèðàþòü éîãî âіä ðóêè, òîáòî ìàþòü âèñîêó òåïëîïðîâіäíіñòü. Ñïîñòåðåæåííÿ 2. Áàòàðåї âîäÿíîãî îïàëåííÿ ðîçìіùóþòü ïіä âіêíîì áіëÿ ïіäëîãè. Âіä íèõ óíèçó õîëîäíå ïîâіòðÿ íàãðіâàєòüñÿ é ïіäíіìàєòüñÿ âãîðó. Òðèìàþ÷è ðóêó íàä çàïàëåíîþ ñâі÷êîþ, âè âіä÷óєòå, ÿê âіä її ïîëóì’ÿ âãîðó ïіäíіìàþòüñÿ òåïëі ïîòîêè ïîâіòðÿ. Ïіäâіñèâøè íàä äæåðåëîì òåïëà ïàïіðåöü, ìîæíà ïîáà÷èòè, ÿê âіí êîëèâàєòüñÿ âіä ðóõó ïîâіòðÿ. Ó öèõ ïðèêëàäàõ òåïëîîáìіí çäіéñíþєòüñÿ çà ðàõóíîê ïåðåíåñåííÿ ïîâіòðÿ àáî ðіäèíè. Òàêèé ïðîöåñ ïåðåäà÷і òåïëà íàçèâàþòü êîíâåêöієþ (ç ëàò. convectio – ïåðåíåñåííÿ). Ñïîñòåðåæåííÿ 3. Æèòòÿ íà Çåìëі ìîæå іñíóâàòè òîìó, ùî âîíà ìàє ïðèäàòíó äëÿ öüîãî òåìïåðàòóðó çàâäÿêè òåïëó, ÿêå îòðèìóє çі ñâіòëîì âіä Ñîíöÿ. Çåìëÿ і Ñîíöå ðîçòàøîâàíі íà âåëèêіé âіäñòàíі (150 ìëí êì), ó ïðîñòîðі ìіæ íèìè íåìàє ïîâіòðÿ. Ó öüîìó ðàçі ïåðåäà÷à òåïëà âіäáóâàєòüñÿ çà ðàõóíîê ùå îäíîãî âèäó òåïëîîáìіíó – âèïðîìіíþâàííÿ. Äîñëіä 1. Äî ìіäíîãî ñòåðæíÿ ïàðàôіíîì àáî âîñêîì ïðèêëåїìî êіëüêà ñіðíèêіâ (ìàë. 35). Îäèí êіíåöü ñòåðæíÿ íàãðіâàòèìåìî â ïîëóì’ї ñïèðòіâêè àáî ãàçîâîãî ïàëüíèêà.

Мал. 35

Мал. 36

Ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ ïàðàôіí ïî÷íå ïëàâèòèñÿ, і ñіðíèêè âіäïàäàòèìóòü âіä ñòåðæíÿ. Íàñàìïåðåä âіäïàäóòü òі ñіðíèêè, ÿêі ðîçìіùåíі áëèæ÷å äî ïîëóì’ÿ, à ïîòіì ïî ÷åðçі – âñі іíøі. Ïåðåäà÷ó òåïëà âіä áіëüø íàãðіòîї äî ìåíø íàãðіòîї ÷àñòèíè òіëà âíàñëіäîê òåïëîâîãî ðóõó ÷àñòèíîê òіëà íàçèâàþòü òåïëîïðîâіäíіñòþ. Ïðè öüîìó âіäáóâàєòüñÿ ïåðåäà÷à åíåðãії, à ïåðåíîñó ðå÷îâèíè íåìàє. Äîñëіä 2. Ó ïîñóäèíó, ó ÿêіé íàãðіâàєòüñÿ âîäà, âñòàâèìî àëþìіíієâèé, äåðåâ’ÿíèé, ïëàñòìàñîâèé òà ñêëÿíèé ñòåðæíі (ìàë. 36). Ïîêëàäåìî çâåðõó íà íèõ ïàðàôіíîâі êóëüêè. Ñïî÷àòêó ðîçïëàâèòüñÿ êóëüêà íà àëþìіíієâîìó ñòåðæíі, ïîòіì – íà ñêëÿíîìó. Íà äåðåâ’ÿíîìó òà ïëàñòìàñîâîìó ñòåðæíÿõ ïàðàôіí íå ðîçïëàâèòüñÿ. ñî 22

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Ðіçíі ðå÷îâèíè ìàþòü ðіçíó òåïëîïðîâіäíіñòü. Çà êіìíàòíîї òåìïåðàòóðè òåïëîïðîâіäíіñòü ðіçíèõ òіë ðіçíà (òàáë. 1). Òåïëîïðîâіäíіñòü äåÿêèõ ðå÷îâèí ïîðіâíÿííî ç òåïëîïðîâіäíіñòþ ñêëà Речовина

Теплопровідність

Речовина

Òàáëèöÿ 1 Теплопровідність

Мідь

330

Вода

0,5

Алюміній

270

Гіпс

0,4

Латунь

105

Бетон

0,23

Залізо

Деревина

0,2–0,1

Нержавіюча сталь

Пінобетон

0,043

Вапняк

1,5

Пінополістирол

0,036

Скло

1,0

Корок

0,036

Цегла суцільна

0,6

Скловата

0,035

Цегла порожниста

0,5

Сухе повітря

0,022

Äîáðå ïðîâîäÿòü òåïëî ìåòàëè, îñîáëèâî ñðіáëî, çîëîòî, ìіäü. Ïîãàíî ïðîâîäÿòü òåïëî âîäà, öåãëà, áåòîí, ëіä. Íàïðèêëàä, òåïëîïðîâіäíіñòü áåòîíó â 210 ðàçіâ íèæ÷à çà òåïëîïðîâіäíіñòü àëþìіíіþ. Êîðîê, ïіíîïëàñò, ïîâіòðÿ ìàþòü äóæå íèçüêó òåïëîïðîâіäíіñòü. Òàêі ðå÷îâèíè íàçèâàþòü òåïëîіçîëÿòîðàìè. Âîâíà, ïóõ ìіñòÿòü ïîâіòðÿ і òîìó ìàþòü íèçüêó òåïëîïðîâіäíіñòü. Âîíè çàõèùàþòü òіëî òâàðèí âіä ïåðåîõîëîäæåííÿ àáî ïåðåãðіâàííÿ. Äëÿ äîñòàòíüîї òåïëîіçîëÿöії áóäèíêó éîãî ñòіíè ç áåòîíó ïîâèííі ìàòè òîâùèíó 30 ñì. Äëÿ çàáåçïå÷åííÿ òàêîї ñàìîї òåïëîіçîëÿöії ñòіíè ç àëþìіíіþ ïîâèííі áóëè á ìàòè òîâùèíó 63 ì, à ñòіíè ç êîðêà – 1,2 ñì. Äîñëіä 3. ßêùî íàãðіâàòè âîäó ó âåðõíіé ÷àñòèíі ïðîáіðêè (ìàë. 37), òî âîíà â öüîìó ìіñöі çàêèïèòü, à âíèçó ìîæóòü çàëèøèòèñÿ íàâіòü øìàòî÷êè ëüîäó. Öå ñâіä÷èòü ïðî òå, ùî âîäà – ïîãàíèé ïðîâіäíèê òåïëà. ßêùî æ íàãðіâàòè ïîñóäèíó ç âîäîþ çíèçó, òî âñÿ âîäà ïðîãðієòüñÿ é çàêèïèòü (ìàë. 38), òîìó ùî âіäáóâàòèìåòüñÿ ïåðåìіùåííÿ âåðõíіõ õîëîäíèõ і íèæíіõ íàãðіòèõ øàðіâ âîäè. Òàêå ïåðåìіùåííÿ ðіäèíè íàçèâàþòü êîíâåêöієþ.

Мал. 37

Мал. 38

ÐÎÇÄІË 1

Êîíâåêöіÿ – ïðîöåñ ïåðåíåñåííÿ åíåðãії ñòðóìåíÿìè ðіäèíè àáî ãàçó. Äîñëіä 4. Çàïàëèìî ñâі÷êó, ðîçìіñòèìî íàä ïîëóì’ÿì âèðіçàíó ç ïàïåðó «çìіéêó» (ìàë. 39). Ïîâіòðÿ áіëÿ ïîëóì’ÿ ñâі÷êè áóäå íàãðіâàòèñÿ і ðîçøèðþâàòèñÿ. Ãóñòèíà ðîçøèðåíîãî ïîâіòðÿ ìåíøà âіä ãóñòèíè õîëîäíîãî, òîìó øàð òåïëîãî ïîâіòðÿ ïіäíіìàєòüñÿ âãîðó. Éîãî ìіñöå âіäðàçó çàñòóïàє ñóñіäíіé øàð õîëîäíîãî ïîâіòðÿ, âіí íàãðіâàєòüñÿ і ïî÷èíàє ðóõàòèñÿ âãîðó.

Мал. 39

Мал. 40

Ïіä äієþ ñòðóìåíіâ íàãðіòîãî ïîâіòðÿ ïàïåðîâà «çìіéêà» îáåðòàєòüñÿ. ßâèùåì êîíâåêöії ìîæíà ïîÿñíèòè âèíèêíåííÿ âіòðіâ ó ïðèðîäі. Ñïîñòåðåæåííÿ 4. Çàïàëèìî ñâі÷êó. Êîëè íàä íåþ ðîçìіñòèìî ñïî÷àòêó íèæ÷èé, à ïîòіì – âèùèé ñêëÿíèé öèëіíäð, âіäêðèòèé ç îáîõ áîêіâ (ìàë. 40), òî ïîìіòèìî, ùî ïîëóì’ÿ ñâі÷êè áóäå âèäîâæóâàòèñÿ. Òàêèé öèëіíäð – öå ìàëåíüêà äèìîâà òðóáà, ÿêà ñòâîðþє òÿãó ïîâіòðÿ. Ùî âèùà òðóáà, òî êðàùà òÿãà. Ó ñó÷àñíèõ áóäèíêàõ óñòàíîâëþþòü âîäÿíå îïàëåííÿ. Âîäà, íàãðіòà â êîòëі (ìàë. 41), ïіäíіìàєòüñÿ ïî òðóáàõ óãîðó і âіääàє òåïëî ðàäіàòîðàì îïàëåííÿ. Óíàñëіäîê êîíâåêöії íàãðіâàєòüñÿ ïîâіòðÿ â áóäèíêàõ, ïðè öüîìó îõîëîäæóþòüñÿ ðàäіàòîðè òà âîäà â íèõ. Îõîëîäæåíà âîäà îïóñêàєòüñÿ âíèç äî êîòëà, äå çíîâó íàãðіâàєòüñÿ. Ùîá óñÿ âîäà, ÿêà є â ñèñòåìі âîäÿíîãî îïàëåííÿ, íàãðіâàëàñÿ, êîòëè àáî іíøі íàãðіâàëüíі óñòàíîâêè ðîçìіùóþòü ó áóäèíêó ÿêîìîãà íèæ÷å. Ñïîñòåðåæåííÿ 5. Ñèäÿ÷è áіëÿ áàãàòòÿ, ìè âіä÷óâàєìî âіä íüîãî òåïëî. Îòæå, âіäáóâàєòüñÿ òåïëîîáìіí, àëå íå ÷åðåç òåïëîïðîМал. 41 âіäíіñòü, áî ïîâіòðÿ, ÿêå є ìіæ ïîëóì’ÿì áà24

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

ãàòòÿ і íàìè, – òåïëîіçîëÿòîð. Êîíâåêöієþ â öüîìó ðàçі òåïëîîáìіí òàêîæ ïîÿñíèòè íå ìîæíà, áî ìè ïåðåáóâàєìî íå íàä áàãàòòÿì, à ïîðÿä іç íèì, і ïîòîêè õîëîäíîãî ïîâіòðÿ éäóòü äî áàãàòòÿ ç íàøîãî áîêó. Òóò ìàєìî ñïðàâó ùå ç îäíèì âèäîì òåïëîîáìіíó, ÿêèé íàçèâàþòü âèïðîìіíþâàííÿì, ïðî ÿêå ìè âæå çãàäóâàëè, êîëè îáãîâîðþâàëè íàãðіâàííÿ Çåìëі ñâіòëîì âіä Ñîíöÿ êðіçü áåçïîâіòðÿíèé ïðîñòіð. Çâіäñè âèïëèâàє, ùî äëÿ òåïëîîáìіíó âèïðîìіíþâàííÿì íå ïîòðіáíå áóäü-ÿêå ïðîìіæíå ñåðåäîâèùå ìіæ òіëîì і íàãðіâíèêîì. Äîñëіä 5. Âіçüìåìî òåïëîïðèéìà÷ (êðóãëó êîðîáî÷êó, îäèí áіê ÿêîї äçåðêàëüíèé, à äðóãèé – ïîêðèòèé ÷îðíîþ ôàðáîþ, ìàë. 42), ç’єäíàєìî éîãî çà äîïîìîãîþ ãóìîâîї òðóáêè ç ìàíîìåòðîì. Ðîçìіñòèìî íà äåÿêіé âіäñòàíі âіä òåïëîïðèéìà÷à ââіìêíåíó åëåêòðîïëèòêó. Íåâäîâçі ìàíîìåòð ïîêàæå, ùî òèñê ïîâіòðÿ â êîðîáî÷öі òåïëîïðèéìà÷à çáіëüøèâñÿ çà ðàõóíîê éîãî íàãðіâàííÿ âіä ñòіíêè êîðîáî÷êè, òåìïåðàòóðà ÿêîї ïіäâèùèëàñÿ âíàñëіäîê òåïëîîáìіíó ç åëåêòðîïëèòêîþ. Óñі îòî÷óþ÷і íàñ òіëà é ìè ñàìі çà áóäüÿêîї òåìïåðàòóðè є äæåðåëàìè òåïëîâîãî âèïðîìіíþâàííÿ, ÿêå çà ñâîєþ ïðèðîäîþ і âëàñòèâîñòÿìè ïîäіáíå äî ñâіòëà é ðàäіîõâèëü. Ùî âèùà òåìïåðàòóðà òіëà, òî ïîòóæíіøèì є òåïëîâå âèïðîìіíþâàííÿ âіä íüîãî. Ìè íå áà÷èìî éîãî îêîì, àëå ñïðèéìàєìî øêіðîþ, ÿê æàð, ùî éäå âіä äæåðåëà. Ó íàøîìó äîñëіäі ðîçæàðåíà åëåêòðîïëèòêà é áóëà ïîòóæíèì äæåðåМал. 42 ëîì òåïëîâîãî ïðîìіííÿ, ÿêå і ñïðèéíÿâ òåïëîïðèéìà÷. Âèïðîìіíþâàííÿ – öå âèä òåïëîîáìіíó, ÿêèé ìîæå âіäáóâàòèñÿ áåç ïðîìіæíîãî ñåðåäîâèùà ìіæ òіëàìè і çóìîâëåíèé âèïóñêàííÿì і ïîãëèíàííÿì íèìè òåïëîâîãî ïðîìіííÿ. Óñі òіëà íå òіëüêè âèïóñêàþòü, à é ïîãëèíàþòü òåïëîâå ïðîìіííÿ. Ùîá äîñëіäèòè, ÿê âïëèâàþòü âëàñòèâîñòі òіëà íà éîãî çäàòíіñòü ïîãëèíàòè òåïëîâå ïðîìіííÿ, ïîâòîðèìî íàø äîñëіä äâі÷і: ñïî÷àòêó ïîâåðíåìî òåïëîïðèéìà÷ äî åëåêòðîïëèòêè áëèñêó÷îþ ïîâåðõíåþ, à ïîòіì – òåìíîþ. Ïîäіáíі äîñëіäè ïîêàçàëè, ùî òіëà ç òåìíîþ ïîâåðõíåþ êðàùå âèïðîìіíþþòü і ïîãëèíàþòü òåïëîâå ïðîìіííÿ. Òіëà, ÿêі ìàþòü ñâіòëó òà áëèñêó÷ó ïîâåðõíþ, âèïðîìіíþþòü і ïîãëèíàþòü åíåðãіþ ãіðøå, íіæ òåìíі. Òåïåð ìîæíà âіäïîâіñòè íà çàïèòàííÿ, äëÿ ÷îãî îäíі ïðåäìåòè ôàðáóþòü ó òåìíèé êîëіð, à іíøі – ó ñâіòëі ç áëèñêîì êîëüîðè. Íàïðèêëàä, ÷àéíèê ç áëèñêó÷îþ ïîâåðõíåþ äîâøå çáåðіãàє âîäó òåïëîþ, òîìó ùî òàêà ïîâåðõíÿ ìåíøå âèïðîìіíþє òåïëà, íіæ òåìíà. Âàãîíè-õîëîäèëüíèêè ôàðáóþòü ó ñâіòëèé êîëіð, ùîá âîíè íå íàãðіâàëèñÿ íà ñîíöі. Óëіòêó ìè çàçâè÷àé íîñèìî ñâіòëèé îäÿã, à âçèìêó – òåìíèé. 25

ÐÎÇÄІË 1

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ  Середня температура тіла людини 36,6 С підтримується організмом за різноманітних умов життя і діяльності людини. У тканинах і органах тіла безперервно відбуваються процеси окиснення, що супроводжуються виділенням теплоти. Більша частина енергії, яка отримується від перетравлення харчових продуктів, затрачається на механічну роботу, виконання якої також супроводжується виділенням тепла в організмі. Усе це тепло розсіюється тілом людини в навколишнє середовище.  Самопочуття людини значною мірою залежить від кількості теплоти, яку втрачає організм. Залежно від призначення приміщення, виду виконуваної роботи і вологості повітря нормальною для людини може бути температура навколишнього середовища від 11 до 23 С. Низькі температури прискорюють процеси вироблення теплоти в організмі. Високі – спричиняють посилення потовиділення, яке є засобом регулювання температури організму. Однак організм людини здатний підтримувати власну температуру сталою тільки за зміни температури навколишнього середовища в невеликих межах. Наприклад, для людини, яка перебуває в стані спокою, у вологому повітрі температура тіла починає підвищуватися за температури повітря вище від 30 С, а в сухому – від 40 С.  Особливо чутливий організм людини до інтенсивності випромінювання. Негативно впливає на нього випромінювання гарячих предметів. Значний вплив на самопочуття людини має температура поверхонь приміщень, з якими тіло людини обмінюється теплом унаслідок випромінювання. Зміна температури стін від 20 до 10 С спричиняє збільшення випромінювання тіла людини (виділення тілом тепла) на 30 %. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4. 5.

Що таке теплопровідність? Що таке конвекція? Що таке випромінювання? Які явища природи пояснюються конвекцією? Яку роль відіграє випромінювання в житті людини?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. Ó ÿêîìó ñòàíі âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ 1 êã âîäè áіëüøà: ó òâåðäîìó, ðіäêîìó ÷è ãàçóâàòîìó? Âіäïîâіäü: âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ 1 êã âîäè ó ãàçóâàòîìó ñòàíі áіëüøà, íіæ ó ðіäêîìó, à â òâåðäîìó – ìåíøà, íіæ ó ðіäêîìó ñòàíі. 2. ßê ïîÿñíèòè, ùî ïîæåæíèê ó ñïåöіàëüíîìó îäÿçі ìîæå áåçïå÷íî ïåðåáóâàòè áіëÿ åïіöåíòðó âîãíþ (ìàë. 43)? Âіäïîâіäü: òêàíèíó ñïåöîäÿãó âèãîòîâëåíî ç ìàòåðіàëіâ, ÿêі ìàþòü äóæå íèçüêó òåïëîïðîâіäíіñòü. Êðіì òîãî, ñïåöîäÿã ìàє ñðіáëÿñМал. 43 òèé êîëіð і òîìó âіäáèâàє òåïëîâå ïðîìіííÿ. 26

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

3. Ïîÿñíіòü, ÷îìó ïòàõè ç âåëèêèìè êðèëàìè (îðëè, øóëіêè) ìîæóòü òðèìàòèñÿ íà îäíіé âèñîòі, íå ìàõàþ÷è êðèëàìè. Âіäïîâіäü: çà ðàõóíîê âèñõіäíèõ ïîòîêіâ ïîâіòðÿ, òîáòî êîíâåêöії. Ðіâåíü À 16. Õîëîäíà і ãàðÿ÷à âîäà ñêëàäàєòüñÿ ç îäíàêîâèõ ìîëåêóë. ×è îäíàêîâà âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ õîëîäíîї і ãàðÿ÷îї âîäè îäíàêîâîї ìàñè? ×îìó? 17. ×è çìіíèëàñÿ âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ÷àéíîї ÷àøêè, êîëè її ïåðåñòàâèëè çі ñòîëó íà ïîëèöþ êóõîííîї øàôè? 18. Ïіä ÷àñ îáðîáêè ìàòåðіàëіâ іíñòðóìåíòè âåðñòàòіâ (ðіçöі, ñâåðäëà, ôðåçè) ñèëüíî íàãðіâàþòüñÿ. ×îìó? 19. ×îìó, âèêîíóþ÷è âïðàâè íà êàíàòі, íå ñëіä øâèäêî îïóñêàòèñÿ, îõîïèâøè éîãî ðóêàìè? 20. Ïîÿñíіòü òàêі ôàêòè: à) áîðîøíî, ÿêå ñèïëåòüñÿ ç-ïіä êàìåíÿ â ìëèíі, ãàðÿ÷å; á) êóëüêîâі ïіäøèïíèêè ìàøèí íàãðіâàþòüñÿ ïіä ÷àñ ðîáîòè ìåíøå, íіæ ïіäøèïíèêè êîâçàííÿ. 21. Ïіä ÷àñ îãëÿäó êîñìі÷íîãî êîðàáëÿ ïіñëÿ éîãî ïîâåðíåííÿ íà Çåìëþ âèÿâèëîñÿ, ùî íàéáіëüøå îïëàâèëàñÿ é îáãîðіëà ïîâåðõíÿ òîãî áîêó, ÿêèì êîðàáåëü óâіéøîâ ó çåìíó àòìîñôåðó. Äàéòå öüîìó ïîÿñíåííÿ. 22. ×îìó, êîëè âàðÿòü âàðåííÿ, òî íàìàãàþòüñÿ êîðèñòóâàòèñÿ äåðåâ’ÿíîþ ëîæêîþ, à íå ìåòàëåâîþ? 23. Ç ÿêîþ ìåòîþ ó áóäèíêó ìіæ äèìàðåì і äîøêàìè ñòåëі êëàäóòü øàð àçáåñòó? 24. Öåãëà çäàєòüñÿ íà äîòèê òåïëіøîþ çà ìàðìóð çà òієї ñàìîї òåìïåðàòóðè. ßêèé ìàòåðіàë ìàє êðàùі òåïëîіçîëÿöіéíі âëàñòèâîñòі? 25. Ó ÿêіé ç ïîñóäèí øâèäøå íàãðієòüñÿ âîäà (ìàë. 44)?

Мал. 44

Мал. 45

26. Ç ÿêîþ ìåòîþ ó âіêíà âñòàâëÿþòü ïîäâіéíå àáî ïîòðіéíå ñêëî (ìàë. 45)? 27. ×îìó â õîëîäèëüíèõ êàìåðàõ ì’ÿñîêîìáіíàòіâ àáî ìîëîêîçàâîäіâ òðóáè ç îõîëîäæóâàëüíîþ ðіäèíîþ ðîçìіùóþòü óãîðі, áіëÿ ñòåëі? 28. ×îìó â ëüîõó ïðîõîëîäíî íàâіòü ó ñïåêó? 29. Ç ÿêîþ ìåòîþ â ñòіíàõ ïðèìіùåíü ðîáëÿòü âåðòèêàëüíі òðóáè-êîëîäÿçі, ñïîëó÷åíі îòâîðàìè ç êіìíàòàìè? Äå ðîçìіùóþòüñÿ öі îòâîðè? 30. ×îìó õîëîäèëüíі óñòàíîâêè, âàãîíè-õîëîäèëüíèêè ôàðáóþòü ó ñâіòëèé êîëіð? 27

ÐÎÇÄІË 1

31. Ó ÿêіé ñóêíі âëіòêó ìåíø ñïåêîòíî: ó ñâіòëіé ÷è òåìíіé? Ïîÿñíіòü ÷îìó. 32. ×îìó çіïñóâàâñÿ ìåäè÷íèé òåðìîìåòð, ÿêèé çàëèøèëè ÷åðåç íåäîãëÿä íà ïіäâіêîííі ñîíÿ÷íîãî äíÿ? 33. Óëіòêó ïîâіòðÿ â áóäèíêó íàãðіâàєòüñÿ çà ðàõóíîê òåïëà, ùî íàäõîäèòü êðіçü ñòіíè, âіä÷èíåíі âіêíà і ñêëî, ÿêå ïðîïóñêàє ñîíÿ÷íі ïðîìåíі. Ïðî ÿêі âèäè òåïëîîáìіíó éäåòüñÿ â êîæíîìó âèïàäêó? 34. ×è ìîæíà îõîëîäèòè ïîâіòðÿ â êіìíàòі, âіäêðèâøè äâåðöÿòà õîëîäèëüíèêà? Ðіâåíü Á 35. ×îìó ïèëêà ç íåäîñòàòíüî ðîçâåäåíèìè çóáöÿìè íàãðіâàєòüñÿ áіëüøå, íіæ ç íîðìàëüíèì ðîçâåäåííÿì çóáöіâ? 36. Ïіñëÿ ðîçðіçàííÿ ñëþñàðíîþ íîæіâêîþ ìåòàëåâîї äåòàëі ñïîñòåðіãàєòüñÿ íàãðіâàííÿ äåòàëі é ïîëîòíà íîæіâêè. Óíàñëіäîê ÷îãî ñòàëèñÿ òàêі çìіíè? 37. Âèêîíàéòå òàêèé äîñëіä: âіçüìіòü ì’ÿêó çàëіçíó àáî ìіäíó äðîòèíó äіàìåòðîì 3–4 ìì, ïåðåãíіòü її êіëüêà ðàçіâ â îäíîìó é òîìó ñàìîìó ìіñöі é òîðêíіòüñÿ öüîãî ìіñöÿ ðóêîþ. Ùî âіä÷óєòå? ×îìó ñòàëàñÿ öÿ çìіíà ç äðîòèíîþ? 38. Øìàòîê ñâèíöþ ìîæíà íàãðіòè ðіçíèìè ñïîñîáàìè: âäàðÿþ÷è ïî íüîìó ìîëîòêîì, âíîñÿ÷è éîãî â ïîëóì’ÿ ïàëüíèêà àáî ãàðÿ÷ó âîäó. ×è ìîæíà ñòâåðäæóâàòè, ùî â óñіõ öèõ âèïàäêàõ øìàòîê ñâèíöþ îòðèìàâ ïåâíó êіëüêіñòü òåïëîòè; ùî çáіëüøèëàñÿ éîãî âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ? 39. Ñіðíèê ñïàëàõóє, ÿêùî éîãî òåðòè îá êîðîáêó. Âіí òàêîæ ñïàëàõóє, êîëè éîãî âíîñÿòü ó ïîëóì’ÿ ñâі÷êè. Ó ÷îìó ñïіëüíіñòü і âіäìіííіñòü ïðè÷èí, ùî çóìîâëþþòü ñïàëàõóâàííÿ ñіðíèêà â öèõ âèïàäêàõ? 40. ×îìó ïîêðèøêè àâòîìîáіëüíèõ êîëіñ âèãîòîâëÿþòü ç ãóìè, ÿêà íå ðîçì’ÿêøóєòüñÿ é íå âòðà÷àє ìіöíîñòі íàâіòü çà 100 Ñ і âèùîї òåìïåðàòóðè? 41. ßê ìîæíà çіãðіòè çìåðçëі ðóêè, íå âèêîðèñòîâóþ÷è íàãðіòèõ ïðåäìåòіâ àáî òåïëèõ ðóêàâè÷îê? 42. Äåÿêó ìàñó âîäè â îäíîìó âèïàäêó íàãðіëè íà 35 Ñ, à â іíøîìó – îõîëîäèëè íà 10 Ñ. Çáіëüøèëàñü ÷è çìåíøèëàñü âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ âîäè â êîæíîìó ç âèïàäêіâ? 43. Âèêîíàéòå òàêèé äîñëіä: îïóñòіòü àëþìіíієâó і çàëіçíó ëîæêè â ãàðÿ÷ó âîäó. ßêà ç íèõ øâèäøå íàãðієòüñÿ? ßêà ç íèõ ìàє êðàùó òåïëîïðîâіäíіñòü? 44. ×îìó øìàòêè çàëіçà і äåðåâà íà ìîðîçі çäàþòüñÿ íåîäíàêîâî õîëîäíèìè, à âëіòêó â ñïåêîòíèé äåíü áåòîííèé ñòîâï îãîðîæі é çàëіçíà îãîðîæà – íåîäíàêîâî íàãðіòèìè? 45. ×îìó ùіëüíèé âîëîãèé ґðóíò ìàє çíà÷íî áіëüøó òåïëîïðîâіäíіñòü, íіæ ñóõèé і ðîçïóøåíèé? Ùî òðåáà çðîáèòè, ùîá ïðèñêîðèòè ïðîãðіâàííÿ ґðóíòó íà áіëüøó ãëèáèíó? Ç ÿêîþ ìåòîþ êîòêóþòü (óùіëüíþþòü) ґðóíò? 46. ×îìó ðàäіàòîðè âîäÿíîãî îïàëåííÿ â êіìíàòі âñòàíîâëþþòü âíèçó é îáîâ’ÿçêîâî áіëÿ âіêíà? Ùî áóëî á, ÿêáè öі ðàäіàòîðè ðîçìіñòèëè áіëÿ ïðîòèëåæíîї äî âіêíà ñòіíè? 28

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

47. Êîëè äîâіëüíå çìіøóâàííÿ õîëîäíîї і ãàðÿ÷îї âîäè âіäáóâàòèìåòüñÿ øâèäøå: ÿêùî â ãàðÿ÷ó âîäó íàëèâàòè õîëîäíó ÷è â õîëîäíó íàëèâàòè ïîâіëüíî ãàðÿ÷ó â òіé ñàìіé ïðîïîðöії? Âіäïîâіäü ïîÿñíіòü, ïåðåâіðòå íà äîñëіäі, âèêîðèñòîâóþ÷è ïðè öüîìó òåðìîìåòð. 48. Ó ÿêîìó äèìàðі êðàùå óòâîðþєòüñÿ òÿãà: öåãëÿíîìó ÷è ìåòàëåâîìó, ÿêùî âîíè ìàþòü îäíàêîâі âíóòðіøíіé äіàìåòð і âèñîòó? 49. Äëÿ ÷îãî â ãàñîâèõ ëàìïàõ âèêîðèñòîâóþòü âèñîêå ñêëî (ìàë. 46)? 50. Ïàñàæèðè ëіòàêà, ÿêèé ïðîëіòàє ÷åðåç ïðîòîêó, âіä÷óâàþòü íåâåëèêå ñòðóøóâàííÿ («áîâòàíêó») â òі ìîìåíòè, êîëè ëіòàê ïðîëіòàє ÿêðàç íàä áåðåãàìè ïðîòîêè; à íàä âîäîþ ëіòàê ëåòèòü ðіâíî. Äàéòå öüîìó ïîÿñíåííÿ.

а Мал. 46

б Мал. 47

51. Íà ìàëþíêó 47, à â íèæíіé ïîñóäèíі ìіñòèòüñÿ ëіä, à ó âåðõíіé – âîäà. Íà ìàëþíêó 47, á – íàâïàêè. Ó ÿêіé ïîñóäèíі (ëіâîðó÷ ÷è ïðàâîðó÷) øâèäøå îõîëîíå âîäà? 52. Ñòàëåâàð, ñïîñòåðіãàþ÷è êðіçü òåìíі îêóëÿðè çà ïðîöåñîì ñòàëåâàðіííÿ, ÷àñòî ùå é çàãîðîäæóє îáëè÷÷ÿ ðóêîþ. ×îìó âіí öå ðîáèòü? 53. Â îäíîìó ç äâîõ îäíàêîâèõ ðіäèííèõ òåðìîìåòðіâ ðåçåðâóàð çà÷îðíèëè, à ïіñëÿ öüîãî îáèäâà òåðìîìåòðè ïîìіñòèëè â õîëîäèëüíèê. ßêèé òåðìîìåòð øâèäøå ïîêàæå çíèæåííÿ òåìïåðàòóðè і ÷îìó? 54. Çåìíà àòìîñôåðà âíàñëіäîê ñâîєї ïðîçîðîñòі äóæå ñëàáêî ïîãëèíàє ñîíÿ÷íå ïðîìіííÿ і ÷åðåç öå íå íàãðіâàєòüñÿ. ×îìó æ óëіòêó áóâàє ñïåêîòíî íàâіòü ó òіíі? 55. ×è çìіíèòüñÿ âèñîòà ïîëüîòó ïîâіòðÿíîї êóëі, ÿêùî âîíà â ëіòíіé äåíü îïèíèòüñÿ â òіíі âіä õìàðè?

§ 7. КІЛЬКІСТЬ ТЕПЛОТИ. ПИТОМА ТЕПЛОЄМНІСТЬ РЕЧОВИНИ

Äëÿ êіëüêіñíîãî îïèñó âëàñòèâîñòåé òåïëîîáìіíó çàñòîñîâóþòü ñïåöіàëüíі ôіçè÷íі âåëè÷èíè, îäíієþ ç ÿêèõ є êіëüêіñòü òåïëîòè.

Êіëüêіñòü òåïëîòè ïîêàçóє, ÿêà êіíåòè÷íà åíåðãіÿ õàîòè÷íîãî (áåçëàäíîãî) ðóõó ìîëåêóë ïåðåäàëàñÿ âіä îäíîãî òіëà äî іíøîãî ïіä ÷àñ òåïëîîáìіíó, ó ðåçóëüòàòі ÷îãî çìіíèëàñÿ âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ îáîõ òіë, ùî áóëè â òåïëîâîìó êîíòàêòі. 29

ÐÎÇÄІË 1

Âіä ÿêèõ óìîâ òåïëîîáìіíó çàëåæèòü êіëüêіñòü òåïëîòè? Óñіì âàì, ìàáóòü, äîâîäèëîñÿ íàãðіâàòè âîäó, і âè äîáðå çíàєòå, ùî äëÿ íàãðіâàííÿ ÷àéíèêà, óùåðòü çàïîâíåíîãî âîäîþ, ïîòðіáíà áіëüøà êіëüêіñòü òåïëîòè, íіæ äëÿ òàêîãî ñàìîãî ÷àéíèêà, íàïîâíåíîãî äî ïîëîâèíè. Çâіäñè âèïëèâàє: ùî áіëüøà ìàñà òіëà, òî áіëüøó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá çìіíèòè éîãî òåìïåðàòóðó íà îäíó é òó ñàìó êіëüêіñòü ãðàäóñіâ. Äîñëіä 1. Íà îäíàêîâі íàãðіâíèêè ïîñòàâèìî îäíàêîâі ïîñóäèíè, â îäíіé ç ÿêèõ íàëèòî 200 ã âîäè (ìàë. 48, à), à â äðóãіé – 400 ã (ìàë. 48, á). Âèìіðÿєìî ïî÷àòêîâó òåìïåðàòóðó âîäè – âîíà îäíàêîâà â îáîõ ïîñóäèíàõ.

200 ã

400 ã б

Мал. 48

Íàãðіâàþ÷è âîäó äî ïåâíîї òåìïåðàòóðè, ïîáà÷èìî, ùî ïîñóäèíó ç âîäîþ ìàñîþ 400 ã ïîòðіáíî ãðіòè âäâі÷і äîâøå, íіæ ïîñóäèíó ç âîäîþ ìàñîþ 200 ã, òîáòî їé ñëіä íàäàòè óäâі÷і áіëüøîї êіëüêîñòі òåïëîòè. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ íàãðіâàííÿ òіëà, çàëåæèòü âіä ìàñè öüîãî òіëà. Ùî áіëüøà ìàñà òіëà, òî áіëüøó êіëüêіñòü òåïëîòè òðåáà íàäàòè éîìó, ùîá íàãðіòè äî ïåâíîї òåìïåðàòóðè. Ó òîé ñàìèé ÷àñ òіëî, ÿêå îõîëîäæóєòüñÿ, ïåðåäàє íàâêîëèøíüîìó ñåðåäîâèùó òèì áіëüøå êіëüêîñòі òåïëîòè, ÷èì áіëüøà éîãî ìàñà. Íàïðèêëàä, ÿêùî çàëèøèòè õîëîíóòè ïîñóäèíè ç ïîïåðåäíüîãî äîñëіäó, òî ïîñóäèíà, ó ÿêіé ìàñà âîäè äîðіâíþє 400 ã, íàáóäå êіìíàòíîї òåìïåðàòóðè çà ÷àñ, óäâі÷і áіëüøèé, íіæ òà, ó ÿêіé âîäè 200 ã, à îòæå, ïîâåðíå і âäâі÷і áіëüøó êіëüêіñòü òåïëîòè. Äîñëіä 2. Ïîñòàâèìî òåïåð ïîñóäèíó ç âîäîþ êіìíàòíîї òåìïåðàòóðè íà íàãðіâíèê і íàãðієìî âîäó, íàïðèêëàä, íà 10 Ñ. Ïðîöåñ íàãðіâàííÿ òðèâàòèìå äåÿêèé ÷àñ, çà ÿêèé òіëó áóäå ïåðåäàíî ïåâíó êіëüêіñòü òåïëîòè. ßêùî ìè âèðіøèìî ïіäâèùèòè òåìïåðàòóðó âîäè ùå íà 10 Ñ, òî ïðîöåñ íàãðіâàííÿ òðåáà áóäå ïðîäîâæèòè, і âіí òðèâàòèìå òàêèé ñàìèé ÷àñ, ÿêèé çíàäîáèâñÿ â ïåðøіé ÷àñòèíі äîñëіäó. Çðîçóìіëî, ùî ïðè öüîìó âîäі áóäå ïåðåäàíî äîäàòêîâî òàêó ñàìó êіëüêіñòü òåïëîòè, ùî é ðàíіøå. Îòæå, ùî áіëüøà ðіçíèöÿ êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð òіëà ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ, òî áіëüøîї êіëüêîñòі òåïëîòè éîìó òðåáà íàäàòè. Ùî áіëüøà ðіçíèöÿ êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð òіëà, òî áіëüøó êіëüêіñòü òåïëîòè éîìó áóäå ïåðåäàíî ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ. 30

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Äîñëіä 3. Âіçüìåìî äâі îäíàêîâі ïîñóäèíè, ïåðøà ç ÿêèõ ìіñòèòü 400 ã âîäè (ìàë. 49, à), à äðóãà – 400 ã îëії (ìàë. 49, á) êіìíàòíîї òåìïåðàòóðè і ïîñòàâèìî їõ íà îäíàêîâі íàãðіâíèêè. Îòæå, ìàñè îáîõ ðіäèí îäíàêîâі é íàãðіâàòèìåìî їõ äî îäíàêîâîї òåìïåðàòóðè, íàïðèêëàä äî 40 Ñ. Âîäà

Îëіÿ

400 ã

Мал. 49

Ñïîñòåðіãàþ÷è çà ïîêàçàìè òåðìîìåòðіâ, çàíóðåíèõ ó êîæíó ç ðіäèí, ïîáà÷èìî, ùî îëіÿ íàáóäå çàäàíîї òåìïåðàòóðè ïåðøîþ. Ùîá òåìïåðàòóðà âîäè çðіâíÿëàñÿ ç òåìïåðàòóðîþ îëії, íàãðіâàííÿ âîäè òðåáà ïðîäîâæèòè і íàäàòè їé äîäàòêîâîї êіëüêîñòі òåïëîòè. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ íàãðіâàííÿ òіëà äî ïåâíîї òåìïåðàòóðè, çàëåæèòü âіä òîãî, ç ÿêîї ðå÷îâèíè âèãîòîâëåíî òіëî. Äîñëіä 4. Íàãðієìî çàëіçíå òà àëþìіíієâå òіëà îäíàêîâîї ìàñè äî ïåâíîї òåìïåðàòóðè, íàïðèêëàä äî 40 Ñ (ìàë. 50). Çàíóðèìî êîæíå ç òіë â îêðåìі ïîñóäèíè ç îäíàêîâîþ êіëüêіñòþ âîäè êіìíàòíîї òåìïåðàòóðè â êîæíіé. ×åðåç ïåâíèé ÷àñ ïîáà÷èìî, ùî âîäà, ó ÿêó ïîìіñòèëè àëþìіíієâå òіëî, íàãðіëàñÿ áіëüøå, íіæ âîäà, ó ÿêó ïîêëàëè çàëіçíå òіëî. Çàëіçî

Àëþìіíіé

t2 > t1

Мал. 50

Òіëà ç ðіçíèõ ðå÷îâèí îäíàêîâîї ìàñè і òåìïåðàòóðè, îõîëîäæóþ÷èñü, âèäіëÿþòü ðіçíó êіëüêіñòü òåïëîòè. Êіëüêіñòü òåïëîòè – öå òåïëîâà åíåðãіÿ, ÿêó îäåðæóє àáî âòðà÷àє òіëî ïіä ÷àñ òåïëîîáìіíó. Âîíà çàëåæèòü âіä ðå÷îâèíè, ç ÿêîї âèãîòîâëåíî òіëî, ìàñè öüîãî òіëà òà ðіçíèöі éîãî êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð. Êіëüêіñòü òåïëîòè ïîçíà÷àþòü âåëèêîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ Q. Îäèíèöåþ êіëüêîñòі òåïëîòè, ÿê і åíåðãії, є îäèí äæîóëü (1 Äæ). Âèêîðèñòîâóþòü òàêîæ êðàòíі îäèíèöі êіëüêîñòі òåïëîòè: îäèí êіëîäæîóëü (1 êÄæ) і îäèí ìåãàäæîóëü (1 ÌÄæ). 1 êÄæ  1000 Äæ; 1 ÌÄæ  1 000 000 Äæ. 31

ÐÎÇÄІË 1

Ùîá ïіäâèùèòè òåìïåðàòóðó âîäè ìàñîþ 1 êã íà 1 Ñ, òðåáà íàäàòè їé êіëüêіñòü òåïëîòè, ùî äîðіâíþє 4200 Äæ; ÿêùî íàãðіâàòè 1 êã çîëîòà íà 1 Ñ, òî ïîòðіáíà êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà äîðіâíþє ëèøå 130 Äæ. Îòæå, êîæíà ðå÷îâèíà ìàñîþ 1 êã äëÿ íàãðіâàííÿ íà 1 Ñ ïîòðåáóє ïåâíîї êіëüêîñòі òåïëîòè. Ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ öèõ ðå÷îâèí ìàñîþ 1 êã íà 1 Ñ, âèäіëÿòèìóòüñÿ òàêі ñàìі êіëüêîñòі òåïëîòè. Ôіçè÷íó âåëè÷èíó, ùî ïîêàçóє, ÿêà êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíà äëÿ çìіíè òåìïåðàòóðè ðå÷îâèíè ìàñîþ 1 êã íà 1 Ñ, íàçèâàþòü ïèòîìîþ òåïëîєìíіñòþ ðå÷îâèíè. Ïèòîìó òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèíè ïîçíà÷àþòü ìàëîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ ñ. Îäèíèöåþ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі ðå÷îâèíè є îäèí äæîóëü, ïîäіëåíèé íà îäèí êіëîãðàì і îäèí ãðàäóñ Öåëüñіÿ (1 Äæ/(êã . Ñ)). Ó òàáëèöі 2 íàâåäåíî çíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі äëÿ áàãàòüîõ ðå÷îâèí, ùî âèêîðèñòîâóþòüñÿ ó ïðîìèñëîâîñòі é ïîáóòі. Ïèòîìà òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèí Речовина

Питома теплоємність речовини, Дж/(кг . С)

Речовина

Òàáëèöÿ 2

Питома теплоємність речовини, Дж/(кг . С)

Вода

4200

Сталь

500

Спирт

2500

Залізо

460

Ефір

2350

Нікель

460

Гас

2100

Мідь

380

Лід

2100

Латунь

380

Повітря

1000

Цинк

380

Алюміній

920

Срібло

250

Пісок

880

Олово

250

Цегла

880

Свинець

140

Скло

840

Ртуть

130

Чавун

540

Золото

130

Ùî îçíà÷àє âèñëіâ «ïèòîìà òåïëîєìíіñòü ñðіáëà äîðіâíþє 250 Äæ/(êã . Ñ)»? Öåé âèñëіâ îçíà÷àє, ùî äëÿ íàãðіâàííÿ 1 êã ñðіáëà íà 1 Ñ ïîòðіáíî çàòðàòèòè êіëüêіñòü òåïëîòè, ùî äîðіâíþє 250 Äæ, àáî ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ 1 êã ñðіáëà íà 1 Ñ âèäіëÿєòüñÿ êіëüêіñòü òåïëîòè, ùî äîðіâíþє 250 Äæ. Àíàëіçóþ÷è òàáëèöþ 2, áà÷èìî, ùî âîäà ìàє äóæå âåëèêó ïèòîìó òåïëîєìíіñòü. Òîìó âîäà â ìîðÿõ і îêåàíàõ, íàãðіâàþ÷èñü óëіòêó, âáèðàє âåëèêó êіëüêіñòü òåïëîòè, і â ìіñöÿõ ïîáëèçó âåëèêèõ âîäîéì óëіòêó íå áóâàє òàê æàðêî, ÿê ó ìіñöÿõ, âіääàëåíèõ âіä âîäè. Óçèìêó âîäà îõîëîäæóєòüñÿ é âіääàє çíà÷íó êіëüêіñòü òåïëîòè, ÷åðåç òå çèìà â öèõ ìіñöÿõ íå òàêà ëþòà. Çàâäÿêè âåëèêіé ïèòîìіé òåïëîєìíîñòі âîäó øèðîêî âèêîðèñòîâóþòü ó ñèñòåìàõ âîäÿíîãî îïàëåííÿ, äëÿ îõîëîäæåííÿ äâèãóíіâ. ê 32

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Ðàíіøå ç ðåçóëüòàòіâ äîñëіäіâ áóëî çðîáëåíî âèñíîâîê, ùî äëÿ íàãðіâàííÿ áóäü-ÿêîãî òіëà ïîòðіáíî çàòðàòèòè ïåâíó êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïðîïîðöіéíà ìàñі òіëà, ðіçíèöі éîãî êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð òà çàëåæèòü âіä ðîäó ðå÷îâèíè, ç ÿêîї âîíî âèãîòîâëåíå. ßê îá÷èñëèòè êіëüêіñòü òåïëîòè, êîëè çàäàíî ïåâíі çíà÷åííÿ âñіõ öèõ âåëè÷èí? Íàïðèêëàä, òðåáà îá÷èñëèòè, ÿêó êіëüêіñòü òåïëîòè îäåðæàëà ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ ìіäíà äåòàëü ìàñîþ 5 êã, ÿêùî її òåìïåðàòóðà çáіëüøèëàñÿ âіä 20 äî 520 Ñ. Ó òàáëèöі 2 çíàõîäèìî çíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі ìіäі: âîíà äîðіâíþє 380 Äæ/(êã ∙ Ñ). Öå îçíà÷àє, ùî äëÿ íàãðіâàííÿ ìіäі ìàñîþ 1 êã íà 1 Ñ ïîòðіáíî 380 Äæ, à äëÿ íàãðіâàííÿ ìіäі ìàñîþ 5 êã íà 1 Ñ ïîòðіáíà â 5 ðàçіâ áіëüøà êіëüêіñòü òåïëîòè, òîáòî 380 Äæ ∙ 5  1900 Äæ. Äëÿ íàãðіâàííÿ ìіäі ìàñîþ 5 êã íà 500 Ñ ïîòðіáíà ùå â 500 ðàçіâ áіëüøà êіëüêіñòü òåïëîòè, òîáòî 1900 Äæ ∙ 500  950 000 Äæ  950 êÄæ. Ùîá îá÷èñëèòè êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ íàãðіâàííÿ òіëà, àáî êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âèäіëÿє òіëî ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ, òðåáà ïèòîìó òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèíè ïîìíîæèòè íà ìàñó òіëà òà íà ðіçíèöþ êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð òіëà. Ìàòåìàòè÷íî öå ïðàâèëî çàïèñóþòü ó âèãëÿäі òàêîї ôîðìóëè: Q  cm(t2 – tl), äå Q – êіëüêіñòü òåïëîòè; ñ – ïèòîìà òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèíè; ò – ìàñà òіëà; t1 – ïî÷àòêîâà òåìïåðàòóðà òіëà; t2 – êіíöåâà òåìïåðàòóðà òіëà. Ùîá âèçíà÷èòè ìàñó òіëà, ÿêå íàãðіâàєòüñÿ àáî îõîëîäæóєòüñÿ, ïîòðіáíî êіëüêіñòü òåïëîòè ïîäіëèòè íà ïèòîìó òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèíè é íà ðіçíèöþ êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð òіëà: .

Ùîá âèçíà÷èòè ïèòîìó òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèíè, ç ÿêîї âèãîòîâëåíî òіëî, ïîòðіáíî êіëüêіñòü òåïëîòè ïîäіëèòè íà ìàñó òіëà é íà ðіçíèöþ éîãî êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð: .

Ùîá âèçíà÷èòè, íà ñêіëüêè ãðàäóñіâ çìіíèëàñÿ òåìïåðàòóðà òіëà, ïîòðіáíî êіëüêіñòü òåïëîòè ïîäіëèòè íà ïèòîìó òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèíè é íà ìàñó òіëà: . 33

ÐÎÇÄІË 1

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ  Одиницею кількості теплоти з давніх-давен була особлива одиниця – калорія (з лат. calorr – тепло, жар).  Калорія (кал) – це кількість теплоти, яку треба передати 1 г води для нагрівання її на 1 С. Можна сказати також, що калорія – це кількість теплоти, яку втрачає 1 г води, охолоджуючись на 1 С.  Користуються також більшою одиницею кількості теплоти кілокалорією: 1 ккал = 1000 кал; 1 кал = 4,19 Дж. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Що таке кількість теплоти? 2. Від яких фізичних величин залежить кількість теплоти, потрібна для нагрівання тіла? 3. Назвіть одиниці кількості теплоти. 4. Що таке питома теплоємність речовини? Що вона показує?

§ 8. ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС

іëà ç ðіçíèìè òåìïåðàòóðàìè îáìіíþþòüñÿ ìіæ ñîáîþ òåïëîòîþ. Òіëà, áіëüø íàãðіòі, âіääàþòü ÷àñòèíó ñâîєї åíåðãії òіëàì, ìåíø íàãðіòèì, äîòè, äîêè â íèõ óñіõ íå çðіâíÿєòüñÿ òåìïåðàòóðà. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âіääàþòü óñі òіëà, ùî îõîëîäæóþòüñÿ, äîðіâíþє êіëüêîñòі òåïëîòè, îäåðæàíîї âñіìà òіëàìè, ùî íàãðіâàþòüñÿ (çà óìîâè, ùî ïðè öüîìó íå âіäáóâàєòüñÿ ïåðåòâîðåííÿ òåïëà â іíøі âèäè åíåðãії). Çàâæäè ïіä ÷àñ ðîçðàõóíêіâ, ùî ñòîñóþòüñÿ îáìіíó åíåðãієþ ìіæ òіëàìè, òðåáà âðàõóâàòè âñþ òó êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó â òåïëîâèõ ÿâèùàõ, ùî ðîçãëÿäàþòüñÿ, âіääàþòü òіëà, і òó êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó îäåðæóþòü іíøі òіëà, ùî áåðóòü ó÷àñòü ó òèõ ñàìèõ ÿâèùàõ: îáèäâі öі êіëüêîñòі òåïëîòè ìàþòü áóòè ðіâíі ìіæ ñîáîþ. Çàñòîñóєìî öå òâåðäæåííÿ äî çìіøóâàííÿ äâîõ ðіäèí ðіçíîї òåìïåðàòóðè. Ïîçíà÷èìî ìàñó áіëüø õîëîäíîї ðіäèíè ÷åðåç ò1, її ïèòîìó òåïëîєìíіñòü – ñ1 і її òåìïåðàòóðó – t1. Ti ñàìі âåëè÷èíè äëÿ áіëüø íàãðіòîї ðіäèíè âіäïîâіäíî áóäóòü: m2, ñ2, t2. ßêùî îáèäâі ðіäèíè çìіøàòè â îäíіé ïîñóäèíі (äëÿ ñïðîùåííÿ çàäà÷і ââàæàòèìåìî, ùî âîíà âèãîòîâëåíà ç ðå÷îâèíè, ÿêà є ïîâíèì òåïëîіçîëÿòîðîì і íå áåðå ó÷àñòі â òåïëîîáìіíі), òî ìîëåêóëè ãàðÿ÷îї ðіäèíè áóäóòü âіääàâàòè åíåðãіþ ìîëåêóëàì õîëîäíîї ðіäèíè äîòè, äîêè òåìïåðàòóðà ñóìіøі ðіäèí íå íàáóäå ïåâíîãî ïðîìіæíîãî çíà÷åííÿ. Ïîçíà÷èìî îñòàòî÷íó òåìïåðàòóðó ñóìіøі ëіòåðîþ tc. Òîäі êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âіääàëà ðіäèíà, ùî îõîëîäæóєòüñÿ, âèçíà÷àòèìåòüñÿ çà òàêîþ ôîðìóëîþ: Q2  c2m2(t2 – tc), à êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà ðіäèíà, ùî íàãðіâàєòüñÿ, çà òàêîþ: Q1  ñ1ò1(tc – t1). 34

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Îñêіëüêè êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âіääàëà ðіäèíà, ùî îõîëîäæóєòüñÿ, äîðіâíþє êіëüêîñòі òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà ðіäèíà, ùî íàãðіâàєòüñÿ, òîáòî (Q2  Q1), ìîæåìî ïðèðіâíÿòè ïðàâі ÷àñòèíè öèõ âèðàçіâ. Îäåðæèìî òàêó ðіâíіñòü: ñ2ò2(t2 – tc)  ñ1ò1(tc – t1). Öå ðіâíÿííÿ íàçèâàþòü ðіâíÿííÿì òåïëîâîãî áàëàíñó. Ñâîãî ÷àñó äëÿ âîäè éîãî âèâіâ ïåòåðáóðçüêèé àêàäåìіê Ãåîðã Ðіõìàí. Ç ðіâíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó ìîæíà, ÿêùî ðåøòà âåëè÷èí âіäîìі, âèçíà÷èòè ìàñó îäíієї ç ðå÷îâèí, ùî áåðóòü ó÷àñòü ó çìіøóâàííі, àáî її ïî÷àòêîâó òåìïåðàòóðó ÷è òåìïåðàòóðó ñóìіøі, à òàêîæ çíà÷åííÿ íåâіäîìîї ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Що показує рівняння теплового балансу? 2. Що треба знати, щоб обчислити кількість теплоти, яку одержує тіло під час нагрівання або яка виділяється під час охолодження тіла? 3. Який висновок можна зробити з досліду на змішування холодної і гарячої рідини? Чому на практиці ці енергії не дорівнюють одна одній?

Лабораторна робота № 1 Âèâ÷åííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó çà óìîâ çìіøóâàííÿ âîäè ðіçíîї òåìïåðàòóðè Ìåòà ðîáîòè: âèçíà÷èòè êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âіääàëà ãàðÿ÷à âîäà ïіä ÷àñ òåïëîîáìіíó, і êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà õîëîäíà âîäà. Ïîÿñíèòè ðåçóëüòàòè. Ïðèëàäè і ìàòåðіàëè: êàëîðèìåòð, âèìіðþâàëüíèé öèëіíäð àáî ìåíçóðêà, òåðìîìåòð, ñêëÿíêà ç õîëîäíîþ âîäîþ, ïîñóäèíà ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ. Êàëîðèìåòð1 (ìàë. 51) – ïðèëàä, ÿêèé ñêëàäàєòüñÿ ç äâîõ ïîñóäèí: âíóòðіøíÿ – ç àëþìіíіþ, çîâíіøíÿ ìîæå áóòè ç ïëàñòìàñè. Ïðîñòіð ìіæ ïîñóäèíàìè çàïîâíåíèé ïîâіòðÿì і êîíòàêò ìіæ їõíіìè ïîâåðõíÿìè ïðàêòè÷íî âіäñóòíіé. Òàêà áóäîâà ïðèëàäó çìåíøóє òåïëîîáìіí ðå÷îâèíè ó âíóòðіøíіé ïîñóäèíі іç çîâíіøíіì ñåðåäîâèùåì. Õіä ðîáîòè

Мал. 51

1. Âèìіðÿéòå ìàñó âíóòðіøíüîї ïîñóäèíè êàëîðèìåòðà òê. 2. Íàëèéòå ó ñêëÿíêó òõ  100 ã õîëîäíîї âîäè, à â êàëîðèìåòð – òã  100 ã ãàðÿ÷îї âîäè. Âèìіðÿéòå òåðìîìåòðîì òåìïåðàòóðè tx õîëîäíîї òà tã ãàðÿ÷îї âîäè. Ðåçóëüòàòè çàïèøіòü ó òàáëèöþ. 3. Õîëîäíó âîäó âèëèéòå â êàëîðèìåòð ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ, ïîìіøàéòå (îáåðåæíî) òåðìîìåòðîì îòðèìàíó ñóìіø і âèìіðÿéòå її òåìïåðàòóðó tc. 1 Êàëîðèìåòð (âіä ëàò. calor – òåïëî і metor – âèìіðþâàòè) – ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ êіëüêîñòі òåïëîòè, ùî âèäіëÿєòüñÿ àáî ïîãëèíàєòüñÿ ïіä ÷àñ ôіçè÷íèõ ïðîöåñіâ. Òåðìіí «êàëîðèìåòð» çàïðîïîíóâàëè À. Ëàâóàçüє òà Ï. Ëàïëàñ.

ÐÎÇÄІË 1

Ìàñà Ìàñà Ìàñà Òåìïå- Òåìïå- ÒåìïåÊіëüÊіëüêàëîðè- ãàðÿ÷îї õîðàòóðà ðàòóðà ðàòóðà êіñòü êіñòü ìåòðà, âîäè, ëîäíîї ãàðÿ÷îї õîëîäíîї ñóìіøі, òåïëîòè, òåïëîòè, mê, êã mã, êã âîäè, âîäè, âîäè, tñ, Ñ îäåðæà- âіääàíà mõ, êã tã, Ñ tõ, Ñ íà õî- ãàðÿ÷îþ ëîäíîþ âîäîþ, âîäîþ, Q2, Äæ Q1, Äæ

Êіëüêіñòü òåïëîòè, îäåðæàíà êàëîðèìåòðîì, Qê, Äæ

4. Âèçíà÷òå çà ôîðìóëîþ Q1  ñòõ(tc – tx) êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà õîëîäíà âîäà âіä ãàðÿ÷îї. 5. Âèçíà÷òå çà ôîðìóëîþ Q2  ñòã(tã – tc) êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âіääàëà ãàðÿ÷à âîäà õîëîäíіé (ñ  4200 Äæ/(êã . Ñ)). 6. Âèçíà÷òå çà ôîðìóëîþ Qê  ñêòê(tc – tx) êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà âіä ãàðÿ÷îї âîäè âíóòðіøíÿ ïîñóäèíà êàëîðèìåòðà (ñê  920 Äæ/(êã . Ñ)). 7. Ïåðåâіðòå ðіâíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó: Q2  Q1 + Qê. Ïîðіâíÿéòå îäåðæàíі ðåçóëüòàòè, çðîáіòü âèñíîâêè. Íà ðіâíÿííі òåïëîâîãî áàëàíñó ґðóíòóєòüñÿ âèçíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі ðå÷îâèíè.

Лабораторна робота № 2 Âèçíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі ðå÷îâèíè Ìåòà ðîáîòè: âèêîðèñòîâóþ÷è ðіâíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó, âèçíà÷èòè ïèòîìó òåïëîєìíіñòü òâåðäîãî òіëà. Ïðèëàäè і ìàòåðіàëè: ñêëÿíêà ç âîäîþ, êàëîðèìåòð, òåðåçè (äèíàìîìåòð), íàáіð âàæêіâ, ìåòàëåâèé öèëіíäð íà íèòöі, ïîñóäèíà ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ, òåðìîìåòð. Õіä ðîáîòè 1. Âèìіðÿéòå ìàñó òіëà (öèëіíäðà) òò і ìàñó âíóòðіøíüîї ïîñóäèíè êàëîðèìåòðà òê. 2. Íàëèéòå â êàëîðèìåòð âîäè ò1  100–150 ã êіìíàòíîї òåìïåðàòóðè. Âèìіðÿéòå її òåìïåðàòóðó t1. Ðåçóëüòàòè çàïèøіòü ó òàáëèöþ. 3. Íàãðіéòå öèëіíäð ó ïîñóäèíі ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ. Âèìіðÿéòå її òåìïåðàòóðó (öÿ òåìïåðàòóðà é áóäå ïî÷àòêîâîþ òåìïåðàòóðîþ öèëіíäðà tò). Ïîòіì îïóñòіòü éîãî â êàëîðèìåòð ç âîäîþ. 4. Âèìіðÿéòå òåìïåðàòóðó tc âîäè â êàëîðèìåòðі ïіñëÿ îïóñêàííÿ öèëіíäðà. 5. Âèçíà÷òå çà ôîðìóëîþ Q1  ñò1(tc – t1) êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà õîëîäíà âîäà âіä ãàðÿ÷îãî òіëà (ñ  4200 Äæ/(êã ∙ Ñ)). 6. Âèçíà÷òå çà ôîðìóëîþ Q2  còmò(tò – tc) êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âіääàëî ãàðÿ÷å òіëî õîëîäíіé âîäі. 7. Âèçíà÷òå çà ôîðìóëîþ Qê  ñêòê(tc – t1) êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó îòðèìàëà âіä ãàðÿ÷îї âîäè âíóòðіøíÿ ïîñóäèíà êàëîðèìåòðà (ñê  920 Äæ/(êã ∙ Ñ)). ë 36

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

8. Âèêîðèñòàâøè ðіâíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó Q2  Q1 + Qê, òîáòî: ñòòò(tò – tc)  ñm1(tc – t1) + cêmê(tc – t1), âèçíà÷òå ïèòîìó òåïëîєìíіñòü òâåðäîãî òіëà (öèëіíäðà):

Îòðèìàíå çíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі ïîðіâíÿéòå ç її òàáëè÷íèì çíà÷åííÿì і âèçíà÷òå, ÿêèé öå ìåòàë. Ìàñà Ìàñà Ïî÷àò- Òåìïå- ÒåìïåÊіëüÊіëüêàëî- õîëîä- êîâà ðàòóðà ðàòóðà êіñòü êіñòü ðèìåòíîї òåìïåõî- íàãðіòîї òåïëîòè, òåïëîòè, ðà, âîäè, ðàëîäíîї òіëîì îäåðæà- âіääàíà mê, êã m1, êã òóðà âîäè, íà õî- ãàðÿ÷èì âîäè, tñ, Ñ ëîäíîþ òіëîì, òіëà, t1, Ñ tò, Ñ âîäîþ, Q2, Äæ Q1, Äæ

ÊіëüÏèòîìà êіñòü òåïëîòåïëîòè, єìíіñòü îäåððå÷îâèíè æàíà òіëà cò, êàëîðè- Äæ/(êã . Ñ) ìåòðîì, Qê, Äæ

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá 2 êã âîäè íàãðіòè âіä 20 äî 100 Ñ? Äàíî: Ðîçâ’ÿçàííÿ m  2 êã Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ íàãðіâàít1  20 Ñ íÿ òіëà, âèçíà÷àєòüñÿ çà ôîðìóëîþ Q  cm(t2 – tl). t2  100 Ñ Q  4200 Äæ/(êã ∙ Ñ) ∙ 2 êã ∙ (100 Ñ – 20 Ñ)  ñ  4200 Äæ/(êã ∙ Ñ)  672 000 Äæ  672 êÄæ. Q–? Âіäïîâіäü: 672 êÄæ. 2. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ 3 êã ñâèíöþ âіä 320 äî 20 Ñ? Äàíî: m  3 êã t1  320 Ñ t2  20 Ñ ñ  140 Äæ/(êã ∙ Ñ) Q–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ òіëà, âèçíà÷àєòüñÿ çà ôîðìóëîþ Q  cm(t2 – tl). Q  140 Äæ/(êã ∙ Ñ) ∙ 3 êã ∙ (20 Ñ – 320 Ñ)   –126 000 Äæ  –126 êÄæ. Çíàê «–» îçíà÷àє, ùî åíåðãіÿ âèäіëèëàñÿ ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ òіëà.

Âіäïîâіäü: –126 êÄæ. 37

ÐÎÇÄІË 1

Ðіâåíü À 56. ×îòèðè öèëіíäðè – àëþìіíієâèé, ëàòóííèé, çàëіçíèé і ñâèíöåâèé, ùî ìàþòü îäíàêîâó ìàñó, íàãðіëè ó âîäі äî îäíàêîâîї òåìïåðàòóðè é îäíî÷àñíî ïîñòàâèëè íà ïàðàôіíîâó ïëàñòèíêó (ìàë. 52). ×è îäíàêîâó êіëüêіñòü òåïëîòè âіääàëè öі öèëіíäðè ïàðàôіíó? ×è îäíàêîâà êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíà äëÿ íàãðіâàííÿ 1 êã êîæíîї ç öèõ ðå÷îâèí íà 1 Ñ? Мал. 52 57. Â îäíó ïðîáіðêó íàëèëè âîäó, â іíøó – îëіþ òàêîї ñàìîї ìàñè і òåìïåðàòóðè. ßêà іç öèõ ðіäèí øâèäøå íàãðіâàòèìåòüñÿ, ÿêùî ïðîáіðêè çàíóðèòè â ãàðÿ÷ó âîäó? ×è îäíàêîâà êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíà äëÿ íàãðіâàííÿ їõ äî òåìïåðàòóðè ãàðÿ÷îї âîäè? 58. Ó äâі ïîñóäèíè ç îäíàêîâîþ êіëüêіñòþ âîäè, òåìïåðàòóðà ÿêîї 20 Ñ, îïóñêàþòü íàãðіòі äî 100 Ñ îäíàêîâîї ìàñè øìàòêè çàëіçà і ìіäі. Ó ÿêіé ïîñóäèíі òåìïåðàòóðà âîäè áóäå âèùîþ і ÷îìó? 59. Ó ñêëÿíêó ïåðåä òèì, ÿê íàëèòè îêðіï, êëàäóòü ÷àéíó ëîæêó. Ç ÿêîþ ìåòîþ öå ðîáëÿòü і ÿêó ëîæêó – àëþìіíієâó ÷è ñðіáíó (îäíàêîâîї ìàñè) – êðàùå âèêîðèñòàòè äëÿ öüîãî? 60. Ñòàëåâі äåòàëі, íàãðіòі ó ñïåöіàëüíèõ ïå÷àõ äî òåìïåðàòóðè 800 Ñ, ãàðòóþòü, çàíóðþþ÷è їõ ó âîäó àáî îëіþ. Ó ÿêіé іç öèõ ðіäèí äåòàëü øâèäøå îõîëîäæóєòüñÿ і ÷îìó? 61. ×îìó âîäà є íàéêðàùîþ ðіäèíîþ äëÿ: à) âîäÿíîãî îïàëåííÿ áóäèíêіâ; á) îõîëîäæåííÿ äâèãóíіâ àâòîìîáіëіâ і òðàêòîðіâ; â) îõîëîäæåííÿ íàãðіòèõ ìåòàëåâèõ äåòàëåé; ã) ìåäè÷íèõ ãðіëîê; ä) ãàñіííÿ ïîæåæі? 62. ×îìó ñòåðæíі ïàÿëüíèêіâ âèãîòîâëÿþòü іç ÷åðâîíîї ìіäі, à íå âèêîðèñòîâóþòü äëÿ öüîãî çàëіçî? 63. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî íàäàòè 1 êã âîäè, ùîá ïіäâèùèòè її òåìïåðàòóðó âіä 20 äî 100 Ñ? 64. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá íàãðіòè íà ïëèòі àëþìіíієâó ñêîâîðîäó ìàñîþ 500 ã âіä 20 äî 220 Ñ? Ðіâåíü Á 65. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè âіääàñòü ïіä ÷àñ ãàðòóâàííÿ ñòàëåâà äåòàëü, íàãðіòà äî òåìïåðàòóðè 800 Ñ? Ìàñà äåòàëі äîðіâíþє 2 êã, à âîäà íàãðіâàєòüñÿ äî òåìïåðàòóðè 50 Ñ. 66. Íà åëåêòðîïëèòöі íàãðіëè 2 ë âîäè (ìàë. 53, à, á). ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè îäåðæàëà âîäà? 67. Ó ðàäіàòîðè âîäÿíîãî îïàëåííÿ íàäõîäèòü âîäà, òåìïåðàòóðà ÿêîї 80 Ñ, à âèõîäèòü ç íèõ ç òåìïåðàòóðîþ 60 Ñ. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè âіääàє çà äîáó âîäà, ÿêùî çà 1 ãîä ÷åðåç ðàäіàòîðè ïðîòіêàє 120 ë âîäè? ð 38

б Мал. 53

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

68. Òåìïåðàòóðà ìîëîêà ïіä ÷àñ äîїííÿ êîðіâ äîðіâíþє 37 Ñ. Äëÿ òðàíñïîðòóâàííÿ éîãî îõîëîäæóþòü äî òåìïåðàòóðè 4 Ñ. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëÿєòüñÿ ïðè öüîìó, ÿêùî ñåðåäíіé íàäіé ó ôåðìåðñüêîìó ãîñïîäàðñòâі äîðіâíþє 800 êã? Ïèòîìà òåïëîєìíіñòü ìîëîêà 3900 Äæ/(êã ∙ Ñ). Ñêіëüêè âîäè ìîæíà ïіäіãðіòè çà ðàõóíîê âèäіëåíîãî òåïëà âіä 0 äî 30 Ñ, ùîá âèêîðèñòàòè її äëÿ íàïóâàííÿ âçèìêó êîðіâ? 69. ßêó ìàñó âîäè ìîæíà íàãðіòè íà 10 Ñ íàäàííÿì 1 êÄæ òåïëîòè?

§ 9. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ, РІДИН І ГАЗІВ

Ñïðîáóєìî ïåðåëі÷èòè òіëà, ùî íàñ îòî÷óþòü (ìàë. 54). Ñïèñîê òіë áóäå

äóæå âåëèêèì. Öі òіëà ìè ìîæåìî êëàñèôіêóâàòè çà ôîðìîþ, êîëüîðîì, ðîçìіðàìè, çàïàõîì, ñìàêîì і ò. ä. Ôіçèêè ïîäіëÿþòü ôіçè÷íі òіëà íà òðè êëàñè: òâåðäі, ðіäêі і ãàçóâàòі. Ôіçè÷íі òіëà ñêëàäàþòüñÿ ç ðå÷îâèíè, òîìó ìè ìîæåìî çðîáèòè âèñíîâîê: ðå÷îâèíà ó ïðèðîäі ìîæå ïåðåáóâàòè ó òðüîõ ñòàíàõ: òâåðäîìó, ðіäêîìó і ãàçóâàòîìó. Âëàñòèâîñòі ðå÷îâèíè â ðіçíèõ ñòàíàõ íåîäíàêîâі.

Мал. 54

Òâåðäі òіëà íàéëåãøå ðîçïіçíàòè. Êàìіíü, ñòіë, ñêëÿíêà, ïîðöåëÿíîâà ÷àøêà, øìàòîê ïëàñòèëіíó – öå òâåðäі òіëà, їõ ìîæíà òðèìàòè â ðóêàõ, і õî÷ áè ÿê ìè їõ ïåðåñòàâëÿëè íà ñòîëі, âîíè çàëèøàþòüñÿ òàêèìè ñàìèìè. Êàìіíü, øìàòîê çàëіçà – öå ìіöíі òâåðäі òіëà. Ùîá çìіíèòè їõíþ ôîðìó, ïîòðіáíî äîêëàñòè âåëèêèõ çóñèëü. Ñêëÿíêà, ïîðöåëÿíîâà ÷àøêà – öå êðèõêі òâåðäі òіëà, їõ ëåãêî ðîçáèòè. Øìàòîê ïëàñòèëіíó – öå ì’ÿêå òâåðäå òіëî, ç íüîãî ëåãêî ëіïèòè âèðîáè, òîáòî éîãî ôîðìó ëåãêî çìіíèòè (ìàë. 55). Äîñëіä 1. Ó ïîñóäèíó ç âîäîþ ïîìіñòèìî øìàòîê ìåòàëåâîї òðóáêè (ìàë. 56, à). Çàôіêñóєìî ðіâåíü âîäè â ïîñóäèíі. Çìіíèìî ôîðìó òðóáêè і çíîâó ïîìіñòèìî її â ïîñóäèíó (ìàë. 56, á). Ðіâåíü âîäè íå çìіíèâñÿ. Îòæå, òâåðäі òіëà çáåðіãàþòü ñâіé îá’єì. 39

ÐÎÇÄІË 1

а Мал. 55

б Мал. 56

Òâåðäі òіëà çáåðіãàþòü ñâîþ ôîðìó òà îá’єì. Âîäà, ñïèðò, îëіÿ, ìîëîêî ðîçòіêàþòüñÿ ïî ïîâåðõíі, ÿêùî їõ âèëèòè ç ïîñóäèíè. Ðіäèíè ëåãêî çìіíþþòü ñâîþ ôîðìó, âîíè íàáóâàþòü ôîðìè ïîñóäèíè, ó ÿêó їõ íàëèâàþòü (ìàë. 57). Çà çâè÷àéíèõ óìîâ òіëüêè ìàëåíüêі êðàïëèíè ðіäèíè ìàþòü ñâîþ ôîðìó – ôîðìó êóëüêè. Íàïðèêëàä, òàêі êóëÿñòі êðàïåëüêè âîäè ìîæíà ïîáà÷èòè ïіä ÷àñ âèïàäàííÿ ðîñè íà ëèñòêàõ ðîñëèí (ìàë. 58).

Мал. 57

Мал. 58

Âëàñòèâіñòü ðіäèíè çàéìàòè ôîðìó ïîñóäèíè âèêîðèñòîâóþòü ïіä ÷àñ ëèòòÿ äåòàëåé, âèãîòîâëåííÿ ñêëÿíîãî ïîñóäó. Ôîðìó ðіäèíè çìіíèòè ëåãêî, à її îá’єì – âàæêî. Äîñëіä 2. Íàáåðåìî ó øïðèö âîäè, çàêðèєìî éîãî îòâіð, áóäåìî òèñíóòè íà ïîðøåíü (ìàë. 59). Õî÷ áè ÿêі çóñèëëÿ ìè ïðèêëàäàëè, ñòèñíóòè âîäó íåìîæëèâî.

Мал. 59

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Çáåðіãñÿ îïèñ іñòîðè÷íîãî äîñëіäó, ïіä ÷àñ ÿêîãî âîäó íàìàãàëèñÿ ñòèñíóòè òàê: її íàëèëè ó ñâèíöåâó êóëþ, ÿêó ïîòіì çàïàÿëè, ùîá âîäà íå âèëèëàñÿ ïіä ÷àñ ñòèñêàííÿ. Ïіñëÿ öüîãî ïî ñâèíöåâіé êóëі âäàðèëè âàæêèì ìîëîòîì, ùîá âîíà ñïëþùèëàñü і ñòèñíóëà âîäó. І ÿêèé ðåçóëüòàò? Âîäà íå ñòèñíóëàñÿ, âîíà ïðîñî÷èëàñÿ êðіçü ñòіíêè êóëі. Öå ñâіä÷èòü ïðî òå, ùî ðіäèíè ìàëîñòèñëèâі і âîíè çáåðіãàþòü ñâіé îá’єì. ßêùî ðîçãëÿíåìî ïîñóäèíó ç ðіäèíîþ, òî ïîáà÷èìî, ùî іñíóє ïîâåðõíÿ ðîçäіëó ìіæ ðіäèíîþ і ïîâіòðÿì. Öþ ïîâåðõíþ íàçèâàþòü âіëüíîþ ïîâåðõíåþ. Âіëüíà ïîâåðõíÿ íåðóõîìîї ðіäèíè є ïëîñêîþ і ãîðèçîíòàëüíîþ. Ùîá öå ïåðåâіðèòè, âèêîðèñòàєìî âèñîê і êîñèíåöü (ìàë. 60). Ó âóçüêèõ òðóáêàõ âіëüíà ïîâåðõíÿ âèêðèâëåíà. Òàêó ïîâåðõíþ íàçèâàþòü ìåíіñêîì (ìàë. 61).

Мал. 60

Мал. 61

Êîëè ìè íàëèâàєìî ðіäèíó â ïîñóäèíó, âîíà çàéìàє â íіé ïåâíèé ïðîñòіð. Ïðîñòіð, ÿêèé çàéìàє ðіäèíà â ïîñóäèíі, íàçèâàþòü îá’єìîì ðіäèíè. Îäèíèöåþ îá’єìó â ÑІ є îäèí ìåòð êóáі÷íèé (1 ì3). Äëÿ âèìіðþâàííÿ ìіñòêîñòі ïîñóäèíè – îá’єìó ðіäèíè, ÿêó ìîæå ìіñòèòè âùåðòü íàïîâíåíà ïîñóäèíà, – âèêîðèñòîâóþòü îäèíèöþ, ÿêó íàçèâàþòü îäèí ëіòð (1 ë). Âèêîðèñòîâóþòü é іíøі îäèíèöі îá’єìó і ìіñòêîñòі: 1 äì3, 1 ñì3, 1 ìë. Çâ’ÿçîê ìіæ öèìè îäèíèöÿìè ïîêàçàíî â òàáëèöі 3. Òàáëèöÿ 3 Одиниці об’єму

1 м3

0,1 м3

0,01 м3

1 дм3

100 см3

10 см3

1 см3

Одиниці місткості

1000 л

100 л

10 л

1л

0,1 л

0,01 л

0,001 л

Äëÿ òîãî ùîá âèìіðÿòè îá’єì áóäü-ÿêîї ðіäèíè, âèêîðèñòîâóþòü ãðàäóéîâàíі ïîñóäèíè (ìàë. 62): ìåíçóðêè, âèìіðþâàëüíі öèëіíäðè, áþðåòêè, êîëáè. Ìåäè÷íі øïðèöè òàêîæ ïðîãðàäóéîâàíî, ùîá çíàòè, ñêіëüêè ëіêіâ ââîäèòè õâîðîìó. Ó òîðãіâëі âèêîðèñòîâóþòü ïîñóäèíè, ÿêі ìàþòü ìіñòêіñòü 0,33 ë, 0,5 ë, 0,75 ë, 1 ë, 1,5 ë, 2 ë. Ïîâіòðÿ, ÿêå îòî÷óє Çåìëþ, – öå ñóìіø ðіçíèõ ãàçіâ. Ìè íå áà÷èìî ïîâіòðÿ, àëå çíàєìî, ùî âîíî іñíóє, і ìîæåìî ñïîñòåðіãàòè éîãî ïðîÿâè.

Мал. 62

ÐÎÇÄІË 1

Íàãðіòå ïîâіòðÿ ïіäíіìàє ïîâіòðÿíі êóëі (ìàë. 63). Ìåòåîðîëîãі÷íі çîíäè, ÿêі âèêîðèñòîâóþòü äëÿ äîñëіäæåííÿ âåðõíіõ øàðіâ àòìîñôåðè Çåìëі, íàïîâíþþòü ëåãêèì ãàçîì – ãåëієì.

Мал. 63

Мал. 64

Мал. 65

Âîäîëàçè, ùîá ïåðåáóâàòè äîâãèé ÷àñ ïіä âîäîþ, áåðóòü іç ñîáîþ áàëîíè çі ñòèñíåíèì ïîâіòðÿì (ìàë. 64). Ïîâіòðÿ ðóõàє ïàðóñíі ñóäíà (ìàë. 65). Ïіä ÷àñ øâèäêîãî ðóõó, ïåðåáóâàþ÷è â àâòîìîáіëі, ïîїçäі, à òàêîæ êîëè äìå âіòåð, âіä÷óâàєìî ïîâіòðÿ íàâêîëî íàñ. Éîãî ìîæíà âèÿâèòè é çà äîïîìîãîþ äîñëіäіâ. Äîñëіä 3. Çàíóðèìî ñêëÿíêó äîãîðè äíîì ó ïîñóäèíó ç âîäîþ. Âîäà íå áóäå âõîäèòè â ñêëÿíêó, òîìó ùî òàì є ïîâіòðÿ. Íàõèëèìî ñêëÿíêó, ïîâіòðÿ âèõîäèòü, à âîäà çàéìàє éîãî ìіñöå (ìàë. 66).

2 Мал. 66

Мал. 67

Âèêîðèñòîâóþ÷è öþ âëàñòèâіñòü, ïîâіòðÿ ìîæíà ïåðåëèâàòè ç ïîñóäèíè 1 â ïîñóäèíó 2, éîãî ìîæíà êîíñåðâóâàòè (ìàë. 67). Äîñëіä 4. Çàêðèєìî ïàëüöåì îòâіð øïðèöà і íàòèñíåìî íà éîãî ïîðøåíü. Ïîðøåíü áåç âåëèêèõ çóñèëü ïåðåìіùóєòüñÿ, îá’єì ïîâіòðÿ çìåíøóєòüñÿ (ìàë. 68). Ãàçè ëåãêî ñòèñêàþòüñÿ.

Мал. 68

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Ãàçè ìàþòü ùå îäíó îñîáëèâó âëàñòèâіñòü, ÿêîї íå ìàþòü òâåðäі òіëà і ðіäèíà, à ñàìå: âîíè çàéìàþòü ïîâíіñòþ âñþ íàäàíó їì ìіñòêіñòü. Äîñëіä 5. Íàïîâíèìî îäíó êîëáó îêñèäîì àçîòó (ãàç ÷åðâîíî-êîðè÷íåâîãî êîëüîðó) і íàêðèєìî її àðêóøåì ïàïåðó. Ïîñòàâèìî її íà äðóãó êîëáó òàê, ÿê ïîêàçàíî íà ìàëþíêó 69. Çàáåðåìî ïàïіð – ãàç çàïîâíèòü äðóãó êîëáó. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

Мал. 69 1. Яку речовину можна побачити одночасно у твердому, рідкому і газуватому станах? 2. Назвіть загальні властивості твердих тіл; рідин. 3. Які рідини ви знаєте? 4. Тіло зберігає свій об’єм, але легко змінює форму. У якому стані перебуває тіло? 5. Які загальні властивості газів? 6. У якому стані перебуває тіло, якщо воно не зберігає ні форми, ні об’єму?

§ 10. АГРЕГАТНІ СТАНИ РЕЧОВИНИ

Çàëåæíî âіä óìîâ îäíà é òà ñàìà ðå÷îâèíà ìîæå ïåðåáóâàòè â ðіçíèõ

Ñíіã

Äîù

Âіòåð

Âèïàðîâóâàííÿ

ñòàíàõ: òâåðäîìó, ðіäêîìó і ãàçóâàòîìó. Öі ñòàíè íàçèâàþòü àãðåãàòíèìè (ç ëàò. aggregatus – ïðèєäíóþ, çâ’ÿçóþ). Ðå÷îâèíà ìîæå ïåðåõîäèòè ç îäíîãî àãðåãàòíîãî ñòàíó â іíøèé. Ó ïðèðîäі àãðåãàòíі ñòàíè çìіíþþòüñÿ â øèðîêèõ ìàñøòàáàõ (ìàë. 70). Ç ïîâåðõîíü îêåàíіâ, ìîðіâ, îçåð, ðі÷îê âèïàðîâóєòüñÿ âîäà, à ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ âîäÿíîї ïàðè óòâîðþþòüñÿ õìàðè, ðîñà, òóìàí, ñíіã. Ðі÷êè é îçåðà âçèìêó çàìåðçàþòü, à íàâåñíі ëіä і ñíіã òàíóòü. Ïåðåõіä ðå÷îâèíè ç îäíîãî ñòàíó â іíøèé øèðîêî âèêîðèñòîâóþòü ó ìåòàëóðãії, íàïðèêëàä, ïіä ÷àñ ïëàâëåííÿ ìåòàëіâ, ùîá îòðèìàòè ç íèõ ñïëàâè: áðîíçó, ëàòóíü; äëÿ ëèòòÿ äåòàëåé. Îòðèìàíó ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ âîäè ïàðó âèêîðèñòîâóþòü äëÿ îáåðòàííÿ ïàðîâèõ òóðáіí íà åëåêòðîñòàíöіÿõ. Çðіäæåíі ãàçè çàñòîñîâóþòü ó õîëîäèëüíèêàõ.

Мал. 70

ÐÎÇÄІË 1

в Мал. 71

Мал. 72

Ùîá çðîçóìіòè çàçíà÷åíі âèùå ïðîöåñè і âìіòè êåðóâàòè áàãàòüìà ç íèõ, ïîòðіáíî çíàòè, çà ÿêèõ óìîâ ðå÷îâèíà ïåðåáóâàє â òîìó ÷è іíøîìó àãðåãàòíîìó ñòàíі, ÿêі âëàñòèâîñòі êîæíîãî іç öèõ ñòàíіâ і ùî ïîòðіáíî äëÿ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç îäíîãî ñòàíó â іíøèé. Íàì óæå âіäîìî, ùî ìîëåêóëè îäíієї ðå÷îâèíè ó òâåðäîìó, ðіäêîìó é ãàçóâàòîìó ñòàíàõ òі ñàìі, âîíè íі÷èì íå âіäðіçíÿþòüñÿ îäíà âіä îäíîї. Òâåðäі òіëà â çâè÷àéíèõ óìîâàõ çáåðіãàþòü ôîðìó і îá’єì. Öå ïîÿñíþєòüñÿ òèì, ùî àòîìè àáî ìîëåêóëè áіëüøîñòі òâåðäèõ òіë, òàêèõ ÿê ëіä (ìàë. 71, à), ñіëü, íàôòàëіí, ìåòàëè, ðîçìіùåíі â ïåâíîìó ïîðÿäêó. Òàêі òіëà íàçèâàþòü êðèñòàëі÷íèìè. ×àñòèíêè (àòîìè àáî ìîëåêóëè) öèõ òіë çàâæäè ïåðåáóâàþòü ó ðóñі, àëå ðóõàþòüñÿ âîíè íàâêîëî ïåâíîї òî÷êè ïîäіáíî äî ìàÿòíèêà, òîáòî êîëèâàþòüñÿ. ×àñòèíêà íå ìîæå ïåðåìіñòèòèñÿ äàëåêî âіä öієї òî÷êè, òîìó òâåðäå òіëî çáåðіãàє ôîðìó. Äåÿêі òâåðäі òіëà, íàïðèêëàä ñíіæèíêè (ìàë. 72), ìàþòü ïðèðîäíî ïðàâèëüíó і êðàñèâó ôîðìó. Ïîðÿä ç êðèñòàëі÷íèìè òâåðäèìè òіëàìè òðàïëÿþòüñÿ àìîðôíі òâåðäі òіëà, ó ÿêèõ, íà âіäìіíó âіä êðèñòàëіâ, íåìàє ñòðîãîãî ïîðÿäêó â ðîçìіùåííі àòîìіâ. Â àìîðôíèõ òіë ôіçè÷íі âëàñòèâîñòі â óñіõ íàïðÿìêàõ îäíàêîâі (âîíè äåôîðìóþòüñÿ, ïðîâîäÿòü òåïëî îäíàêîâî â óñіõ íàïðÿìàõ, íå ìàþòü ñòàëîї òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ). Äî àìîðôíèõ òіë íàëåæèòü ñêëî, áàãàòî ïëàñòìàñ, ñìîëà, êàíіôîëü (âèêîðèñòîâóєòüñÿ äëÿ ïàÿííÿ ìåòàëіâ), öóêðîâèé ëüîäÿíèê òîùî. Âëàñòèâîñòі ðіäèí ïîÿñíþþòüñÿ ìàëèìè ïðîìіæêàìè ìіæ їõíіìè ìîëåêóëàìè: âîíè â ðіäèíàõ «óïàêîâàíі» òàê ùіëüíî (ìàë. 71, á), ùî âіäñòàíü ìіæ êîæíèìè äâîìà ç íèõ ìåíøà âіä ðîçìіðіâ ñàìèõ ìîëåêóë. Íà òàêèõ âіäñòàíÿõ ïðèòÿãàííÿ ìîëåêóë çíà÷íå, àëå ìåíøå, íіæ ó òâåðäèõ òіëàõ. Îñü ÷îìó ìîëåêóëè ðіäèíè íå ðîçõîäÿòüñÿ íà âåëèêі âіäñòàíі і ðіäèíà ó çâè÷àéíèõ óìîâàõ çáåðіãàє ñâіé îá’єì. Ïðîòå ïðèòÿãàííÿ ìîëåêóë ðіäèíè âæå íå òàêå âåëèêå, ùîá âîíà çáåðіãàëà ñâîþ ôîðìó. Öå ïîÿñíþє, ùî ðіäèíè íàáóâàþòü ôîðìè ïîñóäèíè і їõ ëåãêî ìîæíà ïåðåëèòè â іíøó ïîñóäèíó. Ñòèñêàþ÷è ðіäèíó, ìè òàê çáëèæóєìî її ìîëåêóëè, ùî âîíè ïî÷èíàþòü âіäøòîâõóâàòèñü. Îñü ÷îìó ðіäèíè âàæêî ñòèñíóòè. Ãàç ìîæíà ñòèñíóòè òàê, ùî éîãî îá’єì çìåíøèòüñÿ â áàãàòî ðàçіâ. Öå ïîÿñíþєòüñÿ òèì, ùî âіäñòàíі ìіæ ìîëåêóëàìè ãàçó çíà÷íî áіëüøі âіä ðîçìіðіâ ñàìèõ ìîëåêóë (ìàë. 71, â). Íà òàêèõ âіäñòàíÿõ ìîëåêóëè äóæå ñëàáêî ïðèòÿãóþòüñÿ îäíà äî îäíîї, ñàìå òîìó ãàçè íå ìàþòü âëàñíîї ôîðìè é îá’єìó.

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4.

У яких агрегатних станах може перебувати речовина? Чим відрізняються між собою агрегатні стани речовини? Як розміщені молекули тіла у твердому, рідкому і газуватому станах? Назвіть речовини, які одночасно можуть перебувати в різних станах.

§ 11. ПЛАВЛЕННЯ І КРИСТАЛІЗАЦІЯ ТВЕРДИХ ТІЛ. ПИТОМА ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕННЯ РЕЧОВИНИ

Ñïîñòåðåæåííÿ.

Âèéìåìî ç ìîðîçèëüíîї êàìåðè ëіä, ïîêëàäåìî éîãî â òàðіëêó. ×åðåç ïåâíèé ÷àñ âіí ïî÷íå òàíóòè і ïîâíіñòþ ïåðåòâîðèòüñÿ íà âîäó. Äîñëіä 1. Âіçüìåìî øìàòî÷êè îëîâà àáî ñâèíöþ, ïîìіñòèìî їõ ó ñòàëåâó ëîæêó і áóäåìî íàãðіâàòè íà ñïèðòіâöі àáî ãàçîâîìó ïàëüíèêó (ìàë. 73). Îëîâî ïî÷íå ïëàâèòèñÿ é ïîâíіñòþ ïåðåéäå â ðіäêèé ñòàí. Ïðèéìåìî ëîæêó ç ðіäêèì îëîâîì іç ïîëóì’ÿ ïàëüíèêà. Îëîâî ïî÷íå êðèñòàëіçóâàòèñÿ і ïîâíіñòþ ïåðåòâîðèòüñÿ íà òâåðäå òіëî, ÿêå ìàòèìå ôîðìó ëîæêè. Îòæå, íàãðіâàþ÷è òіëà, їõ ìîæíà ïåðåâåñòè ç òâåðäîãî ñòàíó â ðіäêèé, і, íàâïàêè, îõîëîäæóþ÷è – ç ðіäêîãî ñòàíó â òâåðäèé.

Мал. 73

Ïðîöåñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç òâåðäîãî ñòàíó â ðіäêèé íàçèâàþòü ïëàâëåííÿì, à ïðîöåñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç ðіäêîãî ñòàíó â òâåðäèé – êðèñòàëіçàöієþ. Óçèìêó, âîñåíè, íàâåñíі, êîëè òåìïåðàòóðà ïîâіòðÿ ìîæå áóòè 0 Ñ, òàíóòü ñíіã і ëіä, àëå âîäíî÷àñ çàìåðçàє âîäà. Çà òåìïåðàòóðè 0 Ñ ñíіã і ëіä òàíóòü (ïëàâëÿòüñÿ), à âîäà – çàìåðçàє (òâåðäíå). Íà Ïіâíî÷і òà â Àíòàðêòèäі, äå òåìïåðàòóðà ïîâіòðÿ ìîæå îïóñêàòèñÿ íèæ÷å âіä –40 Ñ, íå ìîæíà êîðèñòóâàòèñÿ ðòóòíèì òåðìîìåòðîì, áî ðòóòü òâåðäíå çà òåìïåðàòóðè –39 Ñ. Òàì âèêîðèñòîâóþòü ñïèðòîâі òåðìîìåòðè, òîìó ùî ñïèðò çàìåðçàє çà òåìïåðàòóðè –114 Ñ. Êîæíà ðå÷îâèíà ïëàâèòüñÿ àáî êðèñòàëіçóєòüñÿ çà ïåâíîї òåìïåðàòóðè. Òåìïåðàòóðó, çà ÿêîї ðå÷îâèíà ïëàâèòüñÿ, íàçèâàþòü òåìïåðàòóðîþ ïëàâëåííÿ, à çà ÿêîї òâåðäíå, – òåìïåðàòóðîþ êðèñòàëіçàöії. Ç äîñëіäіâ âіäîìî, ùî ðå÷îâèíè òâåðäíóòü çà òієї ñàìîї òåìïåðàòóðè, çà ÿêîї ïëàâëÿòüñÿ. Ïіä ÷àñ ïëàâëåííÿ òіëà ïîãëèíàþòü òåïëîòó, à ïіä ÷àñ òâåðäíåííÿ – òåïëîòó âèäіëÿþòü. Çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ äëÿ ÷àñòîâæèâàíèõ ðå÷îâèí ïîäàíî â òàáëèöі 4 (äèâ. ñ. 48). Äîñëіä 2. Ó ïîñóäèíó ç ãðóäî÷êàìè ëüîäó ïîìіñòèìî òåðìîìåòð і áóäåìî її ïіäіãðіâàòè (ìàë. 74). Ëіä òàíóòèìå, à òåðìîìåòð ïîêàçóâàòèìå 0 Ñ. Ïîêè âåñü ëіä íå ðîçòàíå, òåìïåðàòóðà (0 Ñ) ó ïîñóäèíі íå çìіíþâàòèìåòüñÿ. ÿ. 45

ÐÎÇÄІË 1

Мал. 74

Ïіä ÷àñ ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè òåìïåðàòóðà її íå çìіíþєòüñÿ. Äîñëіä 3. Ïîñòàâèìî íà øàëüêó òåðåçіâ çàêðèòó ïîñóäèíó ç ëüîäîì, çðіâíîâàæèìî òåðåçè (ìàë. 75, à). ×åðåç ÿêèéñü ÷àñ ëіä ðîçòàíå. Ðіâíîâàãà òåðåçіâ íå ïîðóøèòüñÿ (ìàë. 75, á). Ïіä ÷àñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç îäíîãî ñòàíó â іíøèé її ìàñà íå çìіíþєòüñÿ. а

Мал. 75

Мал. 76

Äîñëіä 4. Íàëëєìî â ñêëÿíó ïëÿøêó âîäè і ùіëüíî її çàêðèєìî. Ïîìіñòèìî öþ ïîñóäèíó ç âîäîþ â õîëîäèëüíó êàìåðó. Êîëè âîäà çàìåðçíå, ïëÿøêà òðіñíå, òîìó ùî îá’єì ëüîäó áіëüøèé, íіæ âîäè (ìàë. 76). Ïіä ÷àñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç îäíîãî ñòàíó â іíøèé çìіíþєòüñÿ ãóñòèíà, à îòæå, é îá’єì äàíîї ìàñè ðå÷îâèíè. Òåïåð ç’ÿñóєìî, âіä ÷îãî çàëåæèòü êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá ðîçïëàâèòè êðèñòàëі÷íå òіëî (çà òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ), àáî ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ éîãî êðèñòàëіçàöії. Äîñëіä 5. Â îäíіé ïîñóäèíі áóäåìî ïëàâèòè 100 ã ñâèíöþ (ìàë. 77, à), à â іíøіé – 200 ã (ìàë. 77, á). ßêùî íàãðіâíèêè îäíàêîâі, òî ïîáà÷èìî, ùî äëÿ ïëàâëåííÿ 200 ã ñâèíöþ òðåáà çàòðàòèòè áіëüøó êіëüêіñòü òåïëîòè, íіæ äëÿ 100 ã. í 46

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ ïëàâëåííÿ òіëà, çàëåæèòü âіä éîãî ìàñè. Äîñëіä 6. Íà îäíàêîâèõ íàãðіâíèêàõ â îäíіé ïîñóäèíі áóäåìî ïëàâèòè 100 ã ñâèíöþ (ìàë. 78, à), à â іíøіé – 100 ã îëîâà (ìàë. 78, á). Ó ðåçóëüòàòі äîñëіäó ïîáà÷èìî, ùî äëÿ ïëàâëåííÿ îëîâà ïîòðіáíî çàòðàòèòè áіëüøó êіëüêіñòü òåïëîòè, íіæ äëÿ ïëàâëåííÿ ñâèíöþ.

200 ã

100 ã а

Мал. 77

Îëîâî

Ñâèíåöü а

100 ã

Мал. 78

Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ ïëàâëåííÿ òіëà, çàëåæèòü âіä ðîäó ðå÷îâèíè, ç ÿêîї âèãîòîâëåíî òіëî. Âåëè÷èíó, ùî õàðàêòåðèçóє åíåðãåòè÷íі çàòðàòè íà ïëàâëåííÿ 1 êã ïåâíîї ðå÷îâèíè, íàçâàëè ïèòîìîþ òåïëîòîþ ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè. Її ïîçíà÷àþòü ìàëîþ ãðåöüêîþ ëіòåðîþ  (ëàìáäà). Îäèíèöåþ ïèòîìîї òåïëîòè ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè â ÑІ є îäèí äæîóëü íà êіëîãðàì (1 Äæ/êã). Ïèòîìó òåïëîòó ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè âèçíà÷àþòü çà äîïîìîãîþ äîñëіäіâ. Áóëî âñòàíîâëåíî, ùî ïèòîìà òåïëîòà ïëàâëåííÿ ëüîäó äîðіâíþє 340 000 (3,4 ∙ 105) Äæ/êã. Öå îçíà÷àє, ùî äëÿ ïåðåòâîðåííÿ áðóñêà ëüîäó ìàñîþ 1 êã (çà òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ 0 Ñ) íà âîäó ïîòðіáíî çàòðàòèòè 340 000 Äæ åíåðãії. Ïіä ÷àñ çâîðîòíîãî ïðîöåñó – êðèñòàëіçàöії – òàêà ñàìà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ. Ïèòîìà òåïëîòà ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî ïîêàçóє, ÿêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî íàäàòè òіëó ìàñîþ 1 êã, ùîá ïåðåòâîðèòè éîãî íà ðіäèíó çà òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ. Ç äîñëіäіâ âèçíà÷åíî ïèòîìó òåïëîòó ïëàâëåííÿ äëÿ êîæíîї ðå÷îâèíè, çíà÷åííÿ ÿêîї äëÿ ÷àñòîâæèâàíèõ ðå÷îâèí ïîäàíî â òàáëèöі 4. 47

ÐÎÇÄІË 1

Ïèòîìà òåïëîòà ïëàâëåííÿ ðå÷îâèí (çà òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ і íîðìàëüíîãî àòìîñôåðíîãî òèñêó) Питома теплота плавлення , Дж/кг

Температура плавлення (кристалізації), Ñ

Алюміній

393 000

660

Лід

332 400

Залізо

Òàáëèöÿ 4

Питома теплота плавлення , Дж/кг

Температура плавлення (кристалізації), Ñ

Сталь, чавун

85 000– 140 000

1100–1500

Золото

67 000

1064

270 000

1535

Водень

58 600

–259

Мідь

213 000

1085

Олово

59 000

232

Вольфрам

185 000

3387

Свинець

24 300

327

Спирт

105 000

–98

Кисень

13 800

–218

Срібло

87 300

962

Ртуть

11 700

–39

Речовина

Ùîá îá÷èñëèòè êіëüêіñòü òåïëîòè Q, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè äëÿ ïëàâëåííÿ òіëà ìàñîþ ò, óçÿòîãî çà òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ, òðåáà ïèòîìó òåïëîòó ïëàâëåííÿ  ïîìíîæèòè íà ìàñó òіëà: Q  ò. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ òâåðäíåííÿ òіëà ìàñîþ ò, òàêîæ âèçíà÷àþòü çà öієþ ôîðìóëîþ. Ïðîöåñè íàãðіâàííÿ і êðèñòàëіçàöії ìîæíà çîáðàçèòè ãðàôі÷íî. Ïî îñі Îó âіäêëàäàþòü çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè ðå÷îâèíè, à ïî îñі Îõ – ÷àñ íàãðіâàííÿ і ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè. Íàïðèêëàä, íà ìàëþíêó 79 ãðàôі÷íî çîáðàæåíî ïðîöåñè íàãðіâàííÿ і ïëàâëåííÿ ëüîäó òà íàãðіâàííÿ âîäè. Ãðàôіê íàãðіâàííÿ і ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè ñêëàäàєòüñÿ ç òðüîõ äіëÿíîê: äëÿ íàãðіâàííÿ ëüîäó – öå ïðÿìà ëіíіÿ ç ïåâíèì êóòîì íàõèëó, ÿêèé çàëåæèòü âіä çíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі ðå÷îâèíè: ùî áіëüøå її çíà÷åííÿ, òî

Íàãðіâàííÿ Ïëàâëåííÿ ëüîäó ëüîäó

Íàãðіâàííÿ âîäè

Мал. 79

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

ìåíøèé íàõèë, òåìïåðàòóðà ëüîäó çáіëüøóєòüñÿ ïðÿìî ïðîïîðöіéíî äî ÷àñó íàãðіâàííÿ; äëÿ ïëàâëåííÿ ëüîäó – öå ãîðèçîíòàëüíà ëіíіÿ, òåìïåðàòóðà ñóìіøі âîäè і ëüîäó çàëèøàєòüñÿ ñòàëîþ і äîðіâíþє òåìïåðàòóðі ïëàâëåííÿ ëüîäó äîòè, äîêè âåñü ëіä íå ðîçòàíå; äëÿ íàãðіâàííÿ óòâîðåíîї âîäè – ïðÿìà ëіíіÿ, êóò íàõèëó ÿêîї âèçíà÷àєòüñÿ ïèòîìîþ òåïëîєìíіñòþ âîäè, її çíà÷åííÿ áіëüøå, íіæ äëÿ ëüîäó, òîìó і íàõèë ìåíøèé, òåìïåðàòóðà âîäè çáіëüøóєòüñÿ ïðÿìî ïðîïîðöіéíî äî ÷àñó. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО Що таке плавлення тіл? Що називають кристалізацією речовини? Як змінюється температура тіла під час плавлення і кристалізації? Як змінюється маса тіла під час перетворення його з твердого стану в рідкий і навпаки? 5. Від чого залежить кількість теплоти, яку потрібно затратити, для розплавлення кристалічного тіла або яка виділяється під час його кристалізації? 6. Що таке питома теплота плавлення речовини? 1. 2. 3. 4.

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. Êîðèñòóþ÷èñü òàáëèöåþ 4, ç’ÿñóéòå, ó ÿêîìó ñòàíі çíàõîäÿòüñÿ ìåòàëè: ñðіáëî, çîëîòî, ìіäü, àëþìіíіé, âîëüôðàì, ñòàëü çà òåìïåðàòóðè 1000 Ñ? Âіäïîâіäü: ñðіáëî, àëþìіíіé – ó ðіäêîìó ñòàíі; çîëîòî, ìіäü, âîëüôðàì, ñòàëü – ó òâåðäîìó ñòàíі. 2. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá ðîçïëàâèòè 1 êã ñâèíöþ, óçÿòîãî çà òåìïåðàòóðè 27 Ñ? Äàíî: Ðîçâ’ÿçàííÿ ò  1 êã Äëÿ òîãî ùîá ðîçïëàâèòè ñâèíåöü, éîãî ïît  27 Ñ òðіáíî íàãðіòè äî òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ, à ïîòіì tïë  327 Ñ ðîçïëàâèòè. ñ  140 Äæ/(êã ∙ Ñ) Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè íà   24 300 Äæ/êã íàãðіâàííÿ ñâèíöþ, âèçíà÷àєìî çà ôîðìóëîþ: Q1  cm(tïë – t). Q–? Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá ðîçïëàâèòè ñâèíåöü, âèçíà÷àєìî çà ôîðìóëîþ: Q2  ò. Òîäі êіëüêіñòü òåïëîòè, çàòðà÷åíó íà íàãðіâàííÿ і ïëàâëåííÿ ñâèíöþ, âèçíà÷èìî òàê: Q  Q1 + Q2  cm(tïë – t) + ò  ò(c(tïë – t) + ). Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: Q  1 êã (140 Äæ/(êã ∙ Ñ) (327 Ñ – 27 Ñ) + 24 300 Äæ/êã)   66 300 Äæ  66,3 êÄæ. Âіäïîâіäü: 66 300 Äæ  66,3 êÄæ. 49

ÐÎÇÄІË 1

Ðіâåíü À 70. Ó âîäі ïëàâàє ëіä (òåìïåðàòóðà âîäè і ëüîäó îäíàêîâà – 0 Ñ). Îäèí ó÷åíü ñòâåðäæóє, ùî âîäà çàìåðçíå, à äðóãèé – ùî ëіä ðîçòàíå. Âèðіøіòü ñóïåðå÷êó. 71. ×îìó îëîâî ìîæíà ðîçïëàâèòè â ïîëóì’ї ñâі÷êè, à çàëіçî – íі? 72. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá ðîçïëàâèòè 2 êã ñðіáëà, âçÿòîãî çà òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ? 73. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè òðåáà çàòðàòèòè, ùîá ðîçòîïèòè 10 êã ëüîäó, âçÿòîãî çà òåìïåðàòóðè 0 Ñ? Ïîÿñíіòü ðîçâ’ÿçîê. 74. ßêó ìàñó çîëîòà ìîæíà ðîçïëàâèòè, çàòðàòèâøè 125 êÄæ òåïëîòè? 75. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ ïіä ÷àñ çàìåðçàííÿ âîäè ìàñîþ 5 êã çà òåìïåðàòóðè 0 Ñ? Ðіâåíü Á 76. Âåñíîþ, êîëè òåìïåðàòóðà ïîâіòðÿ íàáàãàòî âèùà çà 0 Ñ, ëіä ùå òðèâàëèé ÷àñ íå òàíå і, íàâïàêè, âîñåíè, êîëè òåìïåðàòóðà ïîâіòðÿ íèæ÷à âіä 0 Ñ, âîäà íå âіäðàçó çàìåðçàє. ×îìó? 77. ×è ìîæíà ðîçïëàâëåíèì ìåòàëîì çàìîðîçèòè âîäó? 78. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè òðåáà çàòðàòèòè, ùîá ðîçïëàâèòè 2 êã îëîâà, âçÿòîãî çà òåìïåðàòóðè 0 Ñ? 79. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè òðåáà çàòðàòèòè, ùîá ïîâíіñòþ ðîçïëàâèòè ñâèíöåâó øòàáó ìàñîþ 4 êã, òåìïåðàòóðà ÿêîї 7 Ñ? 80. Àëþìіíієâà øòàáà, ìàñà ÿêîї 5 êã, ìàє òåìïåðàòóðó 20 Ñ. ×è ìîæíà ïîâíіñòþ ðîçïëàâèòè òàêó øòàáó, íàäàâøè їé 500 êÄæ åíåðãії? 81. Äëÿ ÿêîї ðå÷îâèíè íà ãðàôіêó (ìàë. 80) çîáðàæåíî ïðîöåñè íàãðіâàííÿ і ïëàâëåííÿ?

§ 12. ВИПАРОВУВАННЯ І КОНДЕНСАЦІЯ РІДИН. ПИТОМА ТЕПЛОТА ПАРОУТВОРЕННЯ РЕЧОВИНИ

Ñïîñòåðåæåííÿ 1. Óëіòêó, ïіñëÿ òîãî ÿê ïðîéäå äîù, êàëþæі øâèäêî

âèñèõàþòü; óâå÷åðі, êîëè ïîâіòðÿ ñòàє õîëîäíіøèì, âèïàäàє ðîñà. ßêùî ç çàëèøèòè íà âîãíі ïîñóäèíó ç âîäîþ, òî ÷åðåç äåÿêèé ÷àñ âîäè â ïîñóäèíі 50

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

íå çàëèøèòüñÿ, òîìó ùî âîíà âèêèïèòü. Îòæå, ðіäèíè ìîæóòü âèïàðîâóâàòèñÿ, òîáòî ïåðåòâîðþâàòèñÿ â ãàçóâàòèé ñòàí. Ëåãêî ïåðåêîíàòèñÿ, ùî âèùà òåìïåðàòóðà, òî іíòåíñèâíіøå âіäáóâàєòüñÿ öåé ïðîöåñ. Òàê, óëіòêó êàëþæі âèñèõàþòü øâèäøå, íіæ íàâåñíі àáî âîñåíè. Ïðîöåñ ïåðåòâîðåííÿ ðіäèíè â ïàðó (ó ãàçóâàòèé ñòàí) íàçèâàþòü ïàðîóòâîðåííÿì. Є äâà ñïîñîáè ïåðåòâîðåííÿ ðіäèíè â ãàçóâàòèé ñòàí: âèïàðîâóâàííÿ і êèïіííÿ. Âèïàðîâóâàííÿ – öå ïàðîóòâîðåííÿ, ÿêå âіäáóâàєòüñÿ ç âіëüíîї ïîâåðõíі ðіäèíè. Âèïàðîâóâàííÿ âіäáóâàєòüñÿ çà áóäü-ÿêîї òåìïåðàòóðè, àëå øâèäêіñòü éîãî çàëåæèòü âіä êіëüêîõ ïðè÷èí. Ùîá ïåðåêîíàòèñÿ â öüîìó, âèêîíàєìî òàêі äîñëіäè. Äîñëіä 1. Íà ïàïіð êàïíåìî åôіðó, âîäè, ñïèðòó, îëії. Ñïî÷àòêó âèïàðóєòüñÿ åôіð, ïîòіì – ñïèðò, âîäà, à îëіÿ âèñèõàòèìå êіëüêà äíіâ. Øâèäêіñòü âèïàðîâóâàííÿ çàëåæèòü âіä âèäó ðіäèíè. Äîñëіä 2. Íàëëєìî îäíàêîâó êіëüêіñòü âîäè ó ñêëÿíêó і øèðîêó òàðіëêó. Âîäà ñïî÷àòêó âèïàðóєòüñÿ ç òàðіëêè, à ïîòіì – çі ñêëÿíêè. Øâèäêіñòü âèïàðîâóâàííÿ çàëåæèòü âіä ïëîùі ïîâåðõíі ðіäèíè. Äîñëіä 3. Îäíó òàðіëêó ç âîäîþ ïîñòàâèìî íà ñòîëі â êіìíàòі, à іíøó – íà áàòàðåþ îïàëåííÿ àáî â іíøå òåïëå ìіñöå. Âîäà ñïî÷àòêó âèïàðóєòüñÿ â òіé òàðіëöі, ÿêà ñòîїòü ó òåïëіøîìó ìіñöі. Øâèäêіñòü âèïàðîâóâàííÿ çàëåæèòü âіä òåìïåðàòóðè ðіäèíè. Ñïîñòåðåæåííÿ 2. Âèïðàíó áіëèçíó ðîçâіøóþòü äëÿ ïðîñóøóâàííÿ. Ó ñóõó, âіòðÿíó é òåïëó ïîãîäó áіëèçíà âèñóøóєòüñÿ íàáàãàòî øâèäøå, íіæ ó òèõó àáî ïðîõîëîäíó ïîãîäó. Øâèäêіñòü âèïàðîâóâàííÿ çàëåæèòü âіä íàÿâíîñòі ïîòîêіâ ïîâіòðÿ і éîãî âîëîãîñòі. Îòæå, çíàþ÷è ïðè÷èíè, âіä ÿêèõ çàëåæèòü øâèäêіñòü âèïàðîâóâàííÿ ðіäèíè, ìè ìîæåìî ïîÿñíèòè òåïåð, äëÿ ÷îãî, íàïðèêëàä, ïåðåëèâàþòü ÷àé çі ñêëÿíêè â áëþäöå, äìóòü íà ãàðÿ÷èé áîðù ÷è êàøó, êîðèñòóþòüñÿ âіÿëîì çà âèñîêîї òåìïåðàòóðè ïîâіòðÿ. Çà ïåâíîї òåìïåðàòóðè (òåìïåðàòóðè êèïіííÿ) ðіäèíè ïî÷èíàþòü іíòåíñèâíî âèïàðîâóâàòèñÿ íå ëèøå ç ïîâåðõíі, à é іç ñåðåäèíè, ç óòâîðåííÿì áóëüáàøîê. Öå ÿâèùå íàçèâàþòü êèïіííÿì (ìàë. 81). Êèïіííÿ – öå іíòåíñèâíå ïàðîóòâîðåííÿ íå òіëüêè ç âіëüíîї ïîâåðõíі ðіäèíè, à é ç óñüîãî îá’єìó âñåðåäèíó áóëüáàøîê ïàðè, ÿêі ïðè öüîìó âèíèêàþòü. 51

ÐÎÇÄІË 1

Çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè êèïіííÿ ðіäèí çàëåæèòü âіä àòìîñôåðíîãî òèñêó. Ó òàáëèöі 5 ïîäàíî çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè êèïіííÿ äåÿêèõ ðіäèí çà íîðìàëüíîãî àòìîñôåðíîãî òèñêó: âîäà êèïèòü çà òåìïåðàòóðè 100 Ñ, àöåòîí – 57 Ñ, ðіäêèé êèñåíü – çà òåìïåðàòóðè –183 Ñ. Ç äîñëіäіâ âіäîìî, ùî ç îõîëîäæåííÿì ãàçіâ äî ïåâíîї òåìïåðàòóðè (òåìïåðàòóðè êîíäåíñàöії) âîíè ïî÷èíàþòü Мал. 81 çðіäæóâàòèñÿ і ñòàþòü ðіäèíàìè. Óñòàíîâëåíî, ùî öå âіäáóâàєòüñÿ çà òàêîї ñàìîї òåìïåðàòóðè, çà ÿêîї âіäïîâіäíà ðіäèíà êèïèòü. Öå çâîðîòíі ïðîöåñè, ÿê і â ðàçі ïåðåòâîðåííÿ âîäè â ëіä, íàïðÿìîê ïåðåòâîðåííÿ çàëåæèòü âіä êîíêðåòíèõ ôіçè÷íèõ óìîâ: ÿêùî ðіäèíà íàáóâàє òåïëîòè, òî êèïèòü і ïåðåòâîðþєòüñÿ ó ãàçóâàòèé ñòàí; ÿêùî ãàç âіääàє òåïëîòó, òî âіí çðіäæóєòüñÿ, òîáòî êîíäåíñóєòüñÿ. Íàïðèêëàä, àìіàê êîíäåíñóєòüñÿ çà òåìïåðàòóðè –33,4 Ñ, ðіäêèé êèñåíü – çà –183 Ñ. Ó ïîâіòðі є áàãàòî âîäÿíîї ïàðè. Êîëè ïîâіòðÿ îõîëîäæóєòüñÿ, ïàðà ïåðåõîäèòü ó ðіäêèé ñòàí: óòâîðþþòüñÿ õìàðè, òóìàí, ðîñà. Òåïåð ç’ÿñóєìî, âіä ÷îãî çàëåæèòü êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá âèïàðóâàòè ðіäèíó çà òåìïåðàòóðè êèïіííÿ àáî ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ її êîíäåíñàöії.

100 ã

50 ã а

Мал. 82

Äîñëіä 4. Ïîñòàâèìî íà ïëèòó äâі ïîñóäèíè, â îäíó íàëëєìî 50 ã âîäè (ìàë. 82, à), à â äðóãó – 100 ã âîäè (íàãðіâíèêè òà ïîñóäèíè – îäíàêîâі) (ìàë. 82, á). Äîâåäåìî âîäó äî êèïіííÿ é áóäåìî âèïàðîâóâàòè. Ñïî÷àòêó âèïàðóєòüñÿ âîäà â ïîñóäèíі, äå áóëî 50 ã, à ïîòіì – ó ïîñóäèíі ç 100 ã âîäè. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ âèïàðîâóâàííÿ ðіäèíè çà òåìïåðàòóðè êèïіííÿ, çàëåæèòü âіä ìàñè ðіäèíè. Äîñëіä 5. Íà îäíàêîâі íàãðіâíèêè ïîñòàâèìî ïîñóäèíè, â îäíіé – 50 ã âîäè (ìàë. 83, à), à â äðóãіé – 50 ã ñïèðòó (ìàë. 83, á). Äîâåäåìî öі ðå÷îâèíè äî êèïіííÿ (ñïèðò çàêèïàє çà òåìïåðàòóðè 78 Ñ, à âîäà – 100 Ñ) òà áóäåìî їõ âèïàðîâóâàòè. Ðåçóëüòàòè äîñëіäó ïîêàçóþòü, ùî ñïî÷àòêó âèïàðóєòüñÿ ñïèðò, à ïîòіì – âîäà. 52

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

100 Ñ

78 Ñ

50 ã

Мал. 83

Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ âèïàðîâóâàííÿ ðіäèíè çà òåìïåðàòóðè êèïіííÿ, çàëåæèòü âіä ðîäó ðå÷îâèíè. Âåëè÷èíó, ùî õàðàêòåðèçóє åíåðãåòè÷íі âèòðàòè íà âèïàðîâóâàííÿ ïåâíîї ðіäèíè ìàñîþ 1 êã, íàçèâàþòü ïèòîìîþ òåïëîòîþ ïàðîóòâîðåííÿ. Її ïîçíà÷àþòü âåëèêîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ L. Îäèíèöåþ ïèòîìîї òåïëîòè ïàðîóòâîðåííÿ ðå÷îâèíè â ÑІ є îäèí äæîóëü íà êіëîãðàì (1 Äæ/êã). Ïèòîìó òåïëîòó ïàðîóòâîðåííÿ ðå÷îâèíè âèçíà÷àþòü çà äîïîìîãîþ äîñëіäіâ. Óñòàíîâëåíî, ùî ïèòîìà òåïëîòà ïàðîóòâîðåííÿ âîäè çà òåìïåðàòóðè 100 Ñ äîðіâíþє 2,3 ∙ 106 Äæ/êã. Іíàêøå êàæó÷è, äëÿ ïåðåòâîðåííÿ âîäè ìàñîþ 1 êã íà ïàðó çà òåìïåðàòóðè 100 Ñ ïîòðіáíî 2 300 000 Äæ åíåðãії. Ïіä ÷àñ çâîðîòíîãî ïðîöåñó – êîíäåíñàöії – òàêà ñàìà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ. Ïèòîìà òåïëîòà ïàðîóòâîðåííÿ ðå÷îâèíè – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî âèçíà÷àє, ÿêà êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíà, ùîá ïåðåòâîðèòè ðіäèíó ìàñîþ 1 êã íà ïàðó çà òåìïåðàòóðè êèïіííÿ. Êîæíà ðіäèíà ìàє ñâîþ ïèòîìó òåïëîòó ïàðîóòâîðåííÿ. Çíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîòè ïàðîóòâîðåííÿ äåÿêèõ ðіäèí íàâåäåíî â òàáëèöі 5. Ïèòîìà òåïëîòà ïàðîóòâîðåííÿ ðå÷îâèí (çà òåìïåðàòóðè êèïіííÿ і íîðìàëüíîãî àòìîñôåðíîãî òèñêó)

Речовина

Питома теплота пароутворення L, Дж/кг

Температура кипіння (конденсації), °С

Вода

2 300 000

100

Ацетон

521 000

Спирт

900 000

Òàáëèöÿ 5

Питома теплота пароутворення, L, Дж/кг

Температура кипіння (конденсації), °С

Ртуть

300 000

357

Кисень

213 000

–183

Скипидар

161 000

287

Речовина

ÐÎÇÄІË 1

Ùîá îá÷èñëèòè êіëüêіñòü òåïëîòè Q, ÿêà ïîòðіáíà äëÿ âèïàðîâóâàííÿ ðіäèíè ìàñîþ ò, óçÿòîї çà òåìïåðàòóðè êèïіííÿ, òðåáà ïèòîìó òåïëîòó ïàðîóòâîðåííÿ ðå÷îâèíè L ïîìíîæèòè íà ìàñó ðіäèíè: Q  Lm. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ êîíäåíñàöії ïàðè ìàñîþ ò, âèçíà÷àєòüñÿ òàêîæ çà öієþ ôîðìóëîþ. Íàãðіâàííÿ ïàðè Êèïіííÿ âîäè

Íàãðіâàííÿ âîäè Мал. 84

Ïðîöåñè íàãðіâàííÿ і âèïàðîâóâàííÿ ìîæíà çîáðàçèòè ãðàôі÷íî. Ïî îñі Îó âіäêëàäàþòü çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè ðіäèíè, à ïî îñі Îõ – ÷àñ íàãðіâàííÿ і âèïàðîâóâàííÿ ðіäèíè. Íàïðèêëàä, íà ìàëþíêó 84 ãðàôі÷íî çîáðàæåíî ïðîöåñè íàãðіâàííÿ і âèïàðîâóâàííÿ âîäè êèïіííÿì. Ãðàôіê íàãðіâàííÿ і âèïàðîâóâàííÿ ðіäèíè ñêëàäàєòüñÿ ç òðüîõ äіëÿíîê: äëÿ íàãðіâàííÿ ðіäèíè – öå ïðÿìà ëіíіÿ ç ïåâíèì êóòîì íàõèëó, ÿêèé çàëåæèòü âіä çíà÷åííÿ ïèòîìîї òåïëîєìíîñòі ðіäèíè; äëÿ êèïіííÿ ðіäèíè – öå ãîðèçîíòàëüíà ëіíіÿ, òåìïåðàòóðà ðіäèíè çàëèøàєòüñÿ ñòàëîþ і äîðіâíþє òåìïåðàòóðі êèïіííÿ ðіäèíè äîòè, äîêè âñÿ ðіäèíà âèïàðóєòüñÿ; äëÿ íàãðіâàííÿ óòâîðåíîї ïàðè – ïðÿìà ëіíіÿ, êóò íàõèëó ÿêîї âèçíà÷àєòüñÿ ïèòîìîþ òåïëîєìíіñòþ ïàðè, її çíà÷åííÿ âіäðіçíÿєòüñÿ, âіä òàêîãî äëÿ ðіäèíè, òîìó і íàõèë іíøèé; òåìïåðàòóðà ïàðè çáіëüøóєòüñÿ ïðÿìî ïðîïîðöіéíî äî ÷àñó. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО Що таке пароутворення? Що називають конденсацією речовини? Що таке кипіння? Від чого залежить кількість теплоти, яка потрібна для випаровування рідини або яка виділяється під час конденсації пари? 5. Що показує питома теплота пароутворення рідини? Назвіть її одиницю. 6. Як обчислити кількість теплоти, яка потрібна для випаровування рідини за температури кипіння цієї рідини? 1. 2. 3. 4.

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. ×îìó æèðíèé ñóï äîâãî íå îõîëîäæóєòüñÿ íàâіòü òîäі, êîëè éîãî íàëèëè â òàðіëêó? í 54

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Âіäïîâіäü: æèð äóæå ïîâіëüíî âèïàðîâóєòüñÿ ïîðіâíÿíî ç âîäîþ, òîìó òîíêèé øàð æèðó íà ïîâåðõíі ñóïó çàòðèìóє âèïàðîâóâàííÿ âîäè, ó çâ’ÿçêó іç öèì îõîëîäæåííÿ ñóïó ñïîâіëüíþєòüñÿ. 2. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá ïåðåòâîðèòè íà ïàðó 3 êã ñïèðòó, âçÿòîãî çà òåìïåðàòóðè 18 Ñ? Äàíî: Ðîçâ’ÿçàííÿ m  3 êã Äëÿ òîãî ùîá ïåðåòâîðèòè ñïèðò íà ïàðó, ïîñ  2400 Äæ/(êã ∙ Ñ) òðіáíî ñïî÷àòêó éîãî íàãðіòè äî òåìïåðàòóðè êèt  18 Ñ ïіííÿ, à ïîòіì âèïàðóâàòè. tê  78 Ñ Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè íà L  900 000 Äæ/êã íàãðіâàííÿ ñïèðòó, âèçíà÷àєìî çà ôîðìóëîþ: Q1  cm(tê – t). Q–? Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá âèïàðóâàòè ñïèðò, âèçíà÷àєìî çà ôîðìóëîþ: Q2  Lm. Òîäі êіëüêіñòü òåïëîòè, çàòðà÷åíó íà íàãðіâàííÿ і âèïàðîâóâàííÿ ñïèðòó, âèçíà÷èìî òàê: Q  Q1 + Q2  cm(tê – t) + Lm  m(c(tê – t) + L). Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: Q  3 êã œ2400 Äæ/(êã ∙ Ñ) (78 Ñ – 18 Ñ) + 900 000 Äæ/êã   3 132 000 Äæ  3132 êÄæ  3,132 ÌÄæ. Âіäïîâіäü: 3,132 ÌÄæ. Ðіâåíü À 82. ßê ïîÿñíèòè, ùî âèïàðîâóâàííÿ ðіäèí âіäáóâàєòüñÿ çà áóäü-ÿêîї òåìïåðàòóðè? 83. Ïåðåáóâàþ÷è â ïîõîäі, òóðèñò íàëèâ ó ïîñóäèíó âîäè ç õîëîäíîãî äæåðåëà і ïîáà÷èâ, ùî ïîñóäèíà ççîâíі âêðèëàñÿ êðàïåëüêàìè ðіäèíè. Ïîÿñíіòü öå ÿâèùå. 84. Äëÿ ÷îãî îâî÷і і ôðóêòè, ïðèçíà÷åíі äëÿ ñóøіííÿ, ðîçðіçàþòü íà òîíêі øìàòî÷êè? 85. ×îìó íà ëіñîâèõ äîðîãàõ êàëþæі âèñèõàþòü äîâøå, íіæ íà ïîëüîâèõ? 86. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíà äëÿ ïåðåòâîðåííÿ 150 ã âîäè â ïàðó çà òåìïåðàòóðè 100 Ñ? 87. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ ïіä ÷àñ êîíäåíñàöії 10 êã âîäÿíîї ïàðè? Ðіâåíü Á 88. Âіäîìî, ùî íàäìіðíå âèïàðîâóâàííÿ âîäè ç ґðóíòó ïðèçâîäèòü äî éîãî âèñèõàííÿ і çíèæåííÿ âðîæàéíîñòі. Ïðîòå áåç âèïàðîâóâàííÿ íåìîæëèâî óÿâèòè ðîçâèòîê ðîñëèí. ×îìó? 55

ÐÎÇÄІË 1

89. Õîëîäíó âîäó íàëèëè â ïëÿøêó, ó ôëÿãó, íà ÿêó íàäіëè áðåçåíòîâèé ÷îõîë, і ó âèïàëåíèé ãëèíÿíèé ãëå÷èê. Âèïàëåíà ãëèíà ìàє ïîðèñòó áóäîâó. Ó ÿêіé ïîñóäèíі âîäà ÷åðåç äåÿêèé ÷àñ áóäå íàéõîëîäíіøîþ? Íàéòåïëіøîþ? 90. Ðîñëèíè, ùî ðîñòóòü ó ìіñöÿõ ç âîëîãèì êëіìàòîì, ìàþòü øèðîêå ëèñòÿ, à â ìіñöÿõ іç ñóõèì êëіìàòîì ëèñòÿ â ðîñëèí âóçüêå і ðîçìіùåíå âåðòèêàëüíî. ×èì öå çóìîâëåíî? 91. Äèñòèëüîâàíó âîäó ìàñîþ 5 êã, âçÿòó çà òåìïåðàòóðè 20 Ñ, òðåáà íàãðіòè äî òåìïåðàòóðè êèïіííÿ. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíà äëÿ öüîãî? 92. Ó ÿêîìó âèïàäêó âèäіëèòüñÿ áіëüøà êіëüêіñòü òåïëîòè: ïіä ÷àñ îõîëîäæåííÿ 5 êã âîäè âіä 100 äî 0 Ñ ÷è ïіä ÷àñ êîíäåíñàöії 5 êã ïàðè áåç çìіíè òåìïåðàòóðè? 93. ßêó êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíî çàòðàòèòè, ùîá 2 êã ëüîäó, òåìïåðàòóðà ÿêîãî –10 Ñ, ïåðåòâîðèòè ïîâíіñòþ ó ïàðó? 94. Îïèøіòü ïðîöåñè, çîáðàæåíі íà ãðàôіêó (ìàë. 85). Мал. 85

§ 13. ЗГОРЯННЯ ПАЛИВА

Îñíîâíèì äæåðåëîì åíåðãії äëÿ çàáåçïå÷åííÿ ðóõó çàëіçíè÷íèõ ëîêîìî-

òèâіâ, àâòîìîáіëіâ і òðàêòîðіâ, ëіòàêіâ òîùî є ðіçíі âèäè ïàëèâà. Ó ïðîìèñëîâîñòі, íà òðàíñïîðòі òà â ïîáóòі âèêîðèñòîâóþòü òàêі âèäè ïàëèâà: âóãіëëÿ, ãîðþ÷і ñëàíöі, íàôòó, áåíçèí, äèçåëüíå ïàëèâî, ïðèðîäíèé ãàç òîùî. Ç’ÿñóєìî, çà ÿêèõ óìîâ âіäáóâàєòüñÿ ïîâíå çãîðÿííÿ ïàëèâà і ÿêі éîãî íàñëіäêè. Äîñëіä 1. Çàïàëèìî ñâі÷êó. Âîíà áóäå ãîðіòè. Íàêðèєìî її ñêëÿíîþ ïîñóäèíîþ (ìàë. 86, à). ×åðåç ïåâíèé ÷àñ ñâі÷êà çãàñíå (ìàë. 86, á). ×îìó?

б Мал. 86

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Ïðîöåñ ãîðіííÿ âіäáóâàєòüñÿ çà íàÿâíîñòі ïîâіòðÿ. Äîñëіä 2. Öèëіíäð ç ïîðøíåì ç’єäíóєìî çі ñêëÿíîþ êóëåþ. Íà ïîðøåíü ñòàâèìî ãèðþ. Íàãðіâàєìî êóëþ, ñïàëþþ÷è ñóõå ïàëèâî. Ïîâіòðÿ, ÿêå íàãðіâàєòüñÿ â êóëі, ðîçøèðþєòüñÿ і âèøòîâõóє ïîðøåíü, ïіäíіìàþ÷è ãèðþ, òîáòî âèêîíóє ðîáîòó. Ïіä ÷àñ ñïàëþâàííÿ ïàëèâà âèäіëÿєòüñÿ åíåðãіÿ, çà ðàõóíîê ÿêîї ìîæå âèêîíóâàòèñÿ ðîáîòà. Âóãіëëÿ, íàôòà, ìàçóò, äåðåâî ìіñòÿòü âóãëåöü (òàáë. 6). Ïіä ÷àñ ãîðіííÿ ìîëåêóëè Êàðáîíó ñïîëó÷àþòüñÿ ç ìîëåêóëàìè Îêñèãåíó, ÿêèé ìіñòèòüñÿ â ïîâіòðі. Êîæíà ìîëåêóëà Êàðáîíó âçàєìîäіє ç äâîìà ìîëåêóëàìè Îêñèãåíó, óòâîðþþ÷è ïðè öüîìó ìîëåêóëó âóãëåêèñëîãî ãàçó. Ïіä ÷àñ óòâîðåííÿ öієї ìîëåêóëè âèäіëÿєòüñÿ åíåðãіÿ. Ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ 1 ìîëÿ âóãëåöþ óòâîðþєòüñÿ âóãëåêèñëèé ãàç і âèäіëÿєòüñÿ åíåðãіÿ: Ñ + Î2  ÑÎ2 + 402 êÄæ. Ãîðіííÿ ïîâ’ÿçàíå ç ðóéíóâàííÿì îäíèõ ìîëåêóë і óòâîðåííÿì іíøèõ, íàïðèêëàä, ïіä ÷àñ ãîðіííÿ ìåòàíó óòâîðþþòüñÿ âóãëåêèñëèé ãàç і âîäà (ìàë. 87) ç âèäіëåííÿì åíåðãії: ÑÍ4 + 2Î2  ÑÎ2 + 2Í2Î.

Мал. 87

Ïіä ÷àñ ãîðіííÿ çìіíà âíóòðіøíüîї åíåðãії ðå÷îâèíè âіäáóâàєòüñÿ íå øëÿõîì òåïëîîáìіíó ÷è âèêîíàííÿ ðîáîòè òіëîì àáî íàä òіëîì, à â ðåçóëüòàòі òåðìîõіìі÷íèõ ðåàêöіé çà ó÷àñòþ ïàëèâà. Ïðè öüîìó åíåðãіÿ ðóõó ìîëåêóë ïðîäóêòіâ çãîðÿííÿ, à îòæå і їõíÿ òåìïåðàòóðà, áóäå áіëüøîþ, íіæ ó ìîëåêóë ïàëèâà. Ãîðіííÿ ïàëèâà – öå ïðîöåñ ñïîëó÷åííÿ ìîëåêóë ïàëèâà ç ìîëåêóëàìè Îêñèãåíó, ÿêèé ñóïðîâîäæóєòüñÿ âèäіëåííÿì ïåâíîї êіëüêîñòі òåïëîòè і óòâîðåííÿì íîâèõ ðå÷îâèí (òàáë. 6). 57

ÐÎÇÄІË 1

Îñíîâíі õàðàêòåðèñòèêè ïåâíèõ âèäіâ ïàëèâà Назва палива

Склад палива

Температура загоряння палива (за присутності повітря і під час контакту з полум’ям) Спалювання 1 кг палива потребує

Після повного згоряння 1 кг палива виділяється

Кількістю теплоти, яка виділяється під час повного згоряння 1 кг палива, можна нагріти до температури кипіння

Дерево сухе Органічні речовини (83 %), у тому числі: Вуглець (50 %) Кисень (43 %) Водень (6 %) Азот (1 %) Мінеральні речовини (2 %) Вода (15 %) 300 С

Òàáëèöÿ 6

Кам’яне вугілля

Мазут

Вуглець (78 %) Водень (5 %) Кисень (6,4 %) Азот (1,4 %) Сірка (0,7 %) Шлак (7,3 %) Волога (1,2 %) (Антрацит містить 95 % вуглецю)

Вуглець (82–86 %) Водень (11–14 %) Сірка (до 0,5 %)

600 С

55 С

3,5 м3 повітря

9 м3 повітря

11 м3 повітря

4 м3 суміші: вуглекислого газу; пари води; азоту

9,5 м3 суміші: вуглекислого газу; пари води; азоту; двоокису сірки

11,5 м3 суміші: вуглекислого газу; пари води; азоту; двоокису сірки

40 л води

100 л води

125 л води

Äîñëіä 3. Äâі îäíàêîâі ñêëÿíêè íàïîâíèìî âîäîþ îäíàêîâîї ìàñè. Ïіä îäíієþ ñêëÿíêîþ çàïàëèìî îäíó òàáëåòêó ñóõîãî ïàëèâà, à ïіä äðóãîþ – äâі òàáëåòêè. Òåìïåðàòóðó âîäè â ñêëÿíêàõ âèìіðÿєìî çà äîïîìîãîþ òåðìîìåòðіâ. Ïіñëÿ ïîâíîãî çãîðÿííÿ ñóõîãî ïàëèâà òåìïåðàòóðà âîäè ó äðóãіé ñêëÿíöі âèÿâèòüñÿ âèùîþ, íіæ ó ïåðøіé. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ ïàëèâà, çàëåæèòü âіä ìàñè ïàëèâà. Ïіä ÷àñ êîíñòðóþâàííÿ і âèãîòîâëåííÿ òåïëîâèõ äâèãóíіâ çàâæäè òðåáà çíàòè, ÿêà êіëüêіñòü òåïëîòè ïîòðіáíà äëÿ ðîáîòè ïåâíîãî äâèãóíà, à îòæå, âðàõîâóâàòè âèä ïàëèâà. Äëÿ âèçíà÷åííÿ ïîòðіáíîї êіëüêîñòі ïàëèâà òðåáà çíàòè, ÿêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî éîãî çãîðÿííÿ. Ùîá ïîðіâíþâàòè, ÿêèé âèä ïàëèâà ïіä ÷àñ éîãî ïîâíîãî çãîðÿííÿ âèäіëÿє áіëüøå òåïëîòè, ââåëè ôіçè÷íó âåëè÷èíó – ïèòîìó òåïëîòó çãîðÿííÿ ïàëèâà. 58

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ 1 êã ïàëèâà, íàçèâàþòü ïèòîìîþ òåïëîòîþ çãîðÿííÿ ïàëèâà. Ïèòîìó òåïëîòó çãîðÿííÿ ïàëèâà ïîçíà÷àþòü ìàëîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ q. Îäèíèöåþ ïèòîìîї òåïëîòè çãîðÿííÿ ïàëèâà â ÑІ є îäèí äæîóëü íà êіëîãðàì (1 Äæ/êã). Íà ïðàêòèöі çäåáіëüøîãî çàñòîñîâóþòü êðàòíó âåëè÷èíó – îäèí ìåãàäæîóëü íà êіëîãðàì (1 ÌÄæ/êã). 1 ÌÄæ/êã  1000 000 Äæ/êã. Ïèòîìà òåïëîòà çãîðÿííÿ ïàëèâà – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî є åíåðãåòè÷íîþ õàðàêòåðèñòèêîþ ðіçíèõ âèäіâ ïàëèâà. Її çíà÷åííÿ äëÿ ïîøèðåíèõ âèäіâ ïàëèâà íàâåäåíî â òàáëèöі 7. Ïèòîìà òåïëîòà çãîðÿííÿ ïàëèâà

Назва палива Деревне вугілля Антрацит Кам’яне вугілля Буре вугілля Торф Тротил Дрова сухі Дрова сирі Порох

Питома теплота згоряння палива q, МДж/кг 34 30 27 17 14 15 11 8 3,8

Назва палива Бензин Гас Нафта Дизельне паливо Мазут Ефір Спирт етиловий Спирт Спирт метиловий

Питома теплота згоряння палива q, МДж/кг 46 46 44 42,7 41 34 27 25

Назва палива Водень Метан Ацетилен Природний газ Пропан Аміак Окис вуглецю

Òàáëèöÿ 7 Питома теплота згоряння палива q, МДж/кг 120 50 48,1 44 42,4 18,4 10,1

19,5

Умовне паливо 30

Óìîâíå ïàëèâî – óçàãàëüíåíà îäèíèöÿ îáëіêó îðãàíі÷íîãî ïàëèâà – íàôòè і її ïîõіäíèõ, ñëàíöіâ і êàì’ÿíîãî âóãіëëÿ, ãàçó, òîðôó, ùî âèêîðèñòîâóєòüñÿ äëÿ îá÷èñëåííÿ êîåôіöієíòà êîðèñíîї äії ðіçíèõ âèäіâ ïàëèâà. Çàóâàæèìî, ùî íàâåäåíі ó òàáëèöі 7 äàíі âіäïîâіäàþòü êіëüêîñòі òåïëîòè, ùî âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ ïàëèâà. Ùîá ïіäðàõóâàòè, ÿêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ 5 êã ãàñó, òðåáà ìіðêóâàòè òàê. Ïіä ÷àñ çãîðÿííÿ 1 êã ãàñó âèäіëÿєòüñÿ 46 ÌÄæ òåïëîòè. Êîëè çãîðèòü 5 êã ãàñó, êіëüêіñòü âèäіëåíîї òåïëîòè áóäå â 5 ðàçіâ áіëüøà, à ñàìå: 46 ÌÄæ ∙ 5  230 ÌÄæ. Ùîá âèçíà÷èòè êіëüêіñòü òåïëîòè Q, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ âíàñëіäîê ïîâíîãî çãîðÿííÿ äàíîї ìàñè ïåâíîãî âèäó ïàëèâà, òðåáà ïèòîìó òåïëîòó çãîðÿííÿ öüîãî âèäó ïàëèâà q ïîìíîæèòè íà ìàñó ïàëèâà m: Q  qm. 59

ÐÎÇÄІË 1

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ Під час неповного згоряння вуглецю, що міститься в паливі, у печах або котлах, у двигунах внутрішнього згоряння виділяється оксид вуглецю (чадний газ): 2С + О2  2СО. Ця сполука – сильна отрута! Вона не має кольору, запаху (у чистому вигляді), трохи легша за повітря, погано розчиняється у воді, має дуже низьку температуру кипіння (–191,5 С). Чадний газ краще, ніж кисень, сполучається з гемоглобіном крові. Виникає кисневе голодування, що супроводжується головним болем, непритомністю. Якщо в повітрі приміщення міститься 0,4 % чадного газу, то внаслідок сильного отруєння настає смерть. Щоб надати першу допомогу потерпілому, потрібно його винести на свіже повітря і зробити штучне дихання. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Що називають питомою теплотою згоряння палива? 2. Які види палива мають найбільшу питому теплоту згоряння? Найменшу? 3. Якими способами досягають повного згоряння палива?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. Êîæíå ïàëèâî çà ïðèñóòíîñòі ïîâіòðÿ і â êîíòàêòі ç âîãíåì çàãîðÿєòüñÿ çà ïåâíîї òåìïåðàòóðè: íàïðèêëàä, ìàçóò – çà òåìïåðàòóðè 55 Ñ; ñóõà äåðåâèíà – çà òåìïåðàòóðè 300 Ñ; êàì’ÿíå âóãіëëÿ – çà òåìïåðàòóðè 600 Ñ. ×è ìîæíà ðîçïàëèòè êîòåë, çàñèïàâøè ó íüîãî êàì’ÿíå âóãіëëÿ ïåðøèì? Âіäïîâіäü: íå ìîæíà, êàì’ÿíå âóãіëëÿ íå çàãîðèòüñÿ, òîìó ùî â êîòëі íå äîñÿãíóòî âіäïîâіäíîї òåìïåðàòóðè. 2. ßêó êіëüêіñòü âîäè ìîæíà íàãðіòè âіä 0 äî 100 Ñ, ñïàëèâøè 1 êã âîäíþ? Äàíî: t1  0 Ñ t2  100 Ñ ò  1 êã ñ  4200 Äæ/(êã ∙ Ñ) q  120 000 000 Äæ/êã òâ – ?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ çà ïîâíîãî çãîðÿííÿ ïàëèâà, âèçíà÷àєìî çà ôîðìóëîþ: Q  qm. Êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó ïîòðіáíî çàòðàòèòè äëÿ íàãðіâàííÿ âîäè, âèçíà÷àєìî çà ôîðìóëîþ: Q  cmâ(t2 – t1).

Ââàæàєìî, ùî âñÿ åíåðãіÿ, ÿêà âèäіëèëàñÿ ïіä ÷àñ ñïàëþâàííÿ âîäíþ, ïіäå íà íàãðіâàííÿ âîäè. Òîäі: qm  cmâ(t2 – t1). Çâіäñè Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: òâ  Âіäïîâіäü: 285,7 êã. 60

285,7 êã.

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Ðіâåíü À 95. Íàçâіòü óñі âèäè ïàëèâà, ÿêі âè çíàєòå. 96. ßêі âèäè ïàëèâà âèêîðèñòîâóþòü äëÿ îïàëþâàííÿ â Óêðàїíі? 97. Ùî îçíà÷àє çàïèñ: «òåïëîòà çãîðÿííÿ àíòðàöèòó 3,0 ∙ 107 Äæ/êã, ñóõèõ äðîâ 1,1 ∙ 107 Äæ/êã»? 98. ×è îäíàêîâó êіëüêіñòü äðîâ, êàì’ÿíîãî âóãіëëÿ, òîðôó òðåáà ñïàëèòè â ãðóáöі, ùîá íàãðіòè ïîâіòðÿ êіìíàòè äî îäíàêîâîї òåìïåðàòóðè? 99. ×îìó ïіä ÷àñ ñïàëþâàííÿ ñèðèõ äðîâ âèäіëÿєòüñÿ ìåíøà êіëüêіñòü òåïëîòè, íіæ âіä ñïàëþâàííÿ ñóõèõ? 100. Ó êîòëі ñïàëèëè 12 êã êàì’ÿíîãî âóãіëëÿ. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè ïðè öüîìó âèäіëèëàñü? Ðіâåíü Á 101. Ñïàëþþòü 2 êã êàì’ÿíîãî âóãіëëÿ, ÿêå ìіñòèòü 90 % ÷èñòîãî âóãëåöþ. Âèçíà÷òå ìàñó âóãëåêèñëîãî ãàçó, ÿêèé ïіä ÷àñ öüîãî âèäіëÿєòüñÿ, ÿêùî ïіä ÷àñ ñïàëþâàííÿ 12 ã ÷èñòîãî âóãëåöþ âèäіëÿєòüñÿ 44 ã âóãëåêèñëîãî ãàçó. 102. Âóãëåêèñëèé ãàç ñêëàäàєòüñÿ ç äâîõ õіìі÷íèõ åëåìåíòіâ: Êàðáîíó (27,2 %) і Îêñèãåíó (72,8 %). Âèçíà÷òå, ÿêà ìàñà êèñíþ ìіñòèòüñÿ â 50 ã âóãëåêèñëîãî ãàçó, ÿêà ìàñà âóãëåöþ ìіñòèòüñÿ â 25 ã âóãëåêèñëîãî ãàçó? ßêі ìàñè âóãëåöþ і êèñíþ òðåáà ïîєäíàòè, ùîá îòðèìàòè 200 ã âóãëåêèñëîãî ãàçó? 103. Ðîçìіðè êіìíàòè: äîâæèíà – 4 ì, øèðèíà – 2,8 ì, âèñîòà – 2,5 ì. ßêà ìàñà ñóõîї äåðåâèíè ìîæå ïîâíіñòþ çãîðіòè, âèêîðèñòàâøè âåñü êèñåíü, ùî ìіñòèòüñÿ â ïîâіòðі êіìíàòè? Ïîâíå ñïàëþâàííÿ 10 êã ñóõîї äåðåâèíè ïîòðåáóє 7 ì3 êèñíþ. Çà íîðìàëüíîãî àòìîñôåðíîãî òèñêó îá’єì êèñíþ ñòàíîâèòü 0,2 âіä îá’єìó ïîâіòðÿ â êіìíàòі. 104. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ 15 êã äåðåâíîãî âóãіëëÿ? 7 êã ñïèðòó? Ïîðіâíÿéòå öі êіëüêîñòі òåïëîòè. Çðîáіòü âèñíîâêè. 105. Íà ñêіëüêè ãðàäóñіâ ìîæíà áóëî á íàãðіòè 2 êã âîäè ïіä ÷àñ ïîâíîãî ñïàëþâàííÿ 10 ã ñïèðòó, ÿêáè âñÿ âèäіëåíà åíåðãіÿ ïіøëà íà íàãðіâàííÿ âîäè? 106. Çà ãðàôіêîì çàëåæíîñòі (ìàë. 88) êіëüêîñòі òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ ìåòàíó (1), áåíçèíó (2), àíòðàöèòó (3), áóðîãî âóãіëëÿ (4), ñóõîãî òîðôó (5), ãîðþ÷èõ ñëàíöіâ (6), ñâіæîї äåðåâèíè (7) і òâåðäîãî ðàêåòíîãî ïàëèâà (8), âіä ìàñè ïàëèâà âèçíà÷òå: à) êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ ïîâíîãî çãîðÿííÿ 2 êã ñóõîãî òîðôó; á) ïèòîìó òåïëîòó çãîðÿííÿ áåíçèíó; Мал. 88 â) ÿêå ïàëèâî ìàє íàéáіëüøó ïèòîìó òåïëîòó çãîðÿííÿ; íàéìåíøó; ã) ñêіëüêè äåðåâèíè òðåáà ñïàëèòè, ùîá âèäіëèëîñÿ 20 ÌÄæ åíåðãії; 61

ÐÎÇÄІË 1

ä) ÿêó ìàñó ãîðþ÷èõ ñëàíöіâ òðåáà ñïàëèòè, ùîá îäåðæàòè òàêó ñàìó êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿê і â ðåçóëüòàòі ïîâíîãî çãîðÿííÿ 0,5 êã áåíçèíó; å) ñêіëüêè àíòðàöèòó òðåáà ñïàëèòè, ùîá íàãðіòè öèíêîâå âіäðî ç âîäîþ âіä 0 äî 100 Ñ. Ìàñà âіäðà – 1 êã, îá’єì – 10 ë.

§ 14. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ. ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОВИХ ДВИГУНІВ

Òåïëîâі ìàøèíè áóëî ñòâîðåíî íà ïî÷àòêó XVIII ñò., ó ïåðіîä áóðõëèâîãî

ðîçâèòêó òåêñòèëüíîї òà ìåòàëóðãіéíîї ãàëóçåé ïðîìèñëîâîñòі. Ïàðîâó âîäîïіäéîìíó óñòàíîâêó ïîáóäóâàëè àíãëіéöі Òîìàñ Íüþêîìåí і Äæîí Êîóëі â 1712 ð. Їõíіé ñïіââіò÷èçíèê Äæåéìñ Âàòò ó 1784 ð. îäåðæàâ ïàòåíò íà óíіâåðñàëüíèé ïàðîâèé äâèãóí. Ñòâîðåííÿ ïàðîâèõ ìàøèí, äâèãóíіâ âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ çàïî÷àòêóâàëî ðîçâèòîê àâòîìîáіëüíîãî òðàíñïîðòó і ëіòàêîáóäóâàííÿ. Ãàçîâà òóðáіíà äàëà ïîøòîâõ ïåðåáóäîâі â àâіàöії, ëіòàêè ç ïîðøíåâèìè äâèãóíàìè áóëî çàìіíåíî ðåàêòèâíèìè òà òóðáîðåàêòèâíèìè ëàéíåðàìè, øâèäêіñòü ÿêèõ íàáëèæàëàñÿ àáî áóëà áіëüøà çà øâèäêіñòü çâóêó (330 ì/ñ  1188 êì/ãîä). Çà äîïîìîãîþ ðåàêòèâíèõ äâèãóíіâ çäіéñíåíî îäâі÷íó ìðіþ ëþäñòâà – âèõіä ó êîñìі÷íèé ïðîñòіð. Íà åëåêòðîñòàíöіÿõ ïàðîâі òóðáіíè íàäàþòü ðóõó åëåêòðè÷íèì ãåíåðàòîðàì, ÿêі âèðîáëÿþòü åëåêòðè÷íèé ñòðóì. Óñі òåïëîâі ìàøèíè, íåçàëåæíî âіä їõíüîї áóäîâè é ïðèçíà÷åííÿ, ïîäіëÿþòü íà äâà âèäè: òåïëîâі äâèãóíè òà õîëîäèëüíі óñòàíîâêè. Äîñëіä. Íàëëєìî â ïðîáіðêó òðîõè âîäè, ïîòіì ùіëüíî çàêðèєìî її êîðêîì (ìàë. 89) і íàãðієìî âîäó äî êèïіííÿ. Ïіä òèñêîì ïàðè êîðîê âèëåòèòü і çëåòèòü óãîðó. Ó öüîìó ðàçі åíåðãіÿ ïàëèâà ïåðåéøëà ó âíóòðіøíþ åíåðãіþ ïàðè, à ïàðà, ðîçøèðþþ÷èñü, âèêîíàëà ðîáîòó – ïіäíÿëà êîðîê. Âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïàðè ïåðåòâîðèëàñÿ íà êіíåòè÷íó åíåðãіþ êîðêà. ßêùî çàìіíèòè ïðîáіðêó ìіöíèì ìåòàëåâèì öèëіíäðîì, à êîðîê – ïðèïàñîâàíèì ïîðøíåì, ÿêèé ìîæå ðóõàòèñÿ â öèëіíäðі (ìàë. 90), òî îòðèìàєìî íàéïðîñòіøèé òåïëîâèé äâèãóí, ó ÿêîìó âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïàëèâà ïåðåòâîðþєòüñÿ íà ìåõàíі÷íó åíåðãіþ ïîðøíÿ.

Ïîðøåíü

Öèëіíäð

Мал. 89

Мал. 90

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Òåïëîâèìè äâèãóíàìè íàçèâàþòü ìàøèíè, ó ÿêèõ âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïàëèâà ïåðåòâîðþєòüñÿ íà ìåõàíі÷íó åíåðãіþ. Äî òåïëîâèõ äâèãóíіâ íàëåæàòü: ïàðîâà ìàøèíà, äâèãóí âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ (êàðáþðàòîðíèé, äèçåëüíèé), ïàðîâà òà ãàçîâà òóðáіíè, ðåàêòèâíèé äâèãóí. Â óñіõ öèõ äâèãóíàõ âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïàëèâà ñïî÷àòêó ïåðåõîäèòü ó âíóòðіøíþ åíåðãіþ ãàçó àáî ïàðè. Ðîçøèðþþ÷èñü, ãàç âèêîíóє ðîáîòó é ïðè öüîìó îõîëîäæóєòüñÿ – ÷àñòèíà éîãî âíóòðіøíüîї åíåðãії ïåðåòâîðþєòüñÿ íà ìåõàíі÷íó åíåðãіþ. Äâèãóí âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ. Òàêà íàçâà ïîõîäèòü âіä òîãî, ùî ïàëèâî çãîðÿє â öèëіíäðі, óñåðåäèíі ñàìîãî äâèãóíà. Ïåðøèé ïîðøíåâèé äâèãóí âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ (ÄÂÇ) ñòâîðèâ ó 1860 ð. ôðàíöóçüêèé іíæåíåð Åòüåí Ëåíóàð. Íà òîé ÷àñ, ïîðіâíÿíî ç іíøèìè òåïëîâèìè äâèãóíàìè, âіí ìàâ ìåíøі ðîçìіðè òà ìàñó. Öå äàëî çìîãó âèêîðèñòîâóâàòè éîãî íà òðàíñïîðòі (àâòîìîáіëü, òðàêòîð, òåïëîâîç), â àâіàöії, íà êîðàáëÿõ (äèçåëü-åëåêòðîõіä, êàòåð, ïіäâîäíèé ÷îâåí). Äâèãóíè âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ ïðàöþþòü íà ðіäêîìó ïàëèâі (áåíçèíі, ãàñі, íàôòі) àáî íà ãîðþ÷îìó ãàçі. Íà ìàëþíêó 91 ïîêàçàíî ðîçðіç íàéïðîñòіøîãî ÄÂÇ. Äâèãóí ñêëàäàєòüñÿ іç öèëіíäðà, ó ÿêîìó ïåðåìіùóєòüñÿ ïîðøåíü 3, ç’єäíàíèé çà äîïîìîãîþ øàòóíà 4 ç êîëіí÷àñòèì âàëîì 5. Íà âàëó çàêðіïëåíî âàæêèé ìàõîâèê 6, ÿêèé ïðèçíà÷åíèé äëÿ çìåíøåííÿ íåðіâíîìіðíîñòі îáåðòàííÿ âàëà. Ó âåðõíіé ÷àñòèíі öèëіíäðà є äâà êëàïàíè 1 і 2, ÿêі ïіä ÷àñ ðîáîòè äâèãóíà àâòîìàòè÷íî âіäêðèâàþòüñÿ і çàêðèâàþòüñÿ â ïîòðіáíі ìîìåíòè. ×åðåç êëàïàí 1 ó öèëіíäð íàäõîäèòü ñóìіø, ÿêà çàïàëþєòüñÿ çà äîïîìîãîþ ñâі÷êè 7, à ÷åðåç êëàïàí 2 âèõîäÿòü âіäïðàöüîâàíі ãàçè. 7

3 4 6

Мал. 91

ÐÎÇÄІË 1

7 1

4 Мал. 92

Êîæíèé õіä ïîðøíÿ âãîðó àáî âíèç íàçèâàþòü òàêòîì. Ðîçãëÿíåìî ïðîöåñè, ÿêі âіäáóâàþòüñÿ ïðîòÿãîì êîæíîãî òàêòó. Íåõàé ïîðøåíü ðóõàєòüñÿ âíèç іç êðàéíüîãî âåðõíüîãî ïîëîæåííÿ (ìàë. 92, à) òà âïóñêíèé êëàïàí 1 âіäêðèòèé. Ïіä ÷àñ îïóñêàííÿ ïîðøíÿ ÷åðåç öåé êëàïàí ó êàìåðó çãîðÿííÿ âñìîêòóєòüñÿ ãîðþ÷à ñóìіø – ïàðà áåíçèíó ç ïîâіòðÿì. Ó êіíöі òàêòó êëàïàí 1 çàêðèâàєòüñÿ. Òàêèé òàêò íàçèâàþòü âïóñêîì. Ïîðøåíü ïî÷èíàє ïіäíіìàòèñÿ âãîðó, ñòèñêàþ÷è ãîðþ÷ó ñóìіø (ìàë. 92, á). Öåé òàêò íàçèâàþòü ñòèñêîì. Íåçàäîâãî äî òîãî ÿê ïîðøåíü äіéäå äî âåðõíüîãî êðàéíüîãî ïîëîæåííÿ, ó ñâі÷öі 7 ïðîñêàêóє іñêðà, ãîðþ÷à ñóìіø ñïàëàõóє. Òðåòіé òàêò äâèãóíà (ìàë. 92, â) íàçèâàþòü ðîáî÷èì õîäîì. Ïіä ÷àñ çãîðÿííÿ ñóìіøі òåìïåðàòóðà ãàçіâ ó öèëіíäðі ñÿãàє 1600–1800 Ñ, à òèñê – 10 000 000 Ïà. Öі ãàçè ç âåëèêîþ ñèëîþ òèñíóòü íà ïîðøåíü, ÿêèé îïóñêàєòüñÿ âíèç і çà äîïîìîãîþ øàòóíà 4 і êðèâîøèïíîãî ìåõàíіçìó íàäàþòü ðóõó êîëіí÷àñòîìó âàëó. Ó êіíöі ðîáî÷îãî õîäó, êîëè ïîðøåíü ïðèõîäèòü ó êðàéíє íèæíє ïîëîæåííÿ, âіäêðèâàєòüñÿ âèïóñêíèé êëàïàí 2 (ìàë. 92, ã). Ïî÷èíàєòüñÿ ÷åòâåðòèé òàêò – âèïóñê. Ïîðøåíü, ïіäíіìàþ÷èñü óãîðó, âèøòîâõóє âіäïðàöüîâàíі ãàçè â àòìîñôåðó. Îòæå, ðîáîòà ÷îòèðèòàêòíîãî äâèãóíà ñêëàäàєòüñÿ іç ÷îòèðüîõ ïðîöåñіâ (òàêòіâ): âïóñêó, ñòèñêó, ðîáî÷îãî õîäó і âèïóñêó. Â àâòîìîáіëÿõ íàé÷àñòіøå âèêîðèñòîâóþòü ÷îòèðèöèëіíäðîâі äâèãóíè âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ. Ðîáîòà öèëіíäðіâ ó íüîìó óçãîäæóєòüñÿ òàê, ùî â êîæíîìó ç íèõ ïî ÷åðçі çäіéñíþєòüñÿ ðîáî÷èé õіä і êîëіí÷àñòèé âàë âåñü ÷àñ îäåðæóє åíåðãіþ âіä êîæíîãî ç ïîðøíіâ. Є òàêîæ і âîñüìèöèëіíäðîâі äâèãóíè. Âîíè êðàùå çàáåçïå÷óþòü ðіâíîìіðíіñòü îáåðòàííÿ âàëà é ìàþòü âåëèêó ïîòóæíіñòü. Ïàðîâà òóðáіíà. Öå òåïëîâèé äâèãóí, ó ÿêîìó ïàðà, íàãðіòà äî âèñîêîї òåìïåðàòóðè, ïåðåáóâàє ïіä âèñîêèì òèñêîì і îáåðòàє éîãî âàë áåç äîïîìîãè ïîðøíÿ, øàòóíà і êîëіí÷àñòîãî âàëà. ì 64

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

1 2

3 Мал. 93

Мал. 94

Íà ìàëþíêó 93 íàâåäåíî ñõåìó íàéïðîñòіøîї ïàðîâîї òóðáіíè. Íà âàë 1 íàñàäæåíî äèñê 2, ïî îáîäó ÿêîãî çàêðіïëåíî ëîïàòêè 3. Áіëÿ ëîïàòîê ðîçìіùåíî òðóáè, ÿêі íàçèâàþòü ñîïëàìè 4. Ïàðà, ÿêà óòâîðþєòüñÿ â êîòëі, íàäõîäèòü äî ñîïåë, âèðèâàєòüñÿ ñòðóìåíÿìè, ÿêі ç âåëèêîþ ñèëîþ òèñíóòü íà ëîïàòêè і íàäàþòü îáåðòàëüíîãî ðóõó äèñêó òóðáіíè. Ó ñó÷àñíèõ ïàðîâèõ òóðáіíàõ çàñòîñîâóþòü íå îäèí, à áàãàòî äèñêіâ, íàñàäæåíèõ íà ñïіëüíèé âàë (ìàë. 94). Ïàðà ïîñëіäîâíî ïðîõîäèòü ÷åðåç ëîïàòêè âñіõ äèñêіâ, âіääàþ÷è êîæíîìó ç íèõ ÷àñòèíó ñâîєї åíåðãії. Ïàðîâі òóðáіíè є íåçàìіííèìè òåïëîâèìè äâèãóíàìè íà òåïëîâèõ òà àòîìíèõ åëåêòðîñòàíöіÿõ. Ïåðøó ïàðîâó òóðáіíó ïðàêòè÷íîãî çàñòîñóâàííÿ âèãîòîâèâ ó 1889 ð. øâåäñüêèé іíæåíåð òà âèíàõіäíèê Êàðë Ëàâàëü. Ãàçîâà òóðáіíà òà ðåàêòèâíі äâèãóíè. Ïåðåâàãè ïàðîâîї òóðáіíè òà äâèãóíà âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ ïîєäíàíî â ãàçîâіé òóðáіíі, ó ÿêіé âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ãàçó ïåðåòâîðþєòüñÿ íà êіíåòè÷íó åíåðãіþ âàëà. Ó êàìåðó çãîðÿííÿ 4 (ìàë. 95) ãàçîâîї òóðáіíè çà äîïîìîãîþ êîìïðåñîðà 2 ïîäàєòüñÿ ñòèñíåíå ïîâіòðÿ, òåìïåðàòóðà ÿêîãî ïðèáëèçíî 200 Ñ, і âïîðñêóєòüñÿ ðіäêå ïàëèâî (ãàñ) ïіä âèñîêèì òèñêîì. Ïіä ÷àñ ãîðіííÿ ïàëèâà ïîâіòðÿ і ïðîäóêòè çãîðÿííÿ íàãðіâàþòüñÿ äî òåìïåðàòóðè 1500–2200 Ñ. Ãàç, ÿêèé ðóõàєòüñÿ ç âåëèêîþ øâèäêіñòþ, íàïðàâëÿєòüñÿ íà ëîïàòêè 2

4 Мал. 95

Мал. 96

ÐÎÇÄІË 1

òóðáіíè 3. Ïåðåõîäÿ÷è âіä îäíîãî äèñêà òóðáіíè äî іíøîãî, ãàç âіääàє ñâîþ âíóòðіøíþ åíåðãіþ, ïðèâîäÿ÷è òóðáіíó â ðóõ. Îòðèìóâàíà ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ âèêîðèñòîâóєòüñÿ äëÿ îáåðòàííÿ, íàïðèêëàä, ãâèíòà ëіòàêà 1 àáî åëåêòðè÷íîãî ãåíåðàòîðà. Ó ðàêåòàõ ïàëèâî çãîðÿє â êàìåðі çãîðÿííÿ (ìàë. 96). Óòâîðåíі ãàçè ç âåëèêîþ ñèëîþ òèñíóòü íà ñòіíêè êàìåðè. Ç îäíîãî áîêó êàìåðè є ñîïëî, ÷åðåç ÿêå ïðîäóêòè çãîðÿííÿ âèðèâàþòüñÿ â íàâêîëèøíє ñåðåäîâèùå. Ðàêåòà, âіäøòîâõóþ÷èñü âіä ñòðóìåíÿ ãàçó, ùî âèòіêàє, íàáóâàє ðóõó â ïðîòèëåæíîìó íàïðÿìêó. Òàêі äâèãóíè íàçèâàþòü ðåàêòèâíèìè. Ó ðåàêòèâíîìó äâèãóíі âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïàëèâà ïåðåòâîðþєòüñÿ íà êіíåòè÷íó åíåðãіþ ðóõîìîї ðàêåòè. Ó ñâîєìó æèòòі âè ïîñòіéíî ìàєòå ñïðàâó ç ðіçíîìàíіòíèìè äâèãóíàìè. Âîíè íàäàþòü ðóõó àâòîìîáіëÿì і ëіòàêàì, òðàêòîðàì, êîðàáëÿì і çàëіçíè÷íèì ëîêîìîòèâàì. Çà äîïîìîãîþ òåïëîâèõ ìàøèí íà åëåêòðîñòàíöіÿõ âèðîáëÿєòüñÿ åëåêòðè÷íèé ñòðóì. Ðîáîòà òåïëîâèõ ìàøèí ïîâ’ÿçàíà ç âèêîðèñòàííÿì ðіçíèõ âèäіâ ïàëèâà. Òîïêè òåïëîâèõ åëåêòðîñòàíöіé, äâèãóíè âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ àâòîìîáіëіâ (ìàë. 97), ëіòàêіâ òà іíøèõ ìàøèí âèêèäàþòü â àòìîñôåðó øêіäëèâі äëÿ ëþäèíè, òâàðèí і ðîñëèí ðå÷îâèíè (÷àäíèé ãàç, âóãëåêèñëèé ãàç, îêñèäè Íіòðîãåíó, Ñóëüôóðó òîùî). Öі ðå÷îâèíè ñïîëó÷àþòüñÿ ç àòìîñôåðíîþ âîëîãîþ é óòâîðþþòü êèñëîòè. Öå ñòàє ïðè÷èíîþ âèïàäàííÿ êèñëîòíèõ äîùіâ, ó ðåçóëüòàòі ÷îãî çíèùóþòüñÿ õâîéíі ëіñè, ãèíå ðèáà, çíèæóєòüñÿ âðîæàéíіñòü çåðíîâèõ òà іíøèõ êóëüòóð.

Мал. 97

Çáіëüøåííÿ êіëüêîñòі àâòîìàøèí, îñîáëèâî â ìіñòàõ, ïðèçâîäèòü äî íàäìіðíîãî çàáðóäíåííÿ àòìîñôåðè âèõëîïíèìè ãàçàìè äâèãóíіâ âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ. Ùîá çìåíøèòè öі âèêèäè, ïðîâîäÿòü ðåãóëþâàííÿ äâèãóíіâ äëÿ ïîâíîãî çãîðÿííÿ ïàëèâà òà çìåíøåííÿ âìіñòó ÷àäíîãî ãàçó, âïðîâàäæóþòü äâèãóíè, ó ÿêèõ âèêîðèñòîâóєòüñÿ ÷èñòіøå ïàëèâî. Çàñòîñóâàííÿ ïàðîâèõ òóðáіí íà åëåêòðîñòàíöіÿõ âèìàãàє áàãàòî âîäè òà âåëèêèõ ïëîù, ÿêі çàéìàþòü âîäîéìè äëÿ îõîëîäæåííÿ âіäïðàöüîâà66

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

íîї ïàðè. Äëÿ åêîíîìії ïëîùі òà âîäíèõ ðåñóðñіâ äîöіëüíî áóäóâàòè êîìïëåêñè åëåêòðîñòàíöіé, ÿêі ìàþòü çàìêíåíó ñèñòåìó âîäîïîñòà÷àííÿ. Íàéåôåêòèâíіøèé ñïîñіá áîðîòüáè іç çàáðóäíåííÿì ñåðåäîâèùà – çàìіíà äâèãóíіâ âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ åëåêòðè÷íèìè äâèãóíàìè, âèêîðèñòàííÿ åíåðãії Çåìëі, Ñîíöÿ, âіòðó.

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ  Думка про використання пари для потреб транспорту виникла ще в XVII ст. Конструктори спочатку намагалися прилаштувати парові двигуни до звичайних візків. У 1763 р. французький інженер Жорж Конйо сконструював перший паровий візок. Ця машина працювала всього 12–15 хв. Пізніше він сконструював досконаліший візок, але коли той пустили вулицями Парижа, то виявилося, що ним неможливо керувати. У 1787 році американець Олівер Еванс сконструював паровий візок, що також був непридатний до практичного використання. У кінці 80-х років XVIII ст. Вільям Мердок, учень та помічник Джеймса Ватта, створив паровий візок із двигуном конструкції свого вчителя. Він сконструював ряд цікавих моделей візків, але створити практичну транспортну машину він також не зміг. Проблема створення парового автомобіля так і не була розв’язана, це вдалося зробити тільки на базі двигуна внутрішнього згоряння.  Багато винахідників у ті часи намагалися сконструювати локомотив, який рухався б рейками. Першим до ідеї застосування парових локомотивів на спеціальних рейкових шляхах дійшов шотландський інженер та механік Річард Тревітік.

Мал. 98 У 1803 р. він сконструював паровоз для рейкового шляху, а наступного року провів його випробування. У 1814 році сконструював та випробував свій перший паровоз і Джордж Стефенсон. Його конструкція власне й розв’язала проблему створення парового залізничного транспорту (мал. 98).  Пароплав, як і паровоз, має також цікаву історію створення. Ще на початку XVIII ст. Дені Папен сконструював човен, який рухався за допомогою парового двигуна. Але через недосконалість останнього човен плив досить повільно.

ÐÎÇÄІË 1

Мал. 99 У 1736 р. англієць Джонатан Кольз безуспішно намагався застосувати на суднах більш досконалу парову машину Томаса Ньюкомена.  Удаліші спроби розпочалися, коли Джеймс Ватт винайшов двигун. Так, у 1781 р. француз Д’аббан Жоффруа сконструював пароплав, який за допомогою парового двигуна міг годину пливти проти течії. Через чотири роки американець Джон Фітч побудував човен, у якому паровий двигун надавав руху веслу. Однак випробування цього пароплава не виправдали сподівань.  Перший практично придатний для плавання пароплав сконструював ірландський інженер та механік Роберт Фултон, випробувавши його у 1803 році на р. Сені в Парижі. Дослід удався: судно протягом 1,5 год пливло Сеною, розвиваючи швидкість 5 км/год за течією. У 1807 р. Фултон сконструював колісний пароплав «Клермонт», на якому встановив парову машину Ватта подвійної дії. Довжина цього пароплава сягала 43 м, потужність двигуна – 20 кінських сил, тоннаж – 15 т (мал. 99). ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО Що таке тепловий двигун? Які види теплових двигунів ви знаєте? Який двигун називають двигуном внутрішнього згоряння? Які процеси відбуваються протягом чотирьох тактів роботи двигуна внутрішнього згоряння? 5. Яка будова парової турбіни? Як вона працює? Яке її призначення? 6. Поясніть, як працюють газова турбіна та реактивний двигун. 7. Які шкідливі речовини викидають в атмосферу теплові машини? До яких наслідків це призводить? 1. 2. 3. 4.

§ 15. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ В МЕХАНІЧНИХ І ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСАХ

Ïіä ÷àñ ïàäіííÿ òіëà, ïіäíÿòîãî íàä Çåìëåþ, éîãî ïîòåíöіàëüíà åíåðãіÿ

çìåíøóєòüñÿ, à êіíåòè÷íà – çáіëüøóєòüñÿ. Ïіä ÷àñ ïàäіííÿ ñâèíöåâîї àáî ïëàñòèëіíîâîї êóëüêè íà ñâèíöåâó ïëèòó ÷è ïіäëîãó ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ êóëüêè çìåíøóєòüñÿ äî íóëÿ, àëå çáіëüøóєòüñÿ âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ êóëüêè ê 68

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

òà ïëèòè àáî ïіäëîãè. Ó äâèãóíі âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ àâòîìîáіëÿ àáî òðàêòîðà çà ðàõóíîê âíóòðіøíüîї åíåðãії ïàëèâà çáіëüøóєòüñÿ ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ ðóõîìèõ ÷àñòèí äâèãóíà. Ìåõàíі÷íà òà âíóòðіøíÿ åíåðãії òіë ìîæóòü ïåðåòâîðþâàòèñÿ îäíà â îäíó. Êîëåñà âîäÿíîї òóðáіíè îáåðòàþòüñÿ çà ðàõóíîê êіíåòè÷íîї åíåðãії âîäè, à êðèëà âіòðÿíîãî äâèãóíà – çà ðàõóíîê êіíåòè÷íîї åíåðãії âіòðó. Ïіä ÷àñ òåïëîîáìіíó âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ îäíîãî òіëà çìіíþєòüñÿ çà ðàõóíîê çìіíè âíóòðіøíüîї åíåðãії іíøîãî òіëà (íàïðèêëàä, âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ âîäè çáіëüøóєòüñÿ çà ðàõóíîê çìåíøåííÿ âíóòðіøíüîї åíåðãії íàãðіòîãî øìàòêà çàëіçà, êèíóòîãî ó âîäó). Ðîçãëÿäàþ÷è ïðèêëàä çìіøóâàííÿ ãàðÿ÷îї òà õîëîäíîї âîäè, âèêîíàâøè âіäïîâіäíі ïіäðàõóíêè, ìè ïîáà÷èëè, ùî êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêó âіääàëà ãàðÿ÷à âîäà, äîðіâíþє êіëüêîñòі òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà õîëîäíà âîäà. Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà № 1 «Âèâ÷åííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó çà óìîâ çìіøóâàííÿ âîäè ðіçíîї òåìïåðàòóðè», ÿêó âè âèêîíàëè, ïіäòâåðäèëà á öåé âèñíîâîê, ÿêáè âè âèêîíóâàëè її â óìîâàõ, ÿêі íå äîïóñòèëè á ïåðåäà÷і òåïëà äî іíøèõ òіë, îêðіì õîëîäíîї âîäè, àáî âðàõóâàëè á óñі êіëüêîñòі òåïëîòè, ÿêі áóëî ïåðåäàíî âñіì òіëàì. Ïіä ÷àñ òåïëîîáìіíó â ñèñòåìі êîíòàêòóþ÷èõ òіë êіëüêіñòü òåïëîòè çáåðіãàєòüñÿ. Ñïîñòåðåæåííÿ é äîñëіäè ïðèâåëè äî âіäêðèòòÿ çàêîíó çáåðåæåííÿ òà çìіíè åíåðãії. Åíåðãіÿ íå çíèêàє і íå ñòâîðþєòüñÿ ç íі÷îãî. Âîíà òіëüêè ïåðåòâîðþєòüñÿ ç îäíîãî âèäó íà іíøèé, ïðè öüîìó ïîâíå çíà÷åííÿ її â ñèñòåìі òіë, ùî âçàєìîäіþòü ëèøå ìіæ ñîáîþ, çáåðіãàєòüñÿ. Äîäàòêîâà åíåðãіÿ ìîæå âèíèêíóòè â òіëі òіëüêè âíàñëіäîê éîãî âçàєìîäії ç іíøèì òіëîì. Åíåðãіÿ ðóõîìîї âîäè îêåàíñüêèõ òå÷іé àáî âіòðó âèíèêàє çà ðàõóíîê åíåðãії Ñîíöÿ; ïîòåíöіàëüíà òà êіíåòè÷íà åíåðãії ðàêåòè – çà ðàõóíîê âíóòðіøíüîї åíåðãії ïàëèâà, âèòðà÷åíîãî íà її çàïóñê і ïîëіò; ïîâіòðÿ â êіìíàòі íàãðіâàєòüñÿ, òîáòî éîãî âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ çáіëüøóєòüñÿ çà ðàõóíîê åíåðãії, ÿêó âîíî îòðèìàëî âіä ðàäіàòîðà îïàëåííÿ àáî ïå÷і. Çàêîí çáåðåæåííÿ òà çìіíè åíåðãії – îäèí ç îñíîâíèõ çàêîíіâ ïðèðîäè. Öåé çàêîí çàâæäè ñëіä óðàõîâóâàòè â íàóöі é òåõíіöі, çà éîãî äîïîìîãîþ ìîæíà ïîÿñíèòè áàãàòî ÿâèù ïðèðîäè. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. У чому полягає закон збереження енергії в механічних і теплових процесах? 2. Наведіть приклади перетворення енергії одного виду на інший. 3. За рахунок чого рухається автомобіль по дорозі, ракета – у космічному просторі, човен – на воді?

ÐÎÇÄІË 1

§ 16. КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ (ККД) ТЕПЛОВОГО ДВИГУНА

Äëÿ îöіíêè áóäü-ÿêîãî òåïëîâîãî äâèãóíà äóæå âàæëèâî çíàòè, ÿêó

÷àñòèíó åíåðãії, ùî âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ çãîðÿííÿ ïàëèâà, âіí ïåðåòâîðþє â êîðèñíó ðîáîòó. Ùî áіëüøà öÿ ÷àñòèíà åíåðãії, òî áіëüø åêîíîìі÷íèì є òåïëîâèé äâèãóí. Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè åêîíîìі÷íîñòі ðіçíèõ òåïëîâèõ äâèãóíіâ ââîäÿòü ïîíÿòòÿ êîåôіöієíòà êîðèñíîї äії (ÊÊÄ) òåïëîâîãî äâèãóíà. Âіäíîøåííÿ òієї ÷àñòèíè åíåðãії, ÿêà âèòðà÷àєòüñÿ íà âèêîíàííÿ êîðèñíîї ðîáîòè äâèãóíîì, äî âñієї åíåðãії, ùî âèäіëÿєòüñÿ âíàñëіäîê çãîðÿííÿ ïàëèâà, íàçèâàþòü êîåôіöієíòîì êîðèñíîї äії (ÊÊÄ) òåïëîâîãî äâèãóíà. ÊÊÄ ïîçíà÷àþòü ìàëîþ ãðåöüêîþ ëіòåðîþ  (åòà) і çàçâè÷àé âèðàæàþòü ó âіäñîòêàõ (%). , äå  – êîåôіöієíò êîðèñíîї äії òåïëîâîãî äâèãóíà; Àê – âèêîíàíà êîðèñíà ðîáîòà; Q – ïîâíà òåïëîâà åíåðãіÿ, ùî âèäіëèëàñÿ âíàñëіäîê çãîðÿííÿ ïàëèâà. ÊÊÄ òåïëîâîãî äâèãóíà çàâæäè ìåíøèé âіä îäèíèöі, òîáòî ìåíøèé âіä 100 %.

Îñíîâíі õàðàêòåðèñòèêè òåïëîâèõ äâèãóíіâ Ïîðøíåâà ïàðîâà ìàøèíà: ðîáî÷èì òіëîì є ïàðà, òåìïåðàòóðà íàãðіâíèêà ñòàíîâèòü 207 Ñ, òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà – 27 Ñ, ÊÊÄ – 7–15 %. Ïàðîâà òóðáіíà: ðîáî÷èì òіëîì є ïàðà, òåìïåðàòóðà íàãðіâíèêà ñòàíîâèòü 577 Ñ, òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà – 107 Ñ, ÊÊÄ – 20–25 %. Äèçåëü: ðîáî÷èì òіëîì є ïðîäóêòè çãîðÿííÿ ïàëèâà, òåìïåðàòóðà íàãðіâíèêà ñòàíîâèòü 1827 Ñ, òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà – 107 Ñ, ÊÊÄ – 30–39 %. Êàðáþðàòîðíèé äâèãóí: ðîáî÷èì òіëîì є ïðîäóêòè çãîðÿííÿ ïàëèâà, òåìïåðàòóðà íàãðіâíèêà ñòàíîâèòü 1827 Ñ, òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà – 107 Ñ, ÊÊÄ – 18–24 %. ßê ìîæíà çáіëüøèòè ÊÊÄ òåïëîâèõ äâèãóíіâ? Äî íàéïîïóëÿðíіøèõ òåïëîâèõ äâèãóíіâ íàëåæàòü ãàçîâà òóðáіíà і äâèãóí âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ (ÄÂÇ). Ùîá ïіäâèùèòè ÊÊÄ òóðáіíè, ïîòðіáíî çáіëüøèòè òåìïåðàòóðó íàãðіâà÷à і çìåíøèòè òåìïåðàòóðó õîëîäèëüíèêà. Äëÿ öüîãî ïîòðіáíî çíàéòè òàêèé êóò íàõèëó ëîïàòîê òóðáіíè, ïðè ÿêîìó íàéáіëüøà ÷àñòèíà åíåðãії ãàçó áóäå ïåðåäàâàòèñÿ їì, ïåðåòâîðþþ÷èñü ó ìåõàíі÷íó. Òîäі òåìïåðàòóðà ãàçó â õîëîäèëüíèêó çíèçèòüñÿ. Íà ïðàêòèöі çðîáèòè öå äîñèòü ñêëàäíî, öієþ ïðîáëåìîþ ñüîãîäíі çàéìàþòüñÿ êðàùі òåõíі÷íі іíñòèòóòè. Òîìó ïîòðіáíî ðîáèòè ãðóáå íàëàøòóâàííÿ, çíàõîäÿ÷è êóò, ïðè ÿêîìó òóðáіíà â ïîòîöі ãàçó ìàòèìå íàéáіëüøó ÷àñòîòó îáåðòàííÿ. á 70

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Çáіëüøèòè ÊÊÄ ÄÂÇ òàêîæ ìîæíà, âèêîðèñòîâóþ÷è ÿêіñíå ïàëèâî, íàïðèêëàä, áåíçèí ç âèñîêèì îêòàíîâèì ÷èñëîì. Ïіä ÷àñ éîãî çãîðÿííÿ âèäіëÿєòüñÿ áіëüøà êіëüêіñòü òåïëîòè, і öå ïðèâîäèòü äî òîãî, ùî ÊÊÄ äâèãóíà ïіäâèùóєòüñÿ. Äëÿ çìåíøåííÿ âòðàò íà òåðòÿ òà іíåðòíіñòü ïîðøíåâîї ãðóïè òðåáà âñòàíîâèòè êîâàíі ïîðøíі, ÿêі ëåãøі é ìåíøі çà ðîçìіðàìè. Âîíè âèòðèìóþòü âèùі òåìïåðàòóðè, ùî äàє çìîãó ôîðñóâàòè äâèãóí, äîïðàöþâàâøè ôîðñóíêè äëÿ âïðèñêóâàííÿ ïàëèâà. Ôîðñóâàííÿ äâèãóíà ïðèçâåäå äî çáіëüøåííÿ âèòðàòè ïàëèâà ç îäíî÷àñíèì çáіëüøåííÿì ïîòóæíîñòі, òîìó ÊÊÄ ó öüîìó âèïàäêó íå çáіëüøèòüñÿ. Äëÿ ïіäâèùåííÿ ÊÊÄ ÄÂÇ ïîòðіáíî ñâîє÷àñíî çìіíþâàòè â íüîìó ìàñòèëî, çìåíøóþ÷è òåðòÿ ìіæ äåòàëÿìè äâèãóíà. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Що таке коефіцієнт корисної дії теплового двигуна? 2. Як визначають коефіцієнт корисної дії теплового двигуна?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. ×îìó ðàäіàòîð є ñèñòåìîþ áàãàòüîõ òîíêèõ òðóáîê, à íå ñóöіëüíèì ðåçåðâóàðîì (ìàë. 100)? Âіäïîâіäü: ùîá çàáåçïå÷èòè äîñòàòíє òåïëîâіäâåäåííÿ âіä äâèãóíà àâòîìîáіëÿ çà ðàõóíîê çáіëüøåííÿ ïëîùі òåïëîîáìіíó. 2. Ó ÿêîìó òåïëîâîìó äâèãóíі ñòðóìіíü ïàðè ÷è ãàçó, íàãðіòèé äî âèñîêîї òåìïåðàòóðè, îáåðòàє âàë äâèãóíà áåç äîïîìîãè ïîðøíÿ, øàòóíà і êîëіí÷àñòîãî âàëà? Âіäïîâіäü: ó ïàðîâіé òóðáіíі.

Мал. 100

Ðіâåíü A 107. ßê ïðàöþþòü і ÷èì âіäðіçíÿþòüñÿ îäèí âіä îäíîãî ðіçíі òåïëîâі äâèãóíè â ñó÷àñíіé ïðîìèñëîâîñòі? 108. ×îìó òðóáêè ðàäіàòîðà àâòîìîáіëüíîãî àáî òðàêòîðíîãî äâèãóíà âèãîòîâëÿþòü ç ëàòóíі àáî àëþìіíіþ? 109. ×îìó ïіä ÷àñ ðîáîòè äâèãóíіâ âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ òåìïåðàòóðà âîäè â ðàäіàòîðàõ ïіäâèùóєòüñÿ? 110. Ç ÿêîþ ìåòîþ òðóáêè ðàäіàòîðà îáäóâàþòü øâèäêèì ïîòîêîì ïîâіòðÿ çà äîïîìîãîþ âåíòèëÿòîðà, ïðè÷îìó âåíòèëÿòîð çàñìîêòóє ïîâіòðÿ âñåðåäèíó êàïîòà äâèãóíà, à íå âèäóâàє éîãî ç-ïіä êàïîòà ÷åðåç ðàäіàòîð? 111. ×îìó â ñèñòåìó îõîëîäæåííÿ äâèãóíà âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ òðåáà çàëèâàòè ÷èñòó âîäó? 112. ×îìó ñàìå âîäà âèêîðèñòîâóєòüñÿ äëÿ îõîëîäæåííÿ àâòîìîáіëüíèõ äâèãóíіâ? 71

ÐÎÇÄІË 1

113. ×îìó â ìîòîöèêëåòíèõ òà àâіàöіéíèõ äâèãóíàõ îõîëîäæåííÿ ïîâіòðÿíå? ßê çàáåçïå÷óєòüñÿ íàëåæíå îõîëîäæåííÿ öèõ äâèãóíіâ? 114. ßêі îñîáëèâîñòі äâèãóíіâ âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ ñïðèÿþòü øèðîêîìó çàñòîñóâàííþ їõ íà òðàíñïîðòі, ó ïðîìèñëîâîìó і ñіëüñüêîìó ãîñïîäàðñòâі? 115. ßê íàçèâàþòü òåïëîâèé äâèãóí, ó öèëіíäðі ÿêîãî ïåðіîäè÷íî çãîðÿє ïàëüíà ñóìіø? 116. Ñêіëüêè ðîáî÷èõ õîäіâ âіäáóâàєòüñÿ â ÷îòèðèöèëіíäðîâîìó äâèãóíі çà îäèí îáåðò êîëіí÷àñòîãî âàëà? 117. ßêèé âèä ìåõàíі÷íîї åíåðãії âîäÿíîї ïàðè âèêîðèñòîâóєòüñÿ â ïàðîâèõ òóðáіíàõ? 118. ×îìó ïàðîâі òóðáіíè ðîçâèâàþòü âåëèêó øâèäêіñòü îáåðòàííÿ âàëà? 119. Àâòîìîáіëü (ìàë. 101), íà ÿêîìó âñòàíîâëåíî ïîòóæíèé äâèãóí, ðîçâèâàє ïіä ÷àñ çìàãàíü øâèäêіñòü 250 êì/ãîä. ßêó âіäñòàíü ïîäîëàє àâòîìîáіëü çà 5 ñ, ðóõàþ÷èñü ðіâíîìіðíî? 120. Òðîëåéáóñ çàãàëüìóâàâ і çóïèíèâñÿ. ßêі çìіíè åíåðãії âіäáóëèñÿ ïðè öüîìó? 121. ×àñòèìè óäàðàìè ìîëîòêà ìîæíà ðîçіãðіòè øìàòîê ìåòàëó. Íà ùî çàòðà÷àєòüñÿ ïðè öüîìó ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ? 122. Íàçâіòü, ÿêà åíåðãіÿ çìåíøóєòüñÿ, à ÿêà – âіäïîâіäíî – çáіëüøóєòüñÿ ïіä ÷àñ: à) ðîáîòè òåïëîâîãî äâèãóíà; á) íàãðіâàííÿ âîäè â êîòëі; â) їçäè íà Мал. 101 âåëîñèïåäі; ã) ðóõó àâòîìîáіëÿ ç âèìêíåíèì äâèãóíîì. Ðіâåíü Á 123. Ïіä ÷àñ ñèëüíîãî ïåðåãðіâàííÿ äâèãóíà âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ ìîæëèâå òàê çâàíå çàêëèíþâàííÿ ïîðøíіâ – çáіëüøåííÿ ðîçìіðіâ, ïðè ÿêèõ íåìîæëèâèé їõíіé ðóõ. Ùî є ïðè÷èíîþ òàêîãî çàêëèíþâàííÿ? 124. ×îìó ïîòóæíіñòü äâèãóíà çà íàÿâíîñòі ãëóøíèêà çìåíøóєòüñÿ? 125. ×îìó â ïàðîâіé òóðáіíі òåìïåðàòóðà âіäïðàöüîâàíîї ïàðè íèæ÷à, íіæ òåìïåðàòóðà ïàðè, ùî íàäõîäèòü íà ëîïàòі òóðáіíè? 126. Ó ÿêîìó òåïëîâîìó äâèãóíі åíåðãіÿ ïàëèâà áåçïîñåðåäíüî ïåðåòâîðþєòüñÿ íà ìåõàíі÷íó åíåðãіþ ðóõîìîãî àïàðàòà? 127. Ïіä ÷àñ ñïàëþâàííÿ ïàëèâà â êàìåðі çãîðÿííÿ ðåàêòèâíîãî äâèãóíà óòâîðþþòüñÿ ãàçè, ÿêі ïіä âèñîêèì òèñêîì і ç âåëèêîþ øâèäêіñòþ âèòіêàþòü ÷åðåç îòâіð (ñîïëî) ó çàäíіé ñòіíöі êàìåðè. ßêі òіëà âçàєìîäіþòü ïðè öüîìó? ßêà ïðè÷èíà ðóõó ðàêåòè? ×è âіäáóâàâñÿ á ðóõ ðåàêòèâíîãî äâèãóíà, ÿêùî á êàìåðà çãîðÿííÿ íå ìàëà îòâîðó? 128. Êîñìі÷íі ðàêåòè çíà÷íó ÷àñòèíó ñâîãî øëÿõó ðóõàþòüñÿ çà ìåæàìè çåìíîї àòìîñôåðè. Ïîÿñíіòü, ÷îìó ðóõ ðàêåò ìîæëèâèé ó áåçïîâіòðÿíîìó ïðîñòîðі (ìàë. 102). 72

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

Мал. 102

129. Ñêіëüêîõ ëþäåé ïîçáàâëÿє êèñíþ àâòîìîáіëü, ùî ïðîòÿãîì 4 ãîä ðóõàєòüñÿ çі øâèäêіñòþ 80 êì/ãîä? Äîáîâó íîðìó êèñíþ äëÿ îäíієї ëþäèíè âіí ñïîæèâàє íà äіëÿíöі øëÿõó 2,5 êì. 130. Ñó÷àñíèé ðåàêòèâíèé ëàéíåð çà 1 ãîä ïîëüîòó ñïàëþє 8 ò êèñíþ. Íà ñêіëüêè áіäíіøèì íà êèñåíü ñòàíå ïîâіòðÿ, ÿêùî òàêèé ëіòàê ïðîëåòèòü âіäñòàíü 2550 êì çі øâèäêіñòþ 850 êì/ãîä? 131. Îñі ìàøèí і ìåõàíіçìіâ ïіä ÷àñ ðîáîòè íàãðіâàþòüñÿ. ßêà ïðè÷èíà öüîãî íàãðіâàííÿ і ÿêі ñïîñîáè óñóíåííÿ її? ßêі çìіíè åíåðãії âіäáóâàþòüñÿ ïðè öüîìó? 132. Іñíóє òàêèé ñïîñіá çâàðþâàííÿ äåÿêèõ äåòàëåé: íà òîêàðíîìó âåðñòàòі îäíó äåòàëü çàêðіïëþþòü ó çàäíіé áàáöі âåðñòàòà, à äðóãó, ïðèòèñêóþ÷è äî ïåðøîї, øâèäêî îáåðòàþòü ðàçîì ç éîãî øïèíäåëåì. Êîëè ìіñöå äîòèêó äåòàëåé íàãðіâàєòüñÿ äî ïëàâëåííÿ, äåòàëі ñòèñêóþòü і çâàðþþòü. Ïîÿñíіòü, ÿêі çìіíè åíåðãії âіäáóâàþòüñÿ ïðè öüîìó. 133. Çàòî÷óþ÷è íà òî÷èëі çóáèëî, äîâîäèòüñÿ êіëüêà ðàçіâ çàíóðþâàòè éîãî ó âîäó. Äëÿ ÷îãî öå ðîáëÿòü? ßêі çìіíè åíåðãії âіäáóâàþòüñÿ ïðè öüîìó?

ІСТОРИЧНА ДОВІДКА Перший тепловий двигун – еоліпіл – сконструював давньогрецький учений Герон Александрійський, який жив у І ст. (мал. 103). Цей прилад був металевою кулею з двома зігнутими трубками. У кулю наливали воду і розпалювали під нею вогонь. Коли утворена пара виходила з трубок, то куля починала обертатися. До середини XVIII ст. вся фізична робота виконувалася лише силою м’язів людини або свійських тварин, а також природними силами вітру та води, що падає. Одним із найперших парових насосів, які призначалися для відкачування води із шахт, був насос (мал. 104), який сконструював у кінці XVII ст. англієць Томас Севері.

ÐÎÇÄІË 1

E e

A a b F

Мал. 103

Мал. 104

Принцип роботи такого насоса: із котла В пара через трубку D і кран С надходить у резервуар S і витискає з нього воду через клапан a і трубку А. Після цього резервуар S відключали від котла і охолоджували водою. Пара конденсувалася в резервуарі, у результаті чого по трубці F вода всмоктувалася і через клапан b надходила в резервуар S, звідки вона знову витискувалася парою по трубці А. Паровий насос Севері поширився на початку XVIII ст., удосконалені його варіанти застосовувалися на шахтах аж до середини XIX ст. Досконалішу парову машину (так звану атмосферну машину) сконструював у 1705 р. англійський коваль Томас Ньюкомен. Машина Ньюкомена (мал. 105) вже мала основні деталі парової машини – циліндр і поршень. Вона працювала так: у циліндр із поршнем через трубку із краном надходила пара з парового котла і своїм тиском піднімала поршень у верхнє положення. Потім кран перекривався, відділяючи тим самим циліндр і паровий котел. У циліндр через другий кран, який у той момент відкривався, вприскувалася холодна вода. Пара

Мал. 105

Мал. 106

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

конденсувалася, і під дією атмосферного тиску поршень опускався вниз. Потім процес повторювався. Таким чином, плече коромисла, з’єднане з поршнем, то піднімалося, то опускалося. Водночас друге плече коромисла надавало руху насосу, який відкачував воду. Машини Севері й Ньюкомена мали два істотних недоліки: 1) машина виконувала роботу лише під час руху поршня в одному напрямку; 2) потрібно було весь час закривати та відкривати крани, тобто машина працювала не автоматично. У 1765 р. англійський винахідник Джеймс Ваттт (1736–1819) сконструював парову машину (мал. 106), яка мала один циліндр із поршнем. Пара впускалася позмінно то з одного боку поршня, то з другого, що досягалося застосуванням спеціального механізму. Цікавий випадок пов’язаний із машиною Ватта. Одного разу власник невеличкої шахти домовився з винахідником, що той поставить свою парову машину для відкачування води із шахти. Досі таку роботу на шахті виконували коні. – Ваша машина повинна за годину викачувати води не менше, ніж мій кінь, – сказав власник. – Добре, – погодився Ватт – якщо так, то потужність вашого коня приймемо за одиницю. У день випробувань кінь упав від утоми. Відтоді у техніці існує така одиниця потужності – кінська сила. Ватт виміряв цю одиницю потужності, встановивши, що за 1 хв звичайний кінь піднімає вантаж масою 60 кг на висоту 67,5 м. Ім’я Ватта увічнено в назві одиниці потужності – один ват.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ Êîíòðîëüíі çàïèòàííÿ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Як можна змінити внутрішню енергію тіла? Чому теплопровідність пухкого снігу менша, ніж злеглого? У який час доби вітер дме в море, а в який – на сушу? Чому скафандри космонавтів та астронавтів мають сріблясто-білий колір? Потрібно нагріти 1 кг води і 1 кг олії на 1 С. На що потрібно затратити більше енергії? У якому стані перебуває срібло за температури 900 С? Чи можна отримати золоту пару? Чому в набоях використовують порох, а не інші горючі речовини? Яке паливо є найенергетичнішим? Який двигун є ефективнішим: дизельний чи карбюраторний? Які зміни енергії відбуваються в реактивному двигуні? Якими способами можна збільшити ККД двигуна?

Ùî ÿ çíàþ і âìіþ ðîáèòè Я знаю, як можна змінити внутрішню енергію тіла. 1. Назвіть спосіб зміни внутрішньої енергії тіла в таких випадках: а) внутрішня енергія тіла збільшується, якщо виконується робота над тілом; б) процес, за якого відбуваються зміни внутрішньої енергії, а робота не виконується; в) внутрішня енергія тіла зменшується, коли тіло виконує роботу. 2. 1 кг води і 1 кг заліза нагріли на 1 С. На скільки змінилася їхня внутрішня енергія і як цю зміну пояснити з точки зору молекулярної будови речовини?

ÐÎÇÄІË 1

Я вмію визначати, яку кількість теплоти потрібно затратити для того, щоб нагріти, розплавити і випарувати тіло, або яка виділяється під час повного згоряння палива. 3. Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання чавунної деталі від 20 до 320 С, якщо її маса дорівнює 2 кг? 4. Чи можна розплавити 12 кг олова, затративши 120 000 кДж енергії? 5. Яку енергію потрібно затратити, щоб випарувати за температури кипіння 3 кг води, температура якої 20 С? 6. Чи вистачить 100 г бензину, щоб довести до кипіння 0,5 кг води, температура якої 20 С? ККД теплового нагрівача дорівнює 25 %. Я вмію будувати графіки. 7. В алюмінієвому чайнику нагрівають воду. Побудуйте схематичні графіки залежності кількості теплоти від часу нагрівання: а) чайника; б) води. Я знаю, які є види теплових двигунів. 8. Чим відрізняється двигун внутрішнього згоряння від реактивного? Я вмію виконувати досліди. 9. Налийте у велику каструлю води і доведіть її до кипіння. Помістіть у неї меншу каструлю з холодною водою. Чи закипить вода в меншій каструлі? Обґрунтуйте результат. 10. У воду, температура якої 0 С, укиньте лід, температура якого така сама, як і води. Чи зміниться температура води? Чому? Я знаю, як відбуваються зміни енергії. 11. Поясніть, чому колесо турбінки (мал. 107) обертається. 12. Які зміни енергії відбуваються в газовій турбіні?

Мал. 107

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ Âàðіàíò 1 1. Який рух називають тепловим? А упорядкований рух частинок, з яких складаються тіла Б безладний рух частинок, з яких складаються тіла В прямолінійний рух тіла Г нерівномірний рух тіл 2. Залізничні рейки або інші металеві балки виготовляють способом прокату. Для цього розігрітий до білого розжарення сталевий виливок пропускають між котками-вальцями, на поверхні яких є канавки відповідно до форми рейки, і він, деформуючись, набирає потрібної форми. Сталевий виливок пропускають крізь вальця по кілька разів, не нагріваючи його додатково. За рахунок чого підтримується потрібна температура сталі під час прокату? A за рахунок виконуваної механічної роботи Б за рахунок внутрішньої енергії B за рахунок теплопровідності Г правильної відповіді немає 3. Чому глибокий пухкий сніг захищає озимину від вимерзання? А тому, що він має високу теплопровідність Б тому, що він має низьку теплопровідність B у пухкому снігу є багато повітря, яке погано проводить тепло Г правильної відповіді немає 4. Чи змінюється температура тіла, якщо воно поглинає більше тепла, ніж випромінює? А тіло нагрівається Б тіло охолоджується В температура тіла не змінюється Г правильної відповіді немає 5. Кількістю теплоти називають внутрішню енергію, яку... А тіло отримує від іншого під час теплообміну Б має тіло В тіло отримує або втрачає під час теплообміну Г отримує тіло під час виконання над ним роботи 6. Свинець плавиться за температури 327 С. Що можна сказати про температуру кристалізації (тверднення) свинцю? А Б B Г

вона також дорівнює 327 С вона нижча від температури плавлення вона вища від температури плавлення правильної відповіді немає

7. Випаровування відбувається... А тільки за температури кипіння Б за будь-якої температури В за певної температури для кожної рідини Г за високих температур

ÐÎÇÄІË 1

8. Унаслідок повного згоряння сухих дров виділилось 50 000 кДж енергії. Скільки дров згоріло? А 50 кг Б 0,5 кг В 5 кг Г 500 кг 9. Горюча суміш, яка надходить у циліндр двигуна автомобіля, складається з... А різних видів рідкого палива Б суміші гасу з повітрям В повітря і парів бензину Г масла і бензину 10. Кулька, піднята на деяку висоту, падає в пісок і застряє в ньому. Зміни якого виду енергії при цьому відбуваються? A потенціальної і кінетичної Б потенціальної і внутрішньої B кінетичної і внутрішньої Г потенціальної, кінетичної і внутрішньої 11. Під час удару молотом об ковадло виконано роботу 15 Дж. Яку кількість внутрішньої енергії отримало ковадло? А менше ніж 15 Дж Б 15 Дж В більше ніж 15 Дж Г правильної відповіді немає 12. Маємо бензиновий двигун внутрішнього згоряння і дизельний. Який з двох двигунів має більший ККД? А двигун внутрішнього згоряння Б дизельний В однаковий в обох Г правильної відповіді немає

Âàðіàíò 2 1. Чи змінюється внутрішня енергія води в морі з настанням ночі? A збільшується Б зменшується B не змінюється Г правильної відповіді немає 2. Під час деформації тіла змінилось тільки взаємне розташування молекул. Чи змінилася при цьому температура тіла і його внутрішня енергія? A температура тіла збільшилася, а внутрішня енергія не змінилася Б температура і внутрішня енергія тіла не змінилися B температура тіла не змінилася, а внутрішня енергія збільшилася Г правильної відповіді немає 3. Сидячи біля багаття, ми зігріваємося, відчуваємо, як передається тепло від багаття до нашого тіла. Який це вид теплообміну? A теплопровідність Б конвекція B випромінювання Г теплопровідність і випромінювання

ÒÅÏËÎÂІ ßÂÈÙÀ

4. Чи можна передбачити, який напрямок матиме вітер біля моря в спекотний літній день? A не можна Б із моря на сушу B із суші на море Г правильної відповіді немає 5. Кількість теплоти, яка витрачається на нагрівання тіла, залежить від... А маси, об’єму і роду речовини Б значення зміни температури, густини і роду речовини В роду речовини, його маси і значення зміни температури Г маси тіла, його густини і значення зміни температури 6. На поверхні Місяця в місячну ніч температура опускається до –170 С. Чи придатні для вимірювання температури на Місяці ртутний і спиртовий термометри? A не придатний жоден з них Б придатний тільки спиртовий B придатний тільки ртутний Г правильної відповіді немає 7. Чи випаровується вода у відкритій посудині за температури 0 С? A випаровується, випаровування відбувається за будь-якої температури Б не випаровується, тому що за температури 0 С вода замерзає B не випаровується, тому що утворення пари відбувається під час кипіння Г правильної відповіді немає 8. Спалили 0,2 кг водню. Яку кількість води можна нагріти від 0 до 100 С? А 65 кг Б 70 кг В 40 кг Г 57 кг 9. Двигун внутрішнього згоряння працює на... А нафті Б кам’яному вугіллі В бензині Г гасі 10. Які зміни енергії відбуваються під час падіння метеорита? A потенціальної і кінетичної Б потенціальної і внутрішньої B кінетичної і внутрішньої Г потенціальної, кінетичної і внутрішньої 11. Під час гальмування поїзда було виконано роботу 150 000 кДж. Яка кількість теплоти виділилася в гальмах? A менша від 150 000 кДж Б більша за 150 000 кДж B 150 000 кДж Г правильної відповіді немає 12. На практиці використовують установки, у яких застосовують водень і природний газ. Яка з установок має більший ККД? A та, що працює на водні Б та, що працює на природному газі B однаковий в обох Г правильної відповіді немає

ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

 Електризація р ц тіл  Електричний р заряд р д  Два Д роди р д електричних р зарядів р д  Дискретність електричного заряду  Закон збереження електричного заряду  Електричне поле  Взаємодія заряджених тіл  Закон Кулона  Електричний струм  Джерела електричного струму  Електричне коло і його складові частини  Електричний струм у металах  Дії електричного струму  Напрямок електричного струму  Сила струму  Амперметр  Електрична напруга  Вольтметр  Електричний опір провідників  Одиниці опору  Закон Ома для однорідної ділянки електричного кола  Залежність опору провідника від його довжини, площі перерізу та матеріалу  Реостати  Послідовне з’єднання провідників  Паралельне з’єднання провідників  Робота електричного струму  Потужність електричного струму  Закон Джоуля–Ленца  Споживачі електричного струму  Електронагрівальні прилади  Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів  Електричний струм у газах  Самостійний і несамостійний розряди  Безпека людини під час роботи з електричними приладами і пристроями

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

§ 17. ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ ТІЛ. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД

Ò åðìіí «åëåêòðèêà» âàì âіäîìèé і çâè÷íèé. Âіí äóæå äàâíіé, óâіéøîâ äî íàóêè çíà÷íî ðàíіøå, íіæ áóëî âèíàéäåíî åëåêòðîëàìïè, åëåêòðîäâèãóíè,

õîëîäèëüíèêè, òåëåâіçîðè, ðàäіîïðèéìà÷і – âñå òå, áåç ÷îãî íèíі âàæêî óÿâèòè íàøå æèòòÿ. Ùå çà 600 ðîêіâ äî í. å. ñòàðîäàâíі ãðåêè ïîìіòèëè, ùî êîëè áóðøòèí (ñêàì’ÿíіëà âèêîïíà ñìîëà õâîéíèõ äåðåâ, ÿêі ðîñëè íà Çåìëі ñîòíі òèñÿ÷ ðîêіâ òîìó) ïîòåðòè îá âîâíó, òî âіí íàáóâàє âëàñòèâîñòі ïðèòÿãóâàòè äî ñåáå ïóõ, ëèñòÿ, ñîëîìèíêè. Áóðøòèí ãðåöüêîþ – åëåêòðîí. Êîëè áóðøòèí ïðèòÿãóє äî ñåáå іíøі òіëà, òî ãîâîðÿòü, ùî âіí íàåëåêòðèçîâàíèé, àáî éîìó íàäàíî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Âіä ñëîâà «åëåêòðîí» і ïîõîäèòü ñëîâî åëåêòðèêà. Äîñëіä 1. Âіçüìåìî åáîíіòîâó ïàëè÷êó (åáîíіò – òâåðäèé ìàòåðіàë ç êàó÷óêó і çíà÷íîї äîìіøêè ñіðêè), ïîêëàäåìî її íà êëàïòèêè ïàïåðó. Áà÷èìî, ùî åáîíіòîâà ïàëè÷êà íå ïðèòÿãóє ïàïåðîâі êëàïòèêè (ìàë. 108, à). Ïîòðåìî òåïåð ïàëè÷êó îá êëàïòèê âîâíÿíîї òêàíèíè (ìàë. 108, á) і íàáëèçèìî її äî ïàïіðöіâ. Ïàïіðöі ïðèòÿãóþòüñÿ äî ïàëè÷êè і íàëèïàþòü íà íåї (ìàë. 108, â).

б Мал. 108

Êðіì òîãî, ïàëè÷êà, àðêóø ïàïåðó òà îäÿã íàáóâàþòü çäàòíîñòі ïðèòÿãóâàòè äî ñåáå êëàïòèêè ïàïåðó, ïóõ, òîíêі ñòðóìåíі âîäè (ìàë. 109). Âè çìîæåòå ïåðåêîíàòèñÿ â öüîìó, êîëè ïîòðåòå ïëàñòìàñîâèé ãðåáіíåöü àáî ðó÷êó îá àðêóø ïàïåðó àáî âîâíó і ïіäíåñåòå éîãî ïîòіì äî òîíêîї ñòðóìèíêè âîäè. Â óñіõ íàâåäåíèõ ïðèêëàäàõ ìè áà÷èìî, ùî òіëà íàáóâàþòü íîâîї âëàñòèâîñòі – äіÿòè íà іíøі òіëà ñèëîþ, ÿêà íàáàãàòî áіëüøà çà ñèëó âñåñâіòíüîãî òÿæіííÿ. Öþ ñèëó íàçèâàþòü åëåêòðè÷íîþ. Ïðî òіëà, ÿêі äіþòü îäíå íà îäíå åëåêòðè÷íîþ ñèëîþ ãîâîðÿòü, ùî âîíè çàðÿäæåíі àáî âîíè ìàþòü åëåêòðè÷íèé çàðÿä. Åëåêòðèçóâàòèñÿ ìîæóòü òіëà, âèãîòîâëåíі ç ðіçíèõ ðå÷îâèí. Íàïðèêëàä, äóæå ëåãêî íàåëåêòðèçóâàòè òåðòÿì îá âîâíó ïàëè÷êè ç ãóìè, ñіðêè, ïëàñòìàñè, êàïðîíó. Åëåêòðèçóþòüñÿ òіëà é âіä äîòèêó îäíå ç îäíèì ç íàñòóïíèì їõ ðîç’єäíàííÿì. Ìîæíà åëåêòðèçóâàòè òіëà òàêîæ, íàáëèæàþ÷è äî íèõ áåç òîðêàííÿ áóäü-ÿêå íàåëåêòðèçîâàíå òіëî. Öå ÿâèùå íàçèâàþòü åëåêòðèçàöієþ âïëèâîì, àáî іíäóêöієþ. Мал. 109 81

ÐÎÇÄІË 2

Óíàñëіäîê äîòèêó ñêëÿíîї ïàëè÷êè äî øìàòêà ãóìè åëåêòðèçóþòüñÿ і ñêëî, і ãóìà. Ãóìà, ÿê і ñêëî, ïðèòÿãóє äî ñåáå ëåãêі òіëà. Â åëåêòðèçàöії çàâæäè áåðóòü ó÷àñòü äâà òіëà. Ïðè öüîìó åëåêòðèçóþòüñÿ îáèäâà òіëà. Àëå çà ïðèòÿãàííÿì òіë íå ìîæíà âіäðіçíèòè åëåêòðè÷íèé çàðÿä íà ñêëÿíіé ïàëè÷öі, ïîòåðòіé îá øîâê, âіä çàðÿäó íà åáîíіòîâіé ïàëè÷öі, ïîòåðòіé îá âîâíó, òîìó ùî îáèäâі íàåëåêòðèçîâàíі ïàëè÷êè ïðèòÿãóþòü êëàïòèêè ïàïåðó. ×è îçíà÷àє öå, ùî çàðÿäè íà òіëàõ, âèãîòîâëåíèõ ç ðіçíèõ ðå÷îâèí, íі÷èì íå âіäðіçíÿþòüñÿ îäíå âіä îäíîãî? Äîñëіä 2. Íàåëåêòðèçóєìî åáîíіòîâó ïàëè÷êó, ïіäâіøåíó íà íèòöі, øìàòêîì âîâíè. Íàáëèçèìî äî íåї òàêó ñàìó ïàëè÷êó, íàåëåêòðèçîâàíó âíàñëіäîê òåðòÿ îá òó ñàìó âîâíó. Ïàëè÷êè âіäøòîâõóâàòèìóòüñÿ îäíà âіä îäíîї (ìàë. 110). Îñêіëüêè ïàëè÷êè îäíàêîâі òà íàåëåêòðèçîâàíі îäíèì òіëîì, òî ìîæíà äіéòè âèñíîâêó, ùî çàðÿäè íà íèõ òàêîæ îäíàêîâі, àáî ïàëè÷êè çàðÿäæåíі îäíàêîâèìè çàðÿäàìè. Äîñëіä 3. Ïіäíåñåìî äî íàåëåêòðèçîâàíîї åáîМал. 110 íіòîâîї ïàëè÷êè ñêëÿíó ïàëè÷êó, ïîòåðòó îá øîâê. Ñêëÿíà òà åáîíіòîâà ïàëè÷êè ïðèòÿãóâàòèìóòüñÿ îäíà äî îäíîї (ìàë. 111). Ìîæíà çðîáèòè âèñíîâîê, ùî çàðÿä íà ñêëі, ïîòåðòîìó îá øîâê, іíøîãî ðîäó, íіæ íà åáîíіòі, ïîòåðòîìó îá âîâíó. ×èñëåííі äîñëіäè ñâіä÷àòü, ùî ó ïðèðîäі іñíóþòü åëåêòðè÷íі çàðÿäè òіëüêè äâîõ ðîäіâ. Çàðÿä íà ñêëі, ïîòåðòîìó îá øîâê, íàçâàëè ïîçèòèâíèì, à çàðÿä íà åáîíіòі, ïîòåðòîìó îá âîâíó, – íåãàòèâíèì, ïîçíà÷àþòü їõ âіäïîâіäíî Мал. 111 «+» і «–». Îòæå, ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії ñêëà îá øîâê ñêëî íàáóâàє ïîçèòèâíîãî çàðÿäó «+», à øîâê – íåãàòèâíîãî «–»; ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії åáîíіòó îá âîâíó åáîíіò íàáóâàє íåãàòèâíîãî çàðÿäó «–», à âîâíà – ïîçèòèâíîãî «+» (ìàë. 112, 113).

Мал. 112

Мал. 113

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Як можна наелектризувати тіло? 2. Скільки тіл беруть участь в електризації і що з ними відбувається? 3. Які електричні заряди існують у природі? 4. Який електричний заряд матиме скляна паличка, потерта об шовкову тканину? 5. Який електричний заряд матиме ебонітова паличка, потерта об вовну? 6. Який найпростіший дослід доводить, що дане тіло наелектризоване? 7. Чому про деякі частинки говорять, що вони мають заряд? 8. Чому тіла заряджаються негативно або позитивно?

§ 18. ДВА РОДИ ЕЛЕКТРИЧНИХ ЗАРЯДІВ. ДИСКРЕТНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО ЗАРЯДУ Ó ïðèðîäі іñíóþòü äâà ðîäè åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ: ïîçèòèâíі òà íåãàòèâíі. Ç ïîïåðåäíіõ äîñëіäіâ âè ïîáà÷èëè, ùî íàåëåêòðèçîâàíі òіëà âçàєìîäіþòü ìіæ ñîáîþ. Ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії åáîíіòîâîї àáî ñêëÿíîї ïàëè÷êè âèíèêàþòü ïîðіâíÿíî íåâåëèêі çàðÿäè, òîìó ñèëè, ç ÿêèìè âîíè âçàєìîäіþòü, íåçíà÷íі. Ñèëüíіøó âçàєìîäіþ ìîæíà ñïîñòåðіãàòè, çàðÿäèâøè áóäüÿêі òіëà âіä åëåêòðîôîðíîї ìàøèíè, ÿêà äàє çìîãó áåçïåðåðâíî ðîçäіëÿòè і íàêîïè÷óâàòè ïîçèòèâíі òà íåãàòèâíі çàðÿäè. Ç’єäíàíі äðîòîì-ïðîâіäíèêîì ç êóëüêàìè ìàøèíè, «ñóëòàíè» (âóçüêі ïàïåðîâі ñìóæêè íà øòàòèâàõ äëÿ äåìîíñòðàöії âçàєìîäії çàðÿäæåíèõ òіë) ñèëüíіøå âçàєìîäіþòü, ÿêùî çáіëüøóєòüñÿ êіëüêіñòü åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ íà íèõ (ìàë. 114). Іç öèõ і ïîïåðåäíіõ äîñëіäіâ äîáðå âèäíî, ùî îäíîéìåííі çàðÿäè âіäøòîâõóþòüñÿ, à ðіçíîéìåííі – ïðèòÿãóþòüñÿ. Òіëà, ÿêі ìàþòü åëåêòðè÷íі çàðÿäè îäíàêîâîãî çíàêà (ìàë. 115, à, á), âçàєìíî âіäøòîâõóþòüñÿ, à òіëà, ùî ìàþòü çàðÿäè ïðîòèëåæíèõ çíàêіâ, âçàєìíî ïðèòÿãóþòüñÿ (ìàë. 115, â). ßâèùå âçàєìíîãî ïðèòÿãàííÿ àáî âіäøòîâõóâàííÿ íàåëåêòðèçîâàíèõ òіë âèêîðèñòîâóþòü äëÿ âèÿâëåííÿ, ÷è ïåðåäàíî ïåâíîìó òіëó åëåêòðè÷íèé çàðÿä. Äіÿ ïðèñòðîþ, çà äîïîìîãîþ ÿêîãî âèÿâëÿþòü, ÷è íàåëåêòðè-

в Мал. 114

Мал. 115

ÐÎÇÄІË 2

çîâàíå òіëî, ґðóíòóєòüñÿ íà âçàєìîäії çàðÿäæåíèõ òіë. Òàêèé ïðèñòðіé íàçèâàþòü åëåêòðîñêîïîì (ç ãðåö. åëåêòðîí – áóðøòèí, åëåêòðèêà і skopeo – ñïîñòåðіãàþ, âèÿâëÿþ). Ïðèëàä, ó êîíñòðóêöіþ ÿêîãî äîäàíî ñòðіëêó і øêàëó äëÿ îöіíþâàííÿ çíà÷åííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, íàçèâàþòü åëåêòðîìåòðîì (ìàë. 116). Êðіçü ïëàñòìàñîâó âñòàâêó â ìåòàëåâіé îïðàâі êîðïóñà åëåêòðîìåòðà ïðîïóùåíî ìåòàëåâèé ñòåðæåíü, äî ÿêîãî ïðèêðіïëåíî ëåãêó ñòðіëêó (àáî äâі ïàïåðîâі ñìóæêè). Ñòðіëêà, çàðÿäæàþ÷èñü âіä íàåëåêòðèçîâàíîãî åáîíіòîâîþ (ñêëÿíîþ) ïàëè÷êîþ ñòåðæíÿ, âіäøòîâõóєòüñÿ âіä íüîãî é âіäõèëÿєòüñÿ íà ïåâíèé êóò. Ùî áіëüøèé çàðÿä åëåêòðîìåòðà, òî ç áіëüøîþ ñèëîþ ñòðіëêà âіäøòîâõóєòüñÿ âіä ñòåðæíÿ і íà áіëüøèé êóò âîíà âіäõèëÿєòüñÿ. Îòæå, çà çìіíîþ êóòà âіäõèëåííÿ ñòðіëêè åëåêòðîìåòðà ìîæíà âèçíà÷àòè, çáіëüøóєòüñÿ ÷è çìåíøóєòüñÿ éîãî çàðÿä. Àíàëîãі÷íі âèñíîâêè ìîæíà çðîáèòè çà êóòîì ðîçõîäæåííÿ ïàïåðîâèõ ñìóæîê ó íàéïðîñòіøîìó åëåêòðîñêîïі, ÿêèé ìîæíà ñàìîñòіéíî âèãîòîâèòè çі ñêëÿíîї áàíî÷êè, öâÿõà і ïðîáêè. ßêùî äîòîðêíóòèñÿ ðóêîþ äî çàðÿäæåíîãî ñòåðæíÿ åëåêòðîìåòðà, òî âіí ðîçðÿäèòüñÿ (åëåêòðîìåòð çàðÿäó íå ìàòèìå). Åëåêòðè÷íі çàðÿäè ïåðåéäóòü íà òіëî òà ÷åðåç íüîãî ìîæóòü ïіòè â Çåìëþ (ìàë. 117). Áóäü-ÿêå çàðÿäæåíå òіëî ðîçðÿäèòüñÿ, ÿêùî éîãî ç’єäíàòè іç Çåìëåþ çàëіçíîþ, ìіäíîþ àáî àëþìіíієâîþ äðîòèíîþ. ßêùî çàðÿäæåíå òіëî ç’єäíàòè іç Çåìëåþ ñêëÿíîþ, åáîíіòîâîþ àáî ïëàñòìàñîâîþ ïàëè÷êîþ, òî åëåêòðè÷íі çàðÿäè íå ïåðåõîäèòèìóòü іç òіëà â Çåìëþ, òіëî íå ðîçðÿäèòüñÿ. Çà çäàòíіñòþ ïðîâîäèòè åëåêòðè÷íі çàðÿäè ðå÷îâèíè ïîäіëÿþòü íà ïðîâіäíèêè òà íåïðîâіäíèêè åëåêòðèêè. Äîñëіä 1. Çàðÿäèìî åëåêòðîìåòð, ç’єäíàєìî éîãî çà äîïîìîãîþ åáîíіòîâîї, ñêëÿíîї, ïîðöåëÿíîâîї àáî ïëàñòìàñîâîї ïàëè÷êè ç іíøèì òàêèì ñàìèì åëåêòðîìåòðîì, àëå íåçàðÿäæåíèì. Ó ðåçóëüòàòі äîñëіäó ïîáà÷èìî, ùî äðóãèé åëåêòðîìåòð íå çàðÿäèòüñÿ (ìàë. 118). Ïîðöåëÿíà (ôàðôîð), åáîíіò, ñêëî, áóðøòèí, ãóìà, øîâê, êàïðîí, ïëàñòìàñà, ãàñ, ïîâіòðÿ – íåïðîâіäíèêè åëåêòðèêè.

Мал. 116

Мал. 117

Мал. 118

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Òіëà, âèãîòîâëåíі ç ðå÷îâèí, ùî ïîãàíî àáî çîâñіì íå ïðîâîäÿòü åëåêòðè÷íèé ñòðóì, íàçèâàþòü іçîëÿòîðàìè (äіåëåêòðèêàìè), ç ôðàíö. isolateur – âіäîêðåìèòè). Äîñëіä 2. Çàðÿäèìî åëåêòðîìåòð, ç’єäíàєìî éîãî çà äîïîìîãîþ áóäü-ÿêîãî ìåòàëåâîãî ïðîâіäíèêà ç òàêèì ñàìèì, àëå íåçàðÿäæåíèì åëåêòðîìåòðîì. ×åðåç ïðîâіäíèê çàðÿäè ïåðåéäóòü íà íåçàðÿäæåíèé åëåêòðîìåòð. Îáèäâà åëåêòðîìåòðè ñòàíóòü îäíàêîâî çàðÿäæåíèìè (ìàë. 119). Óñі ìåòàëè, ґðóíò, ðîç÷èíè ñîëåé і êèñëîò ó âîäі – ãàðíі ïðîâіäíèêè åëåêòðèêè. Òіëî ëþäèíè òàêîæ є ïðîâіäíèêîì. Мал. 119 Äîñëіä 3. Ðîç’єäíàєìî çàðÿäæåíі â ïîïåðåäíüîìó äîñëіäі åëåêòðîìåòðè і äîòèêîì ðîçðÿäèìî îäèí іç íèõ. Çíîâó ç’єäíàєìî éîãî ç ïåðøèì åëåêòðîìåòðîì, íà ÿêîìó çàëèøèëàñÿ ïîëîâèíà ïî÷àòêîâîãî çàðÿäó. Çàðÿä, ùî çàëèøèâñÿ íà íüîìó, çíîâó ïîäіëèòüñÿ íà äâі ðіâíі ÷àñòèíè, і íà ïåðøîìó åëåêòðîìåòðі çàëèøèòüñÿ ÷åòâåðòà ÷àñòèíà ïî÷àòêîâîãî çàðÿäó. Ó òàêèé ñàìèé ñïîñіá ìîæíà îòðèìàòè îäíó âîñüìó ÷àñòèíó, îäíó øіñòíàäöÿòó ÷àñòèíó ïî÷àòêîâîãî çàðÿäó і ò. ä. Âèíèêàþòü çàïèòàííÿ: äîêè ìîæíà çìåíøóâàòè çàðÿä? ×è іñíóє ìåæà ïîäіëó åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó? Ùîá äîâåñòè, ùî іñíóє ìåæà ïîäіëó åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó òà âñòàíîâèòè її, âèäàòíèé ôіçèê À. Ô. Éîôôå (1880– 1960) âèêîíàâ äîñëіäè, ó ÿêèõ åëåêòðèçóâàëèñÿ äðіáíі ïîðîøèíêè öèíêó, âèäèìі òіëüêè â ìіêðîñêîï. Çàðÿä ïîðîøèíîê êіëüêà ðàçіâ çìіíþâàëè і ùîðàçó éîãî âèìіðþâàëè. Äîñëіäè ïîêàçàëè, ùî âñі çìіíè çàðÿäó ïîðîøèíîê áóëè â öіëå ÷èñëî (òîáòî 2, 3, 4, 5 і ò. ä.) ðàçіâ áіëüøі âіä ïåâíîãî íàéìåíøîãî çàðÿäó, òîáòî äèñêðåòíі (ç ëàò. discretus – ðîçäіëüíèé, ïåðåðâíèé). Îñêіëüêè åëåêòðè÷íèé çàðÿä âëàñòèâèé ðå÷îâèíі, òîìó â÷åíèé çðîáèâ âèñíîâîê, ùî ó ïðèðîäі є òàêà ÷àñòèíêà ðå÷îâèíè, ÿêà ìàє íàéìåíøèé çàðÿä, ùî äàëі âæå íå äіëèòüñÿ. Ó 1897 ð. çðîáëåíî âіäêðèòòÿ, ÿêå äàëî çìîãó ïîÿñíèòè áіëüøіñòü åëåêòðè÷íèõ ÿâèù – àíãëіéñüêèé ó÷åíèé Äæ. Äæ. Òîìñîí âіäêðèâ ÷àñòèíêó, ùî є íîñієì íàéìåíøîãî (åëåìåíòàðíîãî) íåãàòèâíîãî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Öþ ÷àñòèíêó íàçâàëè åëåêòðîíîì. ×èñëîâå çíà÷åííÿ çàðÿäó åëåêòðîíà âïåðøå âèçíà÷èâ àìåðèêàíñüêèé ó÷åíèé Ð. Ìіëëіêåí. Ñâîї äîñëіäè, ïîäіáíі äî äîñëіäіâ Éîôôå, âіí ïðîâîäèâ ç äðіáíèìè êðàïåëüêàìè îëії. Åëåêòðè÷íèé çàðÿä – îäíà ç îñíîâíèõ õàðàêòåðèñòèê åëåêòðîíà. Öåé çàðÿä íå ìîæíà «çàáðàòè» ç åëåêòðîíà. Áіëüøå òîãî, çàðÿä åëåêòðîíà íå ìîæíà íі çáіëüøèòè, íі çìåíøèòè. Âіí çàâæäè ìàє îäíå é òå ñàìå çíà÷åííÿ. Ìàñà åëåêòðîíà äîðіâíþє 9,1 ∙ 10–31 êã, âîíà â 3700 ðàçіâ ìåíøà âіä ìàñè ìîëåêóëè Ãіäðîãåíó. Ìàñà êðèëüöÿ ìóõè ïðèáëèçíî â 5 ∙ 1022 ðàçіâ áіëüøà, íіæ ìàñà åëåêòðîíà. Åëåêòðè÷íèé çàðÿä – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî âèçíà÷àє åëåêòðè÷íó âçàєìîäіþ (ïðèòÿãàííÿ, âіäøòîâõóâàííÿ) çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê. 85

ÐÎÇÄІË 2

Ïîçíà÷àþòü åëåêòðè÷íèé çàðÿä ìàëîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ q. Ó Ìіæíàðîäíіé ñèñòåìі îäèíèöü (ÑІ) îäèíèöåþ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó є îäèí êóëîí (1 Êë). Öþ îäèíèöþ íàçâàíî íà ÷åñòü ôðàíöóçüêîãî ôіçèêà Øàðëÿ Êóëîíà (1736–1806), ÿêèé âіäêðèâ çàêîí âçàєìîäії åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ. Îäèí êóëîí – öå äóæå âåëèêèé çàðÿä. Ó äîñëіäàõ ç åëåêòðèçàöії òіë, ïðî ÿêі éøëîñÿ âèùå, ìè ìàëè ñïðàâó іç çàðÿäàìè â ìіëüéîíè і ìіëüÿðäè ðàçіâ ìåíøèìè, íіæ îäèí êóëîí. Àáñîëþòíå çíà÷åííÿ (ìîäóëü) íàéìåíøîãî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó ïîçíà÷àþòü ëіòåðîþ å і íàçèâàþòü åëåìåíòàðíèì çàðÿäîì: å  0,00000000000000000016 Êë  1,6 ∙ 10–19 Êë. Çà âèçíà÷åííÿì çàðÿä åëåêòðîíà qe  –å  –1,6 ∙ 10–19 Êë. Íàéìåíøèé ïîçèòèâíèé åëåêòðè÷íèé çàðÿä ïîçíà÷àþòü ëіòåðîþ qp і íàçèâàþòü ïðîòîíîì. Çàðÿä ïðîòîíà qp  1,6 ∙ 10–19 Êë. Öåé çàðÿä ó ìіëüÿðäè ðàçіâ ìåíøèé âіä çàðÿäó, ùî îòðèìóþòü ó äîñëіäàõ ç åëåêòðèçàöії òіë òåðòÿì. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Як взаємодіють між собою різнойменні заряди? Однойменні? 2. Яка будова електроскопа або електрометра? Для чого його використовують? 3. Як за допомогою зарядженого електроскопа (електрометра) встановити, які з предметів, виготовлених з різних речовин, є провідниками, а які – ізоляторами? 4. Чи можна електричний заряд ділити нескінченно? 5. Хто й коли відкрив електрон? Який електричний заряд має електрон? Яка його маса? 6. Як називають одиницю заряду в СІ? 7. Чому заряд електрона можна назвати мінімальним елементарним зарядом?

§ 19. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ЗАРЯДУ

іäîìî, ÿêùî â ðåçóëüòàòі âçàєìîäії òіë âіäáóâàєòüñÿ çìіíà çíà÷åíü ìàñ öèõ òіë àáî їõ ÷àñòèí, òî çàãàëüíà ìàñà òіë òà їõ ÷àñòèí íå çìіíþєòüñÿ. Íàïðèêëàä, ïіñëÿ ðîçáèâàííÿ áðèëè ëüîäó ñóìà ìàñ її óëàìêіâ äîðіâíþє ïî÷àòêîâіé ìàñі áðèëè. Ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії òіë òà âçàєìîäії ìіæ íèìè òàêîæ âіäáóâàєòüñÿ ïåðåðîçïîäіë åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ ìіæ òіëàìè. ×è çìіíþєòüñÿ ïðè öüîìó çàãàëüíèé çàðÿä òіë, ùî âçàєìîäіþòü, ÷è ìîæóòü âèíèêàòè àáî çíèêàòè åëåêòðè÷íі çàðÿäè òіëüêè îäíîãî çíàêà? Äîñëіä 1. Çàêðіïèìî íà ñòåðæíі åëåêòðîìåòðà ìåòàëåâèé äèñê, ïîêëàäåìî íà íüîãî êëàïòèê ñóêíà і íàêðèєìî éîãî òàêèì ñàìèì äèñêîì, àëå ç ðó÷êîþ ç äіåëåêòðèêà. Âèêîíàєìî äèñêîì êіëüêà ðóõіâ ïî êëàïòèêó ñóêíà і çàáåðåìî äèñê. Ïîáà÷èìî, ùî ñòðіëêà åëåêòðîìåòðà âіäõèëèòüñÿ íà ïåâа íèé êóò, ùî ñâіä÷èòü ïðî ïîÿâó åëåêòðè÷б íîãî çàðÿäó íà ñóêíі é äèñêó (ìàë. 120, à). Мал. 120 86

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Äèñêîì, ÿêèì òåðëè îá ñóêíî, äîòîðêíåìîñÿ äî ñòåðæíÿ äðóãîãî òàêîãî ñàìîãî åëåêòðîìåòðà. Éîãî ñòðіëêà âіäõèëèòüñÿ íà òàêèé ñàìèé êóò, ÿê і â ïåðøîìó åëåêòðîìåòðі (ìàë. 120, á). Öå îçíà÷àє, ùî ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії îáèäâà äèñêè îòðèìàëè ðіâíі çà ìîäóëåì çàðÿäè. Ùî ìîæíà ñêàçàòè ïðî çíàêè öèõ çàðÿäіâ? Ùîá âіäïîâіñòè íà öå çàïèòàííÿ, ç’єäíàєìî ñòåðæíі îáîõ åëåêòðîìåòðіâ ìåòàëåâèì ïðîâіäíèêîì. Ïîáà÷èìî, ùî ñòðіëêè îáîõ ïðèëàäіâ ïîâåðíóòüñÿ â íóëüîâå ïîëîæåííÿ, òîáòî çàðÿäè åëåêòðîìåòðіâ íåéòðàëіçóþòüñÿ. Öå îçíà÷àє, ùî çàðÿäè, íàáóòі äèñêàìè ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії, áóëè ðіâíèìè çà ìîäóëåì, àëå ïðîòèëåæíèìè çà çíàêîì, òîìó їõíÿ ñóìà äîðіâíþє íóëþ. Öåé òà іíøі äîñëіäè ïîêàçóþòü, ùî ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії çàãàëüíèé (ñóìàðíèé) çàðÿä òіë çáåðіãàєòüñÿ: ÿêùî âіí äîðіâíþâàâ íóëþ äî åëåêòðèçàöії, òî òàêèì ñàìèì âіí çàëèøàєòüñÿ і ïіñëÿ åëåêòðèçàöії. ×îìó òàê âіäáóâàєòüñÿ? ßêùî ñêëÿíó ïàëè÷êó òåðòè îá øîâê, òî âîíà, ÿê âè âæå çíàєòå, çàðÿäæàєòüñÿ ïîçèòèâíî, à øîâê – íåãàòèâíî. Âіäáóâàєòüñÿ öå âíàñëіäîê òîãî, ùî ïåâíà êіëüêіñòü åëåêòðîíіâ ïіä ÷àñ êîíòàêòó ïåðåéøëà çі ñêëÿíîї ïàëè÷êè íà øîâê, ñòâîðþþ÷è òèì ñàìèì íåñòà÷ó åëåêòðîíіâ íà ïàëè÷öі, òîáòî ïîçèòèâíèé çàðÿä, і òàêèé ñàìèé çà ìîäóëåì íåãàòèâíèé çàðÿä íà øîâêó ç íàäëèøêîì òèõ ñàìèõ åëåêòðîíіâ. Ïðè öüîìó ïîâíèé åëåêòðè÷íèé çàðÿä íà øîâêó і ñêëÿíіé ïàëè÷öі çàëèøàєòüñÿ ðіâíèì íóëþ, òîáòî çáåðіãàєòüñÿ. Ïîâíèé åëåêòðè÷íèé çàðÿä çáåðіãàєòüñÿ і â òîìó âèïàäêó, ÿêùî ïî÷àòêîâі çàðÿäè òіë íå äîðіâíþâàëè íóëþ. Îòæå, ïіä ÷àñ åëåêòðèçàöії òіë ñïðàâäæóєòüñÿ ôóíäàìåíòàëüíèé çàêîí ïðèðîäè, ÿêèé íàçèâàþòü çàêîíîì çáåðåæåííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Öåé çàêîí ñïðàâåäëèâèé ëèøå äëÿ åëåêòðè÷íî іçîëüîâàíèõ, àáî çàìêíóòèõ, ñèñòåì, ÿêі íå îáìіíþþòüñÿ åëåêòðè÷íèìè çàðÿäàìè ç òіëàìè ÷è ÷àñòèíêàìè, ùî íå âõîäÿòü äî öèõ ñèñòåì. Ó çàìêíóòіé ñèñòåìі çàðÿäæåíèõ òіë àëãåáðàї÷íà ñóìà çàðÿäіâ çàëèøàєòüñÿ ñòàëîþ. ßêùî îêðåìі çàðÿäè ïîçíà÷èòè ÷åðåç q1, q2, q3, ..., qn, òî q1 + q2 + q3 + ... + qn  const. Іç öüîãî çàêîíó òàêîæ âèïëèâàє, ùî ïіä ÷àñ âçàєìîäії çàðÿäæåíèõ òіë íå ìîæå âèíèêíóòè ÷è çíèêíóòè çàðÿä òіëüêè îäíîãî çíàêà. Âèíèêíåííÿ ïîçèòèâíîãî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó çàâæäè ñóïðîâîäæóєòüñÿ ïîÿâîþ òàêîãî ñàìîãî çà ìîäóëåì íåãàòèâíîãî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Çàêîí çáåðåæåííÿ çàðÿäó âіäêðèâ ó 1750 ð. àìåðèêàíñüêèé ó÷åíèé і âèäàòíèé ïîëіòè÷íèé äіÿ÷ Áåíäæàìіí Ôðàíêëіí. Âіí òàêîæ óïåðøå ââіâ ïîíÿòòÿ ïðî ïîçèòèâíі é íåãàòèâíі åëåêòðè÷íі çàðÿäè, ïîçíà÷èâøè їõ çíàêàìè « + » і «–». ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Чому на скляній паличці і на шовку під час дотику утворюються заряди, рівні за модулем і протилежні за знаком? 2. Чому дорівнює сумарний заряд під час електризації тіл? 3. Сформулюйте закон збереження електричного заряду. 4. Наведіть приклади явищ, у яких спостерігається збереження заряду. 5. Є три однакові металеві ізольовані кулі, одна з яких електрично заряджена. Як зробити, щоб дві інші набули таких самих зарядів, але різних за знаком? м?

ÐÎÇÄІË 2

§ 20. ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ. ВЗАЄМОДІЯ ЗАРЯДЖЕНИХ ТІЛ

Ñïîñòåðåæåííÿ òà ïðîâåäåíі äîñëіäè ïіäòâåðäæóþòü, ùî íàåëåêòðèçîâà-

íі òіëà âçàєìîäіþòü îäíå ç îäíèì íà âіäñòàíі – ïðèòÿãóþòüñÿ àáî âіäøòîâõóþòüñÿ. ßê æå ïåðåäàєòüñÿ äіÿ íàåëåêòðèçîâàíîãî òіëà íà іíøå òіëî? Äîñëіä 1. Ïіäâіñèìî íà íèòöі çàðÿäæåíó ãіëüçó і ïіäíåñåìî äî íåї íàåëåêòðèçîâàíó ñêëÿíó ïàëè÷êó. Íàâіòü çà âіäñóòíîñòі áåçïîñåðåäíüîãî êîíòàêòó ãіëüçà íà íèòöі âіäõèëÿєòüñÿ âіä âåðòèêàëüíîãî ïîëîæåííÿ (ìàë. 121). Çàðÿäæåíі òіëà, ÿê áà÷èìî, çäàòíі âçàєìîäіÿòè îäíå ç îäíèì íà âіäñòàíі. Àëå ÿê ïðè öüîìó ïåðåäàєòüñÿ äіÿ îäíîãî іç öèõ òіë іíøîìó? Ìîæëèâî, ïðè÷èíà â ïîâіòðі, ùî ìіñòèòüñÿ ìіæ íèìè? Ç’ÿñóєìî öå íà äîñëіäі. Äîñëіä 2. Ïîìіñòèìî çàðÿäæåíèé åëåêòðîñêîï (áåç ñêëà) ïіä êîâïàê ç ïîâіòðÿíèì íàñîñîì, ïіñëÿ ÷îãî âіäêà÷àєìî ïîâіòðÿ ç êîâïàêà (ìàë. 122). Ìè ïîáà÷èìî, ùî â áåçïîâіòðÿíîìó ïðîñòîðі ëèñòî÷êè åëåêòðîñêîïà áóäóòü òàê ñàìî âіäøòîâõóâàòèñÿ îäèí âіä îäíîãî. Îòæå, íà ïåðåäà÷ó åëåêòðè÷íîї âçàєìîäії ïîâіòðÿ íå âïëèâàє. ßê æå çäіéñíþєòüñÿ âçàєìîäіÿ çàðÿäæåíèõ òіë? Âèâ÷àþ÷è âçàєìîäіþ íàåëåêòðèçîâàíèõ òіë, ó÷åíі Ìàéêë Ôàðàäåé (1791–1867) і Äæåéìñ-Êëàðê Ìàêñâåëë (1831–1879) óñòàíîâèëè, ùî ó ïðîñòîðі íàâêîëî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó іñíóє åëåêòðè÷íå ïîëå. Çà äîïîìîãîþ öüîãî ïîëÿ і çäіéñíþєòüñÿ åëåêòðè÷íà âçàєìîäіÿ. Åëåêòðè÷íå ïîëå – öå îñîáëèâèé âèä ìàòåðії, ÿêèé âіäðіçíÿєòüñÿ âіä ðå÷îâèíè é іñíóє íàâêîëî áóäü-ÿêèõ çàðÿäæåíèõ òіë. Îðãàíè ÷óòòÿ ëþäèíè íå ìîæóòü ñïðèéìàòè åëåêòðè÷íå ïîëå, âèÿâèòè éîãî ìîæíà ëèøå çà äієþ íà åëåêòðè÷íі çàðÿäè. Ñïîñòåðåæåííÿ і äîñëіäè äàþòü çìîãó âñòàíîâèòè îñíîâíі âëàñòèâîñòі åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ. Åëåêòðè÷íå ïîëå çàðÿäæåíîãî òіëà äіє ç ïåâíîþ ñèëîþ íà áóäü-ÿêå іíøå çàðÿäæåíå òіëî, ùî ïåðåáóâàє â öüîìó ïîëі. Öå ïіäòâåðäæóþòü óñі äîñëіäè, ó ÿêèõ äåìîíñòðóєòüñÿ âçàєìîäіÿ çàðÿäæåíèõ òіë.

Мал. 121

Мал. 122

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Åëåêòðè÷íå ïîëå, ñòâîðþâàíå çàðÿäæåíèì òіëîì, ñèëüíіøå äіє íà çàðÿäæåíі òіëà, ðîçìіùåíі ïîáëèçó íüîãî, ñëàáøå – íà òіëà, ùî ðîçìіùóþòüñÿ íà áіëüøіé âіäñòàíі. Ïåðåêîíàєìîñÿ â öüîìó, âèêîíàâøè òàêèé äîñëіä. Äîñëіä 3. Ïіäâіñèìî íà íèòöі íåãàòèâíî çàðÿäæåíó ãіëüçó. Ðîçìіñòèìî íåïîäàëіê âіä íåї ïàëè÷êó іç çàðÿäîì ïîçèòèâíîãî çíàêà (ìàë. 123). Íàáëèæàòèìåìî ïіäñòàâêó ç ãіëüçîþ äî çàðÿäæåíîї ïàëè÷êè. Äîñëіä ïîêàçóє, ùî áëèæ÷å ãіëüçà äî ïàëè÷êè, òî ç áіëüøîþ ñèëîþ äіє íà íåї åëåêòðè÷íå ïîëå çàðÿäæåíîї ïàëè÷êè. Ñèëó, ç ÿêîþ åëåêòðè÷íå ïîëå äіє íà çàðÿäæåíі òіëà, ùî ïåðåáóâàþòü ó öüîìó ïîëі, íàçèâàþòü åëåêòðè÷íîþ ñèëîþ. Ñëіä ìàòè íà óâàçі, ùî íå òіëüêè çàðÿäæåíà ïàëè÷êà ñâîїì åëåêòðè÷íèì ïîëåì äіє íà çàðÿäæåíó ãіëüçó, à é ãіëüçà âëàñíèì åëåêòðè÷íèì ïîëåì äіє íà ïàëè÷êó. Òàêà ñïіëüíà äіÿ åëåêòðè÷íèõ ïîëіâ êîæíîãî іç çàðÿäæåíèõ òіë і õàðàêòåðèçóє åëåêòðè÷íó âçàєìîäіþ çàðÿäæåíèõ òіë. Äîñëіä 4. Ïіäâіñèìî íà íèòöі íåçàðÿäæåíó ãіëüçó ç àëþìіíієâîї ôîëüãè. Ðîçìіñòèìî íåïîäàëіê âіä íåї ïîçèòèâíî çàðÿäæåíó ïàëè÷êó, ÿê ó äîñëіäі 3 (ìàë. 124). Ïіä ÷àñ çáëèæåííÿ ïàëè÷êè і ãіëüçè ïîáà÷èìî, ùî íåçàðÿäæåíà ãіëüçà òàêîæ ïðèòÿãóєòüñÿ äî ïàëè÷êè ïîäіáíî äî âèïàäêó іç çàðÿäæåíîþ ãіëüçîþ. ×îìó íåçàðÿäæåíà ãіëüçà ïðèòÿãóєòüñÿ äî íàåëåêòðèçîâàíîї ïàëè÷êè? Ó ìåòàëàõ åëåêòðîíè іç çîâíіøíіõ îáîëîíîê àòîìіâ ëåãêî âіäðèâàþòüñÿ âіä íèõ, óòâîðþþ÷è ïîçèòèâíі éîíè, ÿêі ðîçòàøîâàíі ó âóçëàõ êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê. Öі âіëüíі åëåêòðîíè ìîæóòü ëåãêî ïåðåñóâàòèñÿ ïî âñüîìó êðèñòàëó, åëåêòðè÷íå ïîëå ïîçèòèâíî çàðÿäæåíîї ïàëè÷êè äіє íà íèõ, і âîíè, ïðèòÿãóþ÷èñü äî ïàëè÷êè, çáèðàþòüñÿ íà òîìó áîöі ãіëüçè, ÿêèé ðîçòàøîâàíèé íàéáëèæ÷å äî ïàëè÷êè. Îòæå, öÿ ÷àñòèíà ãіëüçè íàáóâàє íåãàòèâíîãî çàðÿäó, à ïðîòèëåæíà ÷àñòèíà ãіëüçè âèÿâëÿєòüñÿ «çáіäíåíîþ» íà åëåêòðîíè і íàáóâàє ïîçèòèâíîãî çàðÿäó. Îñêіëüêè åëåêòðè÷íå ïîëå ñèëüíіøå äіє íà áëèæ÷èé äî ïàëè÷êè íåãàòèâíèé çàðÿä, íіæ

Мал. 123

Мал. 124

ÐÎÇÄІË 2

б Мал. 125

íà âіääàëåíèé ïîçèòèâíèé, òî ðåçóëüòóþ÷îþ äієþ і áóäå ïðèòÿãóâàííÿ ãіëüçè ïàëè÷êîþ. Îïèñàíèé äîñëіä іëþñòðóє ÿâèùå åëåêòðîñòàòè÷íîї іíäóêöії, à òèï åëåêòðèçàöії òіë áåç òîðêàííÿ äî íèõ çàðÿäæåíèì òіëîì, ÿê âæå çãàäóâàëîñÿ, íàçèâàþòü åëåêòðèçàöієþ âïëèâîì, àáî іíäóêöієþ. Äіÿ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ íà çàðÿäè âèÿâëÿєòüñÿ òàêîæ і â äîñëіäàõ ç äіåëåêòðèêàìè. ßêùî äіåëåêòðèê ðîçìіùåíèé â åëåêòðè÷íîìó ïîëі, òî ïîçèòèâíî çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè (éîíè) ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ çìіùóþòüñÿ â îäèí áіê, à íåãàòèâíî çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè (åëåêòðîíè) – â іíøèé. Öå ÿâèùå íàçèâàþòü ïîëÿðèçàöієþ äіåëåêòðèêà. Ñàìå ïîëÿðèçàöієþ ïîÿñíþþòüñÿ äîñëіäè, ó ÿêèõ âіäáóâàєòüñÿ ïðèòÿãàííÿ çàðÿäæåíèìè òіëàìè ëåãåíüêèõ êëàïòèêіâ ïàïåðó, âîðñèíîê, ÿêі â öіëîìó íåéòðàëüíі. Îäíàê â åëåêòðè÷íîìó ïîëі íàåëåêòðèçîâàíîãî òіëà (ñêëÿíîї àáî åáîíіòîâîї ïàëè÷êè, ãðåáіíöÿ) âîíè ïîëÿðèçóþòüñÿ. Íà òіé ÷àñòèíі êëàïòèêà ïàïåðó, ùî ðîçìіùåíà áëèæ÷å äî ïàëè÷êè, âèíèêàє çàðÿä, ïðîòèëåæíèé çà çíàêîì äî çàðÿäó ïàëè÷êè. Âçàєìîäіÿ ç íèì і ñïðè÷èíÿє ïðèòÿãàííÿ êëàïòèêіâ ïàïåðó äî íàåëåêòðèçîâàíîãî òіëà. Åëåêòðè÷íå ïîëå çîáðàæàþòü ãðàôі÷íî çà äîïîìîãîþ ñèëîâèõ ëіíіé (ìàë. 125). Ñèëîâі ëіíії åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ – öå óìîâíі ëіíії, ùî âêàçóþòü íàïðÿìîê ñèëè, ÿêà äіє â öüîìó ïîëі íà ðîçìіùåíå â íüîìó ïîçèòèâíî çàðÿäæåíå ìàëåíüêå òіëî. Íà ìàëþíêó 125 çîáðàæåíî ñèëîâі ëіíії ïîëÿ, ÿêå ñòâîðþєòüñÿ ïîçèòèâíî (à) і íåãàòèâíî (á) çàðÿäæåíèì òіëîì. Ïîäіáíі «êàðòèíêè» ìè ñïîñòåðіãàëè, êîëè ïðîâîäèëè äîñëіäè ç åëåêòðè÷íèìè «ñóëòàíàìè» (ìàë. 125, â). ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Що таке електричне поле? 2. Назвіть основні властивості електричного поля. 3. Що вказують силові лінії електричного поля? 4. Чому нейтральні шматочки паперу притягаються до наелектризованого тіла? 5. Поясніть, чому після надання електричному «султанові» заряду його паперові смужки розходяться в різні боки. 6. Як можна виявити наявність електричного поля, адже у нас немає для цього ніяких спеціальних органів чуття?

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ  Інколи мандрівникам, особливо альпіністам, яких зненацька темної ночі заставала у горах гроза, доводилося спостерігати таке рідкісне явище. Під час грози палки, обковані залізом, починають «звучати», і на їхніх кінцях у темряві виникає свічення. Волосся на голові й бороді стає дибки, голова починає світитися. Іноді вогники з’являються також на поверхні одягу. Світяться і вершини високих дерев, громовідводів, антен, корабельні щогли. Таке свічення називають «вогнями святого Ельма» – за назвою церкви, на шпилі якої це явище помітили вперше. Пояснюється це явище так. Перед грозою електричне поле поблизу гострих предметів, що виступають над поверхнею Землі, іноді стає настільки сильним, що виникає електропровідність повітря і проходження струму в газі (електричний розряд) супроводжується випромінюванням світла.  Одна з «професій» електричного поля – електрофарбування. Воно пояснюється явищем переміщення зарядів в електричному полі. Предмет, що фарбують, приєднують до негативного полюса електричної машини, а фарбопульт – до позитивного. Позитивно заряджені краплини фарби, що відриваються від фарбопульта, рухаються в електричному полі до негативно зарядженого предмета і рівномірно вкривають його. Такий спосіб фарбування дуже економічний і значно підвищує якість фарбування. Фарбувати в електричному полі можна вироби з металу, дерева, скла, гуми тощо. Тому цей спосіб застосовують не тільки в машинобудівній, а й у взуттєвій, деревообробній і меблевій промисловості.  Димарі заводів, фабрик, теплових електростанцій викидають багато диму, який забруднює й отруює повітря. Щохвилини наші легені пропускають близько 10 л повітря, а за добу – майже 15 м3. Для людського організму потрібне чисте повітря. Тому для очищення повітря від диму застосовують електрофільтри. Електрофільтри – це металеві циліндри, по осі яких натягнуто негативно заряджений провід. Циліндри мають позитивний заряд. Під дією електричного поля, створеного всередині циліндра, дрібні частинки, заряджені негативно, рухаються до стінок і осідають на них. Зі стінок пил або сажу періодично зчищають. За добу з електрофільтра середніх розмірів збирають кілька тонн уловленого пилу і сажі. На одному із цементних заводів за 12 років електричний фільтр уловив 340 000 т цементного пилу. Уявіть, скільки зведених із цього цементу будівель могло «вилетіти в трубу», якби не було фільтра.

§ 21. ЗАКОН КУЛОНА

èêîíóþ÷è äîñëіäè, ìè ïåðåêîíàëèñÿ, ùî ñèëà âçàєìîäії ìіæ çàðÿäæåíèìè òіëàìè çàëåæèòü âіä ñòóïåíÿ åëåêòðèçàöії òіë, їõ ôîðìè і âіäñòàíі ìіæ íèìè. Íà ïðàêòèöі íåìàє єäèíîї ôîðìóëè, ÿêà îïèñóâàëà á åëåêòðè÷íó âçàєìîäіþ çàðÿäæåíèõ òіë çà äîâіëüíèõ óìîâ. Îäíàê ó 1785 ð. Øàðëü Êóëîí çàïðîïîíóâàâ ïðîñòó ôîðìóëó, ÿêà îïèñóâàëà çàêîí âçàєìîäії òî÷êîâèõ çàðÿäіâ ó âàêóóìі. Òî÷êîâèìè çàðÿäàìè íàçèâàþòü çàðÿäæåíі òіëà, ðîçìіðè ÿêèõ äóæå ìàëі ïîðіâíÿíî ç âіäñòàíÿìè, íà ÿêèõ öі òіëà âçàєìîäіþòü. 91

ÐÎÇÄІË 2

Ïîäіáíîþ îçíàêîþ ìè ñêîðèñòàëèñÿ ðàíіøå äëÿ îçíà÷åííÿ ïîíÿòòÿ ìàòåðіàëüíîї òî÷êè. Ó ñâîїõ äîñëіäàõ Êóëîí âèêîðèñòàâ ìàëåíüêі çàðÿäæåíі êóëüêè. Ó êðóòèëüíèõ òåðåçàõ (ìàë. 126) ëåãêå ñêëÿíå êîðîìèñëî 2, ïіäâіøåíå íà ïðóæíіé òîíêіé íèòöі 1, çàêіí÷óєòüñÿ ç îäíîãî áîêó ìåòàëåâîþ êóëüêîþ 3, à ç іíøîãî – ïðîòèâàãîþ 6. ×åðåç îòâіð ó êðèøöі ìîæíà áóëî âíîñèòè âñåðåäèíó íàåëåêòðèçîâàíó êóëüêó 4, îäíàêîâó çà ðîçìіðîì ç êóëüêîþ 3. Äîñëіäíèê òîðêàâñÿ êóëüêîþ 4 äî êóëüêè 3. Ïðè öüîìó çàðÿä ïåðåðîçïîäіëÿâñÿ ìіæ öèìè êóëüêàìè, і âîíè âіäøòîâõóâàëèñÿ îäíà âіä îäíîї. Êîðîìèñëî ïîâåðòàëîñÿ і çàêðó÷óâàëî Мал. 126 íèòêó äîòè, äîêè ñèëà ïðóæíîñòі, ùî âèíèêëà â íèòöі, íå âðіâíîâàæóâàëà ñèëó åëåêòðè÷íîї âçàєìîäії. Ïîâåðòàþ÷è ðóêîÿòêó ó âåðõíіé ÷àñòèíі ïðèëàäó, äî ÿêîї ïðèêðіïëåíî íèòêó, ìîæíà áóëî çìіíþâàòè êóò çàêðó÷óâàííÿ íèòêè, ó ðåçóëüòàòі ÷îãî çìіíþâàëàñÿ ñèëà ïðóæíîñòі, à âíàñëіäîê öüîãî – і âіäñòàíü ìіæ çàðÿäàìè. Êóëîí âèçíà÷èâ: ñèëà åëåêòðè÷íîї âçàєìîäії ìіæ òî÷êîâèìè çàðÿäàìè îáåðíåíî ïðîïîðöіéíà êâàäðàòó âіäñòàíі ìіæ íèìè. Ñêëàäíіñòü åêñïåðèìåíòó ïîëÿãàëà â òîìó, ùî â÷åíèé íå âîëîäіâ òî÷íèì ìåòîäîì âèìіðþâàííÿ çàðÿäó íà êóëüêàõ, òîìó éîìó äîâåëîñÿ çàñòîñóâàòè òàêèé ïðèéîì. Äî íàåëåêòðèçîâàíîї êóëüêè âіí òîðêàâñÿ íåçàðÿäæåíîþ êóëüêîþ òàêîãî ñàìîãî ðîçìіðó, ÿêó ïîòіì âіääàëÿâ íà çíà÷íó âіäñòàíü. Îñêіëüêè ïðè öüîìó çàðÿä ðîçïîäіëÿâñÿ ïîðіâíó ìіæ îáîìà êóëüêàìè, çàðÿä ïðîáíîї êóëüêè çìåíøóâàâñÿ âäâі÷і. Âèÿâèëîñÿ, ùî â ñòіëüêè æ ðàçіâ çìåíøèëàñü і ñèëà åëåêòðè÷íîї âçàєìîäії. Âèêîíóþ÷è äîñëіä êіëüêà ðàçіâ, Êóëîí äіéøîâ âèñíîâêó: ñèëà åëåêòðè÷íîї âçàєìîäії ïðîïîðöіéíà äîáóòêó òî÷êîâèõ çàðÿäіâ, ùî âçàєìîäіþòü. Äîñëіäè Êóëîíà áóëè íå äóæå òî÷íèìè, îñêіëüêè êóëüêè ìàëè âåëèêі ðîçìіðè і ñèëà âèìіðþâàëàñÿ çі çíà÷íîþ ïîõèáêîþ (ïîðÿäêó 3 %). Êðіì òîãî, äîñëіäè ïðîâîäèëèñÿ â ïîâіòðі, ùî òàêîæ ñïîòâîðþâàëî ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíòó. Ââàæàþ÷è, ùî òî÷êîâі çàðÿäè âçàєìîäіþòü ó âàêóóìі, Êóëîí ñôîðìóëþâàâ çàêîí, ÿêèé ïіäòâåðäæóєòüñÿ âñієþ ñóêóïíіñòþ åëåêòðè÷íèõ ÿâèù. Ñèëà âçàєìîäії ìіæ äâîìà íåðóõîìèìè òî÷êîâèìè åëåêòðè÷íèìè çàðÿäàìè ïðÿìî ïðîïîðöіéíà äîáóòêó öèõ çàðÿäіâ і îáåðíåíî ïðîïîðöіéíà êâàäðàòó âіäñòàíі ìіæ íèìè. 92

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ßêùî ïîçíà÷èòè ìîäóëі òî÷êîâèõ çàðÿäіâ ÷åðåç q1 і q2, à âіäñòàíü ìіæ íèìè – ÷åðåç r, òî â ÑІ ìîäóëü ñèëè F åëåêòðè÷íîї âçàєìîäії ó âàêóóìі äîðіâíþâàòèìå: , äå   8,85 · 10–12

– åëåêòðè÷íà ñòàëà. ßêùî òî÷êîâі çàðÿäè âçàє-

ìîäіþòü ó ïåâíîìó ñåðåäîâèùі, òî çàêîí Êóëîíà ñëіä çàïèñóâàòè òàê: , äå  – äіåëåêòðè÷íà ñòàëà (äëÿ âàêóóìó   1, äëÿ ðіçíèõ ðå÷îâèí ïîäàєòüñÿ â òàáëèöÿõ). Іíêîëè âèêîðèñòîâóþòü åëåêòðè÷íó ñòàëó ó âèãëÿäі: .

Ó öüîìó ðàçі ôîðìóëà äëÿ çàêîíó Êóëîíà íàáóâàє òàêîãî âèãëÿäó: . Іç öієї ôîðìóëè âèïëèâàє: ÿêùî âіäñòàíü ìіæ äâîìà òî÷êîâèìè çàðÿäàìè ñòàíîâèòü 1 ì і çàðÿä êîæíîãî äîðіâíþє 1 Êë, òî ñèëà âçàєìîäії ìіæ íèìè ó âàêóóìі äîðіâíþâàòèìå 9 ∙ 109 Í. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Який заряд називають точковим? 2. Чому Кулон, виконуючи дослід, був упевнений, що електричний заряд змінюється саме вдвічі? 3. Сформулюйте закон Кулона. 4. Чому у формулюванні закону Кулона слід обов’язково користуватися терміном «точковий заряд»? 5. Як визначають одиницю заряду 1 кулон? 6. Чому за одиницю заряду не прийняли заряд електрона?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. ßêùî ãëàäèòè øåðñòü êіøêè äîëîíåþ, ìîæíà ïîìіòèòè â òåìíîòі íåâåëèêі іñêîðêè, ÿêі âèíèêàþòü ìіæ ðóêîþ і øåðñòþ. ßêà ïðè÷èíà âèíèêíåííÿ іñêîð? Âіäïîâіäü: іñêðè âèíèêàþòü ó ðåçóëüòàòі åëåêòðèçàöії ðóêè ïіä ÷àñ òåðòÿ îá øåðñòü. 2. Є ùіòêè, ÿêі î÷èùóþòü îäÿã, ïðèòÿãóþ÷è äî ñåáå ïèë. Äàéòå öüîìó ïîÿñíåííÿ. Âіäïîâіäü: òàêі ùіòêè âèãîòîâëÿþòü çі ñïåöіàëüíîãî ìàòåðіàëó, ÿêèé ïіä ÷àñ òåðòÿ ñèëüíî åëåêòðèçóєòüñÿ. 93

ÐÎÇÄІË 2

3. Ç ÿêîþ ñèëîþ âçàєìîäіÿòèìóòü äâà òî÷êîâèõ çàðÿäè ïî 10–4 Êë êîæíèé, ÿêùî їõ ðîçìіñòèòè ó âàêóóìі íà âіäñòàíі 1 ì îäèí âіä îäíîãî? Äàíî: q1  q2  10–4 Êë 0  8,85 ∙ 10–12 r1ì π  3,14 F–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Ùîá âèçíà÷èòè ñèëó âçàєìîäії äâîõ òî÷êîâèõ çàðÿäіâ, âèêîðèñòàєìî ôîðìóëó:

Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ ôіçè÷íèõ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: .

Âіäïîâіäü: 90 Í. Ðіâåíü À 134. ßê ìîæíà ïîêàçàòè, ùî íà îáîõ òіëàõ ïіä ÷àñ їõ òåðòÿ âèíèêàþòü åëåêòðè÷íі çàðÿäè? 135. ßê ïîÿñíèòè âèíèêíåííÿ íà îäа б íîìó ç íàòåðòèõ òіë ïîçèòèâíîãî çàðÿäó, à íà іíøîìó – íåãàòèâíîãî? 136. Íà øîâêîâіé íèòöі ïіäâіøåíî íåçàðÿäæåíó ãіëüçó ç àëþìіíієâîї ôîëüãè. ßêùî äî íåї íàáëèçèòè íàåëåêòðèçîâàíó ñêëÿíó ïàëè÷êó, òî ãіëüçà ïðèòÿãíåòüñÿ äî íåї (ìàë. 127, à). ×îìó ãіëüçà îäðàçó ïіñëÿ äîòèêàííÿ äî ïàëè÷êè âіäøòîâõóєòüñÿ âіä íåї (ìàë. 127, á)? Мал. 127 137. ßê ïîÿñíèòè, ùî ìіæ ïàñàìè òà øêіâàìè ìàøèí і òðàíñìіñіé ïåðіîäè÷íî âèíèêàþòü іñêðè? 138. ßêùî ãëàäèòè ðóêîþ ñóõå, ÷èñòî âèìèòå âîëîññÿ ÷è ðîç÷іñóâàòè éîãî ãðåáіíöåì, òî âîíî ïіäíіìàєòüñÿ çà ðóêîþ àáî ãðåáіíöåì. ßê ïîÿñíèòè öå ÿâèùå? 139. ×îìó ìîæíà íàåëåêòðèçóâàòè ñêëÿíó ïàëè÷êó, òðèìàþ÷è її â ðóêàõ, і íå ìîæíà íàåëåêòðèçóâàòè ìåòàëåâó? Ùî ïîòðіáíî áóëî á çðîáèòè, ùîá íàåëåêòðèçóâàòè ìåòàëåâó ïàëè÷êó? 140. Ñèíòåòè÷íі òêàíèíè, ÿêèìè îááèâàþòü ñèäіííÿ àâòîìîáіëіâ, øâèäêî çàáðóäíþþòüñÿ âíàñëіäîê їõ åëåêòðèçàöії. ×îìó? ßê çàïîáіãòè öüîìó? 141. ßêùî åáîíіòîâó ïàëè÷êó íàòåðòè ãóìîþ, òî âîíà íàåëåêòðèçóєòüñÿ ïîçèòèâíî, à ÿêùî íàòåðòè õóòðîì – òî íåãàòèâíî. Ó ÷îìó – õóòðі ÷è ãóìі – àòîìè ñëàáøå óòðèìóþòü åëåêòðîíè, ùî âõîäÿòü äî їõ ñêëàäó? 142. ×è ìîæíà åáîíіòîâó ïàëè÷êó íàòèðàííÿì åëåêòðèçóâàòè òàê, ùîá îäíà ïîëîâèíà її áóëà çàðÿäæåíà ïîçèòèâíî, à äðóãà – íåãàòèâíî? (Äèâ. óìîâó ïîïåðåäíüîї çàäà÷і). 143. ×îìó ìåòàëè âíàñëіäîê íàòèðàííÿ їõ âîâíîþ àáî øîâêîì åëåêòðèçóþòüñÿ òіëüêè ïîçèòèâíî? 94

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

144. Íà íèòêàõ îäíàêîâîї äîâæèíè ïіäâіñèëè äâі êóëüêè. Îäíà ç íèõ âіäøòîâõóєòüñÿ âіä ïîçèòèâíî çàðÿäæåíîї ïàëè÷êè, à äðóãà – ïðèòÿãóєòüñÿ. Äî íåãàòèâíî çàðÿäæåíîї ïàëè÷êè îáèäâі êóëüêè ïðèòÿãóþòüñÿ. Ùî ìîæíà ñêàçàòè ïðî åëåêòðè÷íèé ñòàí öèõ êóëüîê? 145. Âіäîìî, ùî îäíîéìåííî çàðÿäæåíі òіëà âіäøòîâõóþòüñÿ. Ó ÿêîìó øêіëüíîìó ïðèëàäі çàñòîñîâóєòüñÿ âëàñòèâіñòü çàðÿäæåíèõ òіë âіäøòîâõóâàòèñÿ? ßê âіí äіє? 146. Ëèñòî÷êè åëåêòðîñêîïà ïî÷èíàþòü ðîçõîäèòèñÿ ùå äî ñïðîáè äîòîðêíóòèñÿ äî íüîãî çàðÿäæåíîþ ïàëè÷êîþ. ßêà ïðè÷èíà öüîãî ÿâèùà? ×îìó ëèñòî÷êè îïóñêàþòüñÿ, òіëüêè-íî ìè âіääàëèìî ïàëè÷êó? 147. ×îìó êóëüêó і ñòåðæåíü åëåêòðîñêîïà âèãîòîâëÿþòü ç ìåòàëó? ßê ïîÿñíèòè, ùî çàðÿäæåíèé åëåêМал. 128 òðîñêîï ðîçðÿäæàєòüñÿ, ÿê òіëüêè äî éîãî êóëüêè äîòîðêíóòèñÿ ïàëüöåì? 148. ×îìó â ïðèìіùåííі, äå áàãàòî ëþäåé, çàðÿäæåíèé åëåêòðîñêîï øâèäêî âòðà÷àє çàðÿä? 149. ×îìó òіëà ïîãàíî åëåêòðèçóþòüñÿ, ÿêùî â êіìíàòі âèñîêà âîëîãіñòü? 150. Ç ïåðåëі÷åíèõ ðå÷îâèí íàçâіòü ïðîâіäíèêè òà іçîëÿòîðè: ñðіáëî, åáîíіò, ïîðöåëÿíà, ðîç÷èí êóõîííîї ñîëі, ìіäü, øîâê, òіëî ëþäèíè, àëþìіíіé, ãàñ. 151. ×îìó êîðïóñè øòåïñåëüíèõ ðîçåòîê, âèëîê, ïàòðîíіâ, âèìèêà÷іâ òîùî ðîáëÿòü ç ïëàñòìàñè ÷è ôàðôîðó? 152. ×îìó ïіä ÷àñ ðîáîòè åëåêòðîìîíòåðè íàäіâàþòü ãóìîâі ÷îáîòè òà ðóêàâèöі (ìàë. 128)? 153. ßêèì ñïîñîáîì ìîæíà âèÿâèòè åëåêòðè÷íå ïîëå і éîãî äіþ? 154. Äâà çàðÿäè 2,3 ∙ 10–6 Êë і 3,5 ∙ 10–5 Êë ðîçìіùåíі ó âàêóóìі íà âіäñòàíі 1,7 ñì. Âèçíà÷òå ñèëó âçàєìîäії ìіæ íèìè. Ðіâåíü Á 155. ßê ìîæíà âñòàíîâèòè, ÿêà ç äâîõ îäíàêîâèõ áóçèíîâèõ êóëüîê, ïіäâіøåíèõ íà òîíêèõ øîâêîâèõ íèòêàõ, íàåëåêòðèçîâàíà, à ÿêà – íі? 156. ßê çàðÿäæåíà ãіëüçà 1 (ìàë. 129, à), ÿêùî ãіëüçà 2 çàðÿäæåíà ïîçèòèâíî? ßê çàðÿäæåíà ãіëüçà 2 (ìàë. 129, á), ÿêùî ãіëüçà 1 çàðÿäæåíà íåãàòèâíî? 157. Ïіä ÷àñ ïåðåâåçåííÿ â öèñòåðíàõ áåíçèí і ãàñ åëåêòðèçóþòüñÿ, ùî ìîæå ïðèçâåñòè äî їõ çàãîðÿííÿ. ßêèõ çàõîäіâ âæèâàþòü, ùîá íåéòðàëіçóâàòè çàðÿäè, ùî âèíèêàþòü óíàñëіäîê åëåêòðèçàöії áåíçèíó, ãàñó? 158. ßêùî ïіäíåñòè äî íåçàðÿäæåíîї ãіëüçè íà íèòöі íàåëåêòðèçîâàíó åáîíіòîâó ïàëè÷êó, òî âîíà øâèäêî ïðèòÿãíåòüñÿ äî ïàëè÷êè, âіäðàçó âіäñêî÷èòü і óòðèìóâàòèìåòüñÿ íà ïåâíіé âіäñòàíі. À êîëè 2 1 1 2 ïіäíåñòè íàåëåêòðèçîâàíó ñêëÿíó ïàëè÷а б êó, òî ãіëüçà çíîâó ïðèòÿãíåòüñÿ. ßêèé Мал. 129 âèñíîâîê ìîæíà çðîáèòè іç öüîãî äîñëіäó? 95

ÐÎÇÄІË 2

159. ×îìó ñïî÷àòêó ïîìіòèëè åëåêòðèçàöіþ òіë ç áóðøòèíó, ñêëà, à íå ìіäі àáî îëîâà? 160. Є äâі îäíàêîâі ìåòàëåâі êóëі, â îäíіé ç íèõ íå âèñòà÷àє åëåêòðîíіâ, à â іíøіé – 4000 çàéâèõ. Êóëі ç’єäíàëè. ßê áóëè çàðÿäæåíі êóëі äî ç’єäíàííÿ і ÿê – ïіñëÿ їõ ç’єäíàííÿ? 161. Êîëè ó ïðîñòіð, ùî îòî÷óє íàåëåêòðèçîâàíå òіëî, âíîñÿòü іíøå çàðÿäæåíå òіëî, òî íà íüîãî äіє åëåêòðè÷íà ñèëà, à â ïðîñòîðі, ùî îòî÷óє íåíàåëåêòðèçîâàíå òіëî, öüîãî íå ñïîñòåðіãàєòüñÿ. ×îìó æ òîäі äî çàðÿäæåíîãî òіëà ïðèòÿãóþòüñÿ äðіáíі êëàïòèêè ïàïåðó? 162. ßê ìîæíà ïåðåíåñòè çàðÿä ç íàåëåêòðèçîâàíîãî òіëà íà íåíàåëåêòðèçîâàíå çà äîïîìîãîþ òðåòüîãî íåíàåëåêòðèçîâàíîãî òіëà? 163. ßê ïîÿñíèòè, ùî åëåêòðèçàöіþ òåðòÿì ïîìіòèëè íà ðå÷îâèíàõ, ÿêі íàëåæàòü äî íåïðîâіäíèêіâ åëåêòðèêè? 164. ×îìó ïіä ÷àñ äîñëіäіâ ç åëåêòðîñêîïîì äî éîãî êóëüêè íå òіëüêè òîðêàþòüñÿ íàåëåêòðèçîâàíîþ ïàëè÷êîþ (åáîíіòîâîþ àáî ñêëÿíîþ), à é ïðîâîäÿòü íåþ ïî êóëüöі? 165. Ïіä ÷àñ äåìîíñòðóâàííÿ äîñëіäіâ ç åëåêòðèêè ðåêîìåíäóþòü åáîíіòîâі òà ñêëÿíі ïàëè÷êè çàâæäè áðàòè çà îäèí êіíåöü. ×îìó? 166. ×è ìîæíà âèãîòîâèòè åëåêòðîñêîï ç ïëàñòìàñîâèì, åáîíіòîâèì àáî ñêëÿíèì ñòåðæíåì? ×îìó? 167. ßê çà äîïîìîãîþ åëåêòðîñêîïà ìîæíà âèçíà÷èòè çíàê çàðÿäó íàåëåêòðèçîâàíîãî òіëà? 168. ßê ïîÿñíèòè, ùî іíîäі åëåêòðîñêîï ñàì ðîçðÿäæàєòüñÿ øâèäêî, à іíîäі – ïîâіëüíî? 169. Ùîá åëåêòðîñêîï äîáðå ïðàöþâàâ, ïåðåä äîñëіäàìè ðåêîìåíäóþòü éîãî ïðîñóøèòè. Íàâіùî? 170. Ïåðåä äîñëіäàìè ç åëåêòðèêè ïіäñòàâêè, åáîíіòîâі ïàëè÷êè ðåêîìåíäóþòü ïðîòåðòè ãàí÷іðêîþ, çâîëîæåíîþ ãàñîì. Íàâіùî? 171. Ëèñòî÷êè çàðÿäæåíîãî åëåêòðîñêîïà ùå áіëüøå ðîçõîäÿòüñÿ, êîëè äî íüîãî ïіäíîñÿòü ïîçèòèâíî çàðÿäæåíó ïàëè÷êó, à êîëè âіääàëÿþòü, òî çàéìàþòü ïîïåðåäíє ïîëîæåííÿ. ßêèé çàðÿä ôіêñóâàâ åëåêòðîñêîï? 172. Íàâіùî ñêëàäàëüíèêè і ðåìîíòíèêè êîìï’þòåðіâ ïіä ÷àñ ðîáîòè âäÿãàþòü íà ðóêó çàçåìëåíèé áðàñëåò? 173. ×îìó â ãðîçó íå ìîæíà çàïóñêàòè ïàïåðîâîãî çìіÿ? 174. Äî êóëüêè åëåêòðîñêîïà, íå òîðêàþ÷èñü її, ïіäíîñÿòü íàåëåêòðèçîâàíó åáîíіòîâó àáî ñêëÿíó ïàëè÷êó. Ñìóæêè åëåêòðîñêîïà ðîçõîäÿòüñÿ. ßêùî çàáðàòè ïàëè÷êó, òî ñìóæêè çíîâó îïóñêàþòüñÿ. ßê ïîÿñíèòè öå ÿâèùå? 175. Äî êóëüêè íàåëåêòðèçîâàíîãî åëåêòðîñêîïà, íå òîðêàþ÷èñü її, ïіäíîñÿòü òіëî, ùî ìàє òàêèé ñàìèé çàðÿä. Ùî áóäå çі ñìóæêàìè, êîëè íàåëåêòðèçîâàíå òіëî çàáðàòè? 176. ×îìó ïіä ÷àñ äîñëіäіâ ç íàåëåêòðèçîâàíîþ åáîíіòîâîþ ÷è ñêëÿíîþ ïàëè÷êîþ і êëàïòèêàìè ïàïåðó îñòàííі íà÷å òàíöþþòü: òî ïіäñòðèáóþòü äî ïàëè÷êè, òî çíîâó ïàäàþòü? 177. Ñìóæêè «ñóëòàíà» ïðèòÿãóþòüñÿ äî ïіäíåñåíîї íàåëåêòðèçîâàíîї ïàëè÷êè. ×è çíà÷èòü öå, ùî âîíè òàêîæ íàåëåêòðèçîâàíі? 178. Åëåêòðîñêîïó íàäàëè çàðÿäó, ùî äîðіâíþє –6,4 ∙ 10–10 Êë. ßêіé êіëüêîñòі åëåêòðîíіâ âіäïîâіäàє öåé çàðÿä? 179. ×è ìîæå іñíóâàòè ÷àñòèíêà, çàðÿä ÿêîї äîðіâíþє –4,8 ∙ 10–19 Êë? ßêіé êіëüêîñòі åëåìåíòàðíèõ çàðÿäіâ âіäïîâіäàє òàêèé çàðÿä? ß 96

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

180. ßêіé êіëüêîñòі åëåìåíòàðíèõ çàðÿäіâ âіäïîâіäàє åëåêòðè÷íèé çàðÿä, ùî äîðіâíþє 1 Êë? 181. Äâі ìåòàëåâі êóëüêè ïіäâіøåíі íà øòàòèâàõ îêðåìî îäíà âіä îäíîї. Çàðÿä îäíієї êóëüêè äîðіâíþє 5 íÊë, à іíøîї – (–5 íÊë). Êóëüêè ç’єäíàëè. ßêèé çàðÿä êóëüîê? 182. Ìàєìî äâі îäíàêîâі ìåòàëåâі êóëüêè, ïіäâіøåíі íà øîâêîâèõ íèòêàõ. Çàðÿä îäíієї äîðіâíþє 10 íÊë, äðóãîї – 16 íÊë. Êóëüêè çіòêíóëè і ðîçâåëè. ßêі çàðÿäè áóäóòü ó êóëüîê ïіñëÿ çіòêíåííÿ? 1 íÊë = 10–9 Êë. 183. ßêèé çàðÿä ìàòèìå êîæíà ç òðüîõ îäíàêîâèõ ìåòàëåâèõ êóëüîê ïіñëÿ òîãî, ÿê їõ çіòêíóëè і ðîçâåëè, ÿêùî ïî÷àòêîâі çàðÿäè êóëüîê äîðіâíþâàëè âіäïîâіäíî 6 íÊë, –4 íÊë і 7 íÊë?

ІСТОРИЧНА ДОВІДКА Шарль Огюстен Кулон народився 14 червня 1736 р. в Ангулемі (Франція). Навчався у Парижі в одній з найкращих шкіл – «Коледжі чотирьох націй» (Коледж Мазаріні). Мав неабиякий інтерес до математики, мріяв стати вченим. У лютому 1757 р. Кулон на засіданні Королівського наукового товариства оприлюднив свою першу наукову працю «Геометричний нарис середньопропорційних кривих». Оскільки робота отримала схвалення членів товариства, то незабаром його обрали ад’юнктом з класу математики. У лютому 1760 р. Шарль Кулон вступив до Мезьєрської школи військових інженерів, по закінченні якої отримав призначення у порт Брест на західному узбережжі Франції. Шарль Кулон Згодом Кулон потрапив на острів Мартиніка, де опікувався будівництвом мостів, доріг, укріплень. Завдяки успішному будівництву форту на Монт-Гарньє, в березні 1770 р. він отримав чин капітана. На той час Кулон займався винайденням технології виготовлення магнітних стрілок для точних вимірювань магнітного поля Землі, а в 1784 р. закінчив написання праці «Теоретичні та експериментальні дослідження сили кручення і пружності металевих дротів». У вересні 1781 р. Кулона перевели до Парижа, де невдовзі обрали в академію з класу механіки. Працюючи над вивченням явища тертя, він дослідив залежність тертя ковзання від відносної швидкості руху стичних тіл з використанням великих навантажень. А працею Кулона «Теорія простих машин» інженери користувалися упродовж цілого століття. Під час випробування розроблених ним та виготовлених власноруч крутильних терезів, Кулон заглибився у проблеми магнетизму та електрики. Завдяки цьому він відкрив основний закон електростатики – закон взаємодії точкових зарядів. В останні роки життя Шарль Кулон займався організацією системи освіти у Франції. Але, у результаті частих поїздок по країні, улітку 1806 р. учений захворів на лихоманку і 23 серпня 1806 р. помер.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ Êîíòðîëüíі çàïèòàííÿ 1. Чому про деякі частинки говорять, що вони мають електричний заряд? 2. Чому заряджені тіла можуть притягуватися одне до одного або відштовхуватися?

ÐÎÇÄІË 2

3. Заряд яких частинок дорівнює за значенням мінімальному (елементарному) заряду? 4. Чому тіла заряджаються позитивно або негативно? 5. Незаряджені тіла називають електрично нейтральними. За яких умов при контакті відбувається повна нейтралізація наелектризованих тіл? 6. Яким дослідом з двома електрометрами можна підтвердити закон збереження електричного заряду? 7. Що дає змогу стверджувати, що навколо зарядженого тіла існує електричне поле? 8. Які ви знаєте основні властивості електричного поля? 9. На що вказують силові лінії електричного поля? 10. Чому під час формулювання закону Кулона слід обов’язково вживати термін «точковий заряд»? 11. Чому за одиницю заряду не був прийнятий заряд електрона?

Ùî ÿ çíàþ і âìіþ ðîáîòè Я знаю, які заряди існують у природі. 1. Який заряд має ебонітова паличка (мал. 130)?

Мал. 131

Мал. 130

2. Як зарядилася стрілка електрометра (мал. 131)? 3. На малюнку 132 зображено кульки синього, рожевого, жовтого кольорів, які взаємодіють. Який заряд має жовта кулька в усіх випадках?

Мал. 132 4. Скляну паличку натерли шовковою тканиною. Який заряд отримала паличка? Шовкова тканина? Поясніть взаємодію між паличкою та кулькою; між тканиною та кулькою (мал. 133). Я вмію пояснювати явище електризації тіл. 5. Струмінь піску, що висипається з вузького отвору, відхиляється в різні боки, якщо до нього піднести заряджену ебонітову або скляну паличку. Як пояснити це явище? 6. Чи будуть електричні заряди взаємодіяти на Місяці, де немає атмосфери?

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 133 Я вмію виконувати досліди. 7. Наелектризуйте об волосся гребінець, після чого торкніться ним маленької пір’їнки. Що при цьому відбудеться з пір’їнкою? Стряхніть пір’їнку з гребінця і, коли вона перебуватиме в повітрі, примусьте її залишатися на одній і тій самій висоті, підставляючи знизу на деякій відстані наелектризований гребінець. Чому пір’їнка перестає падати? Що втримує її в повітрі? 8. Наповніть повітряну кульку повітрям, після чого потріть її об вовну, хутро або своє волосся. Поясніть, чому кулька починає «прилипати» до різних предметів і навіть до стелі. Я вмію застосовувати закон збереження електричного заряду. 9. Дві однакові металеві кульки підвішено на шовкових нитках. Заряд однієї дорівнює 4 нКл, заряд другої – (–10 нКл). Кульки зіткнули і розвели. Який заряд матимуть кульки після цього? Я вмію обчислювати силу взаємодії двох точкових зарядів. 10. З якою силою взаємодіятимуть два точкових заряди по 1 Кл кожний, якщо їх розмістити на відстані 1 км один від одного? 11. Дві маленькі кульки із зарядами 2,0 ∙ 10–7 Кл і 4,5 ∙ 10–7 Кл у вакуумі взаємодіють із силою 0,1 Н. Визначте відстань між кульками.

ÐÎÇÄІË 2

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ Âàðіàíò 1 1. Вам відомо, що тертям об вовну заряджаються палички з гуми, сірки, ебоніту, пластмаси, капрону. Чи заряджається при цьому вовна? A так, тому що в електризації тертям завжди беруть участь два тіла, при цьому електризуються обидва тіла Б хоча в електризації тертям беруть участь два тіла, але в дослідах завжди використовують тільки палички, тому можна вважати, що заряджаються тільки палички B правильної відповіді немає 2. Що відбуватиметься з підвішеною на шовковій нитці незарядженою легкою кулькою, якщо до неї піднести заряджене тіло? A кулька притягнеться до зарядженого тіла Б кулька відштовхнеться від зарядженого тіла B кулька спочатку притягнеться до зарядженого тіла, а після контакту з ним – відштовхнеться 3. Для чого використовують електроскоп? A тільки для визначення значення заряду Б тільки для визначення знака заряду B тільки для виявлення заряду Г для виявлення заряду, визначення його значення і знака 4. Який заряд у кульки електроскопа, до якої піднесли, не торкаючись її, позитивно заряджену паличку? A позитивний Б негативний B заряду немає 5. Чи можна ділити електричний заряд необмежено? A можна Б не можна B тільки до заряду електрона 6. Наелектризовану паличку поклали на дерев’яний стіл. Чи розрядиться паличка? A розрядиться, заряди перейдуть у стіл Б усі заряди збережуться на паличці B у місцях дотику частина зарядів з палички перейде у стіл 7. До зарядженого електроскопа почали підносити з досить великої відстані негативно заряджену паличку. З наближенням палички листочки спочатку опускалися, а потім стали знову розходитися. Заряд якого знака був на електроскопі? A позитивний Б негативний B електроскоп був незаряджений 8. Три однакові металеві кульки підвішено на шовкових нитках. Заряд однієї дорівнює 2 нКл, другої – (–10 нКл), а третьої – 5 нКл. Кульки зіткнули і розвели. Який заряд матимуть кульки після цього? А 1 нКл Б 5,6 нКл В –1 нКл Г –3 нКл 9. Середня відстань між двома хмарами становить 10 км. Електричні заряди їх відповідно дорівнюють 10 Кл і 20 Кл. З якою електричною силою взаємодіють хмари? А 9 кН Б 200 кН В 180 кН Г 18 кН 10. Заряд однієї з двох однакових металевих кульок у 5 разів більший, ніж іншої. Однією кулькою доторкнулися до іншої, а потім знову відвели на попередню відстань. У скільки разів змінилася сила взаємодії, якщо заряди кульок однойменні? A збільшилась у 5 разів B зменшилась в 1,25 раза Б збільшилась в 1,8 раза Г не змінилася

100

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Âàðіàíò 2 1. Як взаємодіють одна з одною скляна паличка, потерта об шовк, і ебонітова паличка, потерта об сукно? A відштовхуються одна від одної Б притягуються одна до одної B правильної відповіді немає 2. На чому ґрунтується дія електроскопа? A на взаємодії різнойменних зарядів Б на взаємодії однойменних зарядів B на взаємодії нейтральних і заряджених частинок 3. Позитивно заряджена скляна паличка притягує підвішену на нитці суху соняшникову стеблину. Які із цього можна зробити висновки про заряд стеблини? A стеблина заряджена негативно Б стеблина заряджена позитивно B стеблина незаряджена 4. Чи можуть дві однойменно заряджені бузинові кульки, підвішені на нитках, притягуватися? A не можуть, оскільки однойменно заряджені тіла відштовхуються Б можуть у випадку, коли значення зарядів кульок малі B можуть тоді, коли заряд однієї з кульок значно перевищує заряд іншої 5. Чи можна наелектризувати металевий стержень тертям, якщо тримати його в руці? A усі тіла під час тертя електризуються, наелектризується і металевий стержень Б не можна, тому що метал і тіло людини – провідники B можна, якщо його електрично ізолювати від руки 6. Для чого легкі гільзи або кульки, з якими демонструють досліди із взаємодії зарядів, підвішують на шовкових нитках? A шовкові нитки легкі й гнучкі Б шовкові нитки тонкі й міцні B шовкова нитка не проводить електричні заряди 7. До стержня зарядженого електроскопа піднесли, не торкаючись його, незаряджений металевий стержень. Як при цьому зміниться кут розходження листочків? А збільшиться Б зменшиться В не зміниться 8. Три однакові металеві кульки підвішено на шовкових нитках. Заряд однієї дорівнює –2 нКл, другої – 10 нКл, а третьої – (–5 нКл). Кульки зіткнули і розвели. Який заряд матимуть кульки після цього? А 1 нКл Б 5,6 нКл В –1 нКл Г –3 нКл 9. Середня відстань між двома хмарами становить 20 км. Електричні заряди хмар відповідно дорівнюють 20 Кл і 20 Кл. З якою електричною силою взаємодіють хмари? А 9 кН Б 200 кН В 180 кН Г 18 кН 10. Заряд однієї з двох однакових металевих кульок у 5 разів більший, ніж іншої. Однією кулькою доторкнулися до іншої, а потім знову відвели на попередню відстань. У скільки разів змінилася сила взаємодії, якщо заряди кульок різнойменні? A збільшилась у 5 разів B зменшилася в 1,25 раза Б збільшилася в 1,8 раза Г не змінилася

101

ÐÎÇÄІË 2

§ 22. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. ДЖЕРЕЛА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

ëÿ ðîáîòè åëåêòðîïðèëàäіâ ïîòðіáíèé åëåêòðè÷íèé ñòðóì. Äåÿêі ç íèõ, íàïðèêëàä ëіõòàðèêè, åëåêòðîííі ãîäèííèêè, àóäіîïëåєðè, ðàäіîïðèéìà÷і òà òåëåôîíè, âèêîðèñòîâóþòü åëåêòðîåíåðãіþ ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ, áàòàðåé ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ àáî àêóìóëÿòîðіâ. Іíøі, íàïðèêëàä ëàìïè, õîëîäèëüíèêè, òåëåâіçîðè, ïèëîñîñè, ïðàöþþòü âіä åëåêòðîìåðåæі, òîáòî îäåðæóþòü åëåêòðîåíåðãіþ ïî ïðîâîäàõ âіä åëåêòðîñòàíöії. Ùî æ òàêå åëåêòðè÷íèé ñòðóì і ùî ïîòðіáíî, ùîá âіí âèíèêíóâ òà іñíóâàâ ïðîòÿãîì ïîòðіáíîãî ÷àñó? Ñëîâî «ñòðóì» îçíà÷àє ðóõ àáî òå÷іþ ÷îãîñü. Ùî ìîæå ïåðåìіùàòèñÿ ó ïðîâіäíèêàõ, ÿêі ç’єäíóþòü áàòàðåþ ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ ç ëàìïîþ, õîëîäèëüíèê – ç åëåêòðîñòàíöієþ? Âè âæå çíàєòå, ùî ÿâèùå åëåêòðèçàöії òіë çóìîâëåíå íàÿâíіñòþ â íèõ åëåêòðè÷íî çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê – åëåêòðîíіâ, à òàêîæ ïîçèòèâíèõ і íåãàòèâíèõ éîíіâ, ÿêі çàâæäè ïåðåáóâàþòü ó ñòàíі òåïëîâîãî áåçëàäíîãî ðóõó (ìàë. 134). Є áàãàòî ðå÷îâèí, ó ÿêèõ çà ïåâíèõ óìîâ çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè ìîæóòü âіëüíî ðóõàòèñÿ, òîáòî ïåðåñóâàòèñÿ íà âåëèêі âіäñòàíі â óñüîìó îá’єìі òіëà. Íàïðèêëàä, çäàâíà â òåõíіöі øèðîêî çàñòîñîâóþòüñÿ ìåòàëåâі ïðîâіäíèêè, ó ÿêèõ íîñіÿìè åëåêòðèêè є âіëüíі åëåêòðîíè. ßêùî íà âñі âіëüíі çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè ïîäіÿòè ïåâíîþ ñèëîþ â îäíîìó íàïðÿìêó, òî äî їõíüîãî áåçëàäíîãî ðóõó äîäàñòüñÿ ùå ðóõ ó íàïðÿìêó ïðèêëàäåíîї ñèëè. Ó öüîìó ðàçі êàæóòü, ùî â òіëі âèíèêàє åëåêòðè÷íèé ñòðóì. Åëåêòðè÷íèé ñòðóì – öå âïîðÿäêîâàíèé (íàïðÿìëåíèé) ðóõ çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê. Ùîá íàäàòè çàðÿäæåíèì ÷àñòèíêàì íàïðÿìëåíîãî ðóõó, â îá’єìі ïðîâіäíèêà óòâîðþþòü åëåêòðè÷íå ïîëå. Ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ âіëüíі çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè ðóõàþòüñÿ â íàïðÿìêó ïðèêëàäåíèõ äî íèõ åëåêòðè÷íèõ ñèë, òîáòî ó ïðîâіäíèêó âèíèêàє åëåêòðè÷íèé ñòðóì (ìàë. 135). ßêùî, íàïðèêëàä, êóëþ çàðÿäæåíîãî åëåêòðîìåòðà ç’єäíàòè ïðîâіäíèêîì іç Çåìëåþ, òî â ïðîâіäíèêó âèíèêíå åëåêòðè÷íå ïîëå, à ðàçîì ç íèì і åëåêòðè÷íèé ñòðóì, ÿêèé ïðèïèíèòüñÿ, ÿê òіëüêè âåñü çàðÿä êóëі, ùî óòâîðþє åëåêòðè÷íå ïîëå, ïåðåéäå â Çåìëþ.

Мал. 134

102

Мал. 135

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Ùîá åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó ïðîâіäíèêó ïðîõîäèâ ÿê çàâãîäíî äîâãî, ïîòðіáíî â íüîìó âåñü ÷àñ ïіäòðèìóâàòè åëåêòðè÷íå ïîëå, òîáòî çàáåçïå÷óâàòè íà îäíîìó êіíöі ïðîâіäíèêà íàäëèøîê çàðÿäó ïåâíîãî çíàêà, à íà äðóãîìó – éîãî íåñòà÷ó. Òàêèé ñòàëèé ðîçïîäіë çàðÿäіâ íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà ñòâîðþєòüñÿ òà ïіäòðèìóєòüñÿ äæåðåëàìè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Äæåðåëàìè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íàçèâàþòü ïðèñòðîї, ó ÿêèõ âіäáóâàєòüñÿ ïåðåòâîðåííÿ åíåðãії ïåâíîãî âèäó íà åëåêòðè÷íó åíåðãіþ. Ó êîæíîìó äæåðåëі ñòðóìó âèêîíóєòüñÿ ðîáîòà ç ðîçäіëåííÿ ïîçèòèâíî і íåãàòèâíî çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê, ÿêі íàêîïè÷óþòüñÿ íà ïîëþñàõ äæåðåëà. Âіäïîâіäíî äî öüîãî ïîëþñè óìîâíî ïîçíà÷àþòü çíàêàìè «+» і «–». Ëþäèíà ó ñâîїé ïðàêòè÷íіé äіÿëüíîñòі âèêîðèñòîâóє ðіçíîìàíіòíі äæåðåëà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó, ÿêі çà âèäîì ïåðåòâîðþâàíîї åíåðãії ìîæíà ïîäіëÿòè íà: õіìі÷íі (ãàëüâàíі÷íі åëåìåíòè, àêóìóëÿòîðè), ñâіòëîâі (ôîòîåëåìåíòè, ñîíÿ÷íі áàòàðåї), òåïëîâі (òåðìîåëåìåíòè), ìåõàíі÷íі (åëåêòðîôîðíà ìàøèíà, ãåíåðàòîðè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó ðіçíîãî ðîäó). ßêùî äî ãàëüâàíі÷íîãî åëåìåíòà çà äîïîìîãîþ ïðîâіäíèêіâ ïðèєäíàòè åëåêòðè÷íó ëàìïî÷êó (ìàë. 136), òî ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè ó ïðîâіäíèêó ïî÷èíàþòü ðóõàòèñÿ, âèíèêàє åëåêòðè÷íèé ñòðóì, ëàìïî÷êà ñâіòèòüñÿ. Ãàëüâàíі÷íі åëåìåíòè. Ïåðøå íàéïðîñòіøå õіìі÷íå äæåðåëî ñòðóìó, ÿêå íå âòðàòèëî ñâîãî ïðàêòè÷íîãî çíà÷åííÿ é òåïåð, ñòâîðèâ ó 1799 ð. іòàëіéñüêèé ôіçèê Àëåññàíäðî Âîëüòà і íàçâàâ éîãî ãàëüâàíі÷íèì åëåìåíòîì íà ÷åñòü çàñíîâíèêà â÷åííÿ ïðî åëåêòðèêó Ëóїäæі Ãàëüâàíі. Öåé åëåìåíò äàâàâ íàïðóãó áëèçüêî 1 âîëüòà (1 Â). Ç ìåòîþ îäåðæàííÿ âèùîї íàïðóãè, Âîëüòà ïîáóäóâàâ áàòàðåþ (òàê çâàíèé âîëüòіâ ñòîâï) ç 20 öèíêîâèõ, 20 ìіäíèõ і 20 ñóêîííèõ êðóæå÷êіâ, ïîêëàäåíèõ îäèí íà îäíîãî (ìàë. 137).

Мал. 136

Мал. 137

103

ÐÎÇÄІË 2

Ó ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòàõ âіäáóâàþòüñÿ õіìі÷íі ðåàêöії, çàâäÿêè ÿêèì âèêîíóєòüñÿ ðîáîòà ç ðîçïîäіëó ðіçíîìàíіòíèõ çàðÿäіâ, òîáòî õіìі÷íà åíåðãіÿ ïåðåòâîðþєòüñÿ â åëåêòðè÷íó. Ùîá îòðèìàòè íàéïðîñòіøèé ãàëüâàíі÷íèé åëåìåíò (ìàë. 138), ïîòðіáíî âîäó äîäàòè ó ñіð÷àíó êèñëîòó. Îáåðåæíî! Íå ïîâòîðþâàòè! Ó íüîìó âіäáóâàєòüñÿ ïåðåðîçïîäіë ïîçèòèâíî і íåãàòèâíî çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê ðå÷îâèíè, óíàñëіäîê Мал. 138 ÷îãî îáèäâі ïëàñòèíêè åëåêòðèçóþòüñÿ, і ìіæ íèìè óòâîðþєòüñÿ åëåêòðè÷íå ïîëå. Öі ïëàñòèíêè íàçèâàþòü åëåêòðîäàìè (ïîëþñàìè) äæåðåëà ñòðóìó. Ãàëüâàíі÷íèé åëåìåíò ñêëàäàєòüñÿ іç öèíêîâîї ïîñóäèíè 1, çàïîâíåíîї æåëåïîäіáíîþ ñóìіøøþ õіìі÷íèõ ðå÷îâèí (ìàë. 139). Ó ñóìіø óñòàâëåíî âóãіëüíèé ñòåðæåíü 2. Çâåðõó ïîñóäèíó çàëèòî øàðîì ñìîëè 3. Ó ðåçóëüòàòі õіìі÷íèõ ðåàêöіé öèíêîâà ïîñóäèíà ñòàє íåãàòèâíî çàðÿäæåíîþ (íåãàòèâíèé åëåêòðîä), à âóãіëüíèé ñòåðæåíü – ïîçèòèâíî çàðÿäæåíèì (ïîçèòèâíèé åëåêòðîä). Ìіæ åëåêòðîäàìè âèíèêàє åëåêòðè÷íå ïîëå. ßêùî ïîçèòèâíèé і íåãàòèâíèé åëåêòðîäè ç’єäíàòè ïðîâіäíèêîì, òî â íüîìó âèíèêíå åëåêòðè÷íèé ñòðóì. 1

Мал. 139

Мал. 140

Êіëüêà ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ ìîæíà ç’єäíàòè â áàòàðåþ. ßêùî òðåáà îäåðæàòè áіëüøó íàïðóãó, òî âèêîðèñòîâóþòü ïîñëіäîâíå ç’єäíàííÿ åëåìåíòіâ: îêðåìі åëåìåíòè ïðèєäíóþòü îäèí äî îäíîãî ðіçíîéìåííèìè ïîëþñàìè. Íà ìàëþíêó 140 çîáðàæåíî áàòàðåþ ç òðüîõ åëåìåíòіâ, ó ÿêіé ñòåðæåíü ïåðøîãî åëåìåíòà ç’єäíàíî іç öèíêîâîþ ïîñóäèíîþ äðóãîãî, à âóãіëüíèé ñòåðæåíü äðóãîãî – ç ïîñóäèíîþ òðåòüîãî åëåìåíòà. Öèíêîâі ïîñóäèíè іçîëüîâàíî îäíó âіä îäíîї. Âіä öèíêîâîї ïîñóäèíè ïåðøîãî åëåìåíòà і âóãіëüíîãî ñòåðæíÿ òðåòüîãî âèâåäåíî äâі æåðñòÿíі ñìóæêè, ÿêі є ïîëþñàìè áàòàðåї: ïåðøà – íåãàòèâíèì, äðóãà – ïîçèòèâíèì. ßêùî õî÷óòü îäåðæàòè äæåðåëî, ÿêå äàє áіëüøèé ñòðóì, âèêîðèñòîâóþòü ïàðàëåëüíå ç’єäíàííÿ åëåìåíòіâ: îêðåìі åëåìåíòè ç’єäíóþòü ó áàòàðåþ îäíîéìåííèìè ïîëþñàìè, òîáòî êîðïóñ – ç êîðïóñîì, à ñòåðæåíü – ç ñòåðæíåì. çі 104

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 141

Мал. 142

Àêóìóëÿòîðè. Àêóìóëÿòîð (ç ëàòèí. accumulatio – íàãðîìàäæóþ) – öå õіìі÷íå äæåðåëî, ó ÿêîìó åëåêòðè÷íà åíåðãіÿ íàãðîìàäæóєòüñÿ âíàñëіäîê ïðîïóñêàííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó êðіçü êèñëîòíèé àáî ëóæíèé ðîç÷èí. Àêóìóëÿòîðè áóâàþòü êèñëîòíі òà ëóæíі. Êèñëîòíèé àêóìóëÿòîð ñêëàäàєòüñÿ ç îäíîðіäíèõ åëåêòðîäіâ (ìàë. 141), íàïðèêëàä ñâèíöåâèõ ïëàñòèí, óìіùåíèõ ó ðîç÷èí ñіð÷àíîї êèñëîòè. Ó ëóæíèõ àêóìóëÿòîðàõ åëåêòðîäè âèãîòîâëåíî ç ðіçíîðіäíèõ ìåòàëіâ, íàïðèêëàä çàëіçà і íіêåëþ, é îïóùåíî â ðîç÷èí їäêîãî ëóãó. Äëÿ òîãî ùîá àêóìóëÿòîð ñòàâ äæåðåëîì ñòðóìó, éîãî òðåáà «çàðÿäèòè». Іç öієþ ìåòîþ ÷åðåç íüîãî ïðîïóñêàþòü ñòðóì âіä ÿêîãîíåáóäü іíøîãî äæåðåëà. Ó ïðîöåñі çàðÿäæàííÿ âíàñëіäîê ïåðåáіãó õіìі÷íèõ ðåàêöіé îäèí åëåêòðîä ñòàє çàðÿäæåíèì ïîçèòèâíî, à іíøèé – íåãàòèâíî. Êîëè àêóìóëÿòîð çàðÿäèòüñÿ, éîãî ìîæíà âèêîðèñòîâóâàòè ÿê ñàìîñòіéíå äæåðåëî ñòðóìó. Ïîëþñè àêóìóëÿòîðіâ ïîçíà÷àþòü çíàêàìè «+» і «–». Ïіä ÷àñ çàðÿäæàííÿ ïîçèòèâíèé ïîëþñ àêóìóëÿòîðà ç’єäíóþòü ç ïîçèòèâíèì ïîëþñîì äæåðåëà ñòðóìó, íåãàòèâíèé – ç íåãàòèâíèì. Àêóìóëÿòîðè âèêîðèñòîâóþòü äëÿ çàïóñêó àâòîìîáіëüíèõ äâèãóíіâ (ìàë. 142), îñâіòëåííÿ àâòîìîáіëіâ і çàëіçíè÷íèõ âàãîíіâ. Àêóìóëÿòîðè æèâëÿòü åëåêòðîåíåðãієþ ïіäâîäíі ÷îâíè ïіä ÷àñ àâòîíîìíîãî ïëàâàííÿ, ìîáіëüíі òåëåôîíè, ñìàðòôîíè òîùî. Íàóêîâà àïàðàòóðà òà ðàäіîïåðåäàâà÷і íà øòó÷íèõ ñóïóòíèêàõ Çåìëі, êîñìі÷íèõ êîðàáëÿõ і ñòàíöіÿõ òàêîæ æèâëÿòüñÿ âіä óñòàíîâëåíèõ íà íèõ àêóìóëÿòîðіâ, ÿêі çàðÿäæàþòüñÿ çà äîïîìîãîþ ñîíÿ÷íèõ áàòàðåé. Ñîíÿ÷íі áàòàðåї. Ïіä äієþ ñâіòëà, ùî ïàäàє íà ïîâåðõíþ ïëàñòèí ç äåÿêèõ ðå÷îâèí, íàïðèêëàä ñåëåíó àáî êðåìíіþ, ó íèõ âіäáóâàєòüñÿ ïåðåðîçïîäіë ïîçèòèâíèõ і íåãàòèâíèõ åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ (ìàë. 143). Íà öüîìó ґðóíòóþòüñÿ áóäîâà òà äіÿ ñîíÿ÷íèõ áàòàðåé (ìàë. 144).

Мал. 143

Мал. 144

105

ÐÎÇÄІË 2

Ó ñîíÿ÷íèõ áàòàðåÿõ âіäáóâàєòüñÿ ïðÿìå ïåðåòâîðåííÿ åíåðãії ñîíÿ÷íîãî âèïðîìіíþâàííÿ â åëåêòðè÷íó åíåðãіþ. Â Іíñòèòóòі ôіçèêè íàïіâïðîâіäíèêіâ Íàöіîíàëüíîї àêàäåìії íàóê Óêðàїíè ðîçðîáëåíî ñîíÿ÷íі áàòàðåї ç ÊÊÄ 18 %, ùî íàáëèæàєòüñÿ äî ìàêñèìàëüíî ìîæëèâîãî. À â÷åíі Íàöіîíàëüíîãî òåõíі÷íîãî óíіâåðñèòåòó «Êèїâñüêèé ïîëіòåõíі÷íèé іíñòèòóò» âèêîðèñòàëè ñîíÿ÷íі áàòàðåї äëÿ ñòâîðåííÿ ôîòîåëåêòðè÷íîї ñòàíöії ïîòóæíіñòþ Мал. 145 5 êÂò. Òåðìîåëåìåíòè. ßêùî äâі äðîòèíè, âèãîòîâëåíі ç ðіçíèõ ìåòàëіâ, ñïàÿòè, à ìіñöå ñïàþâàííÿ ïîòіì íàãðіòè, òî ó äðîòèíàõ âèíèêíå åëåêòðè÷íèé ñòðóì (ìàë. 145). Òàêå äæåðåëî ñòðóìó íàçèâàþòü òåðìîåëåìåíòîì, àáî òåðìîïàðîþ. Ó íüîìó âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ íàãðіâíèêà ïåðåòâîðþєòüñÿ â åëåêòðè÷íó åíåðãіþ. Åëåêòðîôîðíà ìàøèíà. Äâà äèñêè ç îðãàíі÷íîãî ñêëà (ç ðîçìіùåíèìè ïî êîëó ìåòàëåâèìè ñìóæêàìè) îáåðòàþòüñÿ ó ïðîòèëåæíèõ íàïðÿìêàõ. Óíàñëіäîê òåðòÿ äðîòÿíèõ ùіòîê îá ñìóæêè íà êîíäóêòîðàõ (ïîëþñàõ) ìàøèíè íàêîïè÷óþòüñÿ çàðÿäè ïðîòèëåæíèõ çíàêіâ (ìàë. 114, äèâ. ñ. 83). Ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ îáåðòàííÿ äèñêіâ ïåðåòâîðþєòüñÿ íà åëåêòðè÷íó åíåðãіþ. Íà òåïëîâèõ, àòîìíèõ, âіòðÿíèõ і ãіäðîåëåêòðîñòàíöіÿõ åëåêòðè÷íèé ñòðóì âèðîáëÿþòü çà äîïîìîãîþ ðіçíèõ ãåíåðàòîðіâ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó (ç ëàòèí. generator – âèðîáíèê, ñòâîðþâà÷). Ïðî òèïè ãåíåðàòîðіâ, їõ áóäîâó òà äіþ âè äіçíàєòåñÿ çãîäîì. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Що таке електричний струм? 2. Що потрібно створити у провіднику, щоб у ньому виник і протягом певного часу існував електричний струм? 3. Що називають джерелом електричного струму? 4. Які джерела електричного струму ви знаєте? 5. Хто перший створив гальванічний елемент? Яке походження цієї назви? 6. Чим відрізняється акумулятор від гальванічного елемента? 7. Яка енергія перетворюється на електричну в сонячних батареях? Термоелементах? 8. Наведіть приклади застосування різноманітних джерел електричного струму.

§ 23. ЕЛЕКТРИЧНЕ КОЛО І ЙОГО СКЛАДОВІ ЧАСТИНИ

Åëåêòðè÷íà åíåðãіÿ, ùî çîñåðåäæåíà ó äæåðåëàõ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó,

є äóæå âèãіäíèì і çðó÷íèì âèäîì åíåðãії, ÿêà øèðîêî âèêîðèñòîâóєòüñÿ ó ïðîìèñëîâîñòі, òåõíіöі, ïîáóòі. Âіäîìі âàì åëåêòðîäâèãóíè, åëåêòðè÷íі ëàìïè, íàãðіâà÷і, åëåêòðè÷íі ïëèòè, òåëåâіçîðè і êîìï’þòåðè íàçèâàþòü ïðèéìà÷àìè, àáî ñïîæèâà÷àìè åëåêòðè÷íîї åíåðãії. 106

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 146

Мал. 147

Ùîá äîñòàâèòè åëåêòðè÷íó åíåðãіþ âіä äæåðåëà äî ñïîæèâà÷à, їõ ç’єäíóþòü ìіæ ñîáîþ ïðîâіäíèêàìè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Äëÿ öüîãî âèêîðèñòîâóþòü ïåðåâàæíî ìіäíèé àáî àëþìіíієâèé ïðîâіä (äðіò). Íàéïðîñòіøå åëåêòðè÷íå êîëî ñêëàäàєòüñÿ ç äæåðåëà ñòðóìó (ìàë. 146), ñïîæèâà÷à åëåêòðè÷íîї åíåðãії (ëàìïà, åëåêòðîäâèãóí), ç’єäíóâàëüíèõ ïðîâіäíèêіâ і ïðèñòðîþ äëÿ çàìèêàííÿ òà ðîçìèêàííÿ êîëà – âèìèêà÷à. Äëÿ òîãî ùîá ó êîëі ïðîõîäèâ ñòðóì, âîíî ìàє áóòè çàìêíåíèì, òîáòî ñêëàäàòèñÿ òіëüêè ç ïðîâіäíèêіâ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. ßêùî â áóäüÿêîìó ìіñöі âіä’єäíàòè ïðîâіä àáî âіí îáіðâåòüñÿ, òî ñòðóì ó êîëі ïðèïèíèòüñÿ. Íà öüîìó ґðóíòóєòüñÿ äіÿ âèìèêà÷іâ. Êðåñëåííÿ, íà ÿêîìó çîáðàæóþòü ðіçíі ñïîñîáè ç’єäíàííÿ åëåìåíòіâ åëåêòðè÷íîãî êîëà, íàçèâàþòü ñõåìîþ åëåêòðè÷íîãî êîëà. Íà ìàëþíêó 147 çîáðàæåíî ñõåìó íàéïðîñòіøîãî åëåêòðè÷íîãî êîëà. Ïðèëàäè і ç’єäíàííÿ íà ñõåìàõ çîáðàæóþòü çà äîïîìîãîþ óìîâíèõ ïîçíà÷åíü. Äåÿêі ç íèõ ïîäàíî â òàáëèöі 8. Óìîâíі ïîçíà÷åííÿ åëåìåíòіâ åëåêòðè÷íèõ êіë Зображення

Умовне позначення

Òàáëèöÿ 8

Умовне позначення

Зображення

Гальванічний елемент або акумулятор

Батарея елементів або акумуляторів

Перетин проводів

З’єднання проводів

Затискачі для відключення приладів

Вимикач, ключ

Штепсельне з’єднання

Кнопка

107

ÐÎÇÄІË 2

Ïðîäîâæåííÿ òàáëèöі Резистор

Реостат

Плавкий запобіжник

Нагрівальний елемент

Котушка дротяна

Електромагніт

Амперметр

Вольтметр

Гальванометр

Ватметр

Лампа розжарювання

Електродвигун постійного струму

Електричний дзвінок

Гучномовець

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Що потрібно для існування електричного струму в електричному колі? 2. Назвіть відомі вам споживачі електричної енергії. 3. Які види енергії перетворюються на електричну в джерелах струму в процесі роботи з розділення заряджених частинок? Наведіть приклади. 4. Із чого складається найпростіше електричне коло? 5. Що таке схема електричного кола? 6. Накресліть можливі схеми електричних кіл, що складаються з батареї гальванічних елементів, електричної лампи, електродвигуна, електричного дзвінка і ключа.

§ 24. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХ

Âè âæå çíàєòå, ùî åëåêòðè÷íèé ñòðóì – öå âïîðÿäêîâàíèé ðóõ âіëüíèõ

åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ äæåðåëà ñòðóìó. Àëå íàì ïîòðіáíî çíàòè: ÿêі öі çàðÿäè? ßê âîíè ðóõàþòüñÿ? í 108

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Äëÿ öüîãî ðîçãëÿíåìî âíóòðіøíþ áóäîâó ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêіâ. Ó áóäü-ÿêîìó ìåòàëі ÷àñòèíà åëåêòðîíіâ ïîêèäàє ñâîї ìіñöÿ â àòîìі, ó ðåçóëüòàòі ÷îãî àòîì ïåðåòâîðþєòüñÿ íà ïîçèòèâíèé éîí. Ïîçèòèâíі éîíè â ìåòàëàõ ðîçìіùóþòüñÿ ó ñòðîãîìó ïîðÿäêó, óòâîðþþ÷è òàê çâàíі êðèñòàëі÷íі ґðàòêè (ìàë. 148). Ìіæ éîíàìè õàîòè÷íî ðóõàþòüñÿ âіëüíі åëåêòðîíè ó âèãëÿäі åëåêòðîííîãî ãàçó. Íåãàòèâíèé çàðÿä óñіõ âіëüíèõ åëåêòðîíіâ çà àáñîëþòíèì çíà÷åííÿì äîðіâíþє ïîçèòèâíîìó çàðÿäó âñіõ éîíіâ êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê. Òîìó çà çâè÷àéíèõ óìîâ ìåòàëåâèé ïðîâіäíèê åëåêòðè÷íî íåéòðàëüíèé. Мал. 148 Òî ÿêі æ åëåêòðè÷íі çàðÿäè ðóõàþòüñÿ ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ â ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ? Ó 1899 ð. íіìåöüêèé ôіçèê-åêñïåðèìåíòàòîð Êàðë Ðіêêå íà òðàìâàéíіé ïіäñòàíöії ó Øòóòãàðòі âìèêàâ ó ãîëîâíèé ïðîâіä, ÿêèì ïîäàâàëîñÿ æèâëåííÿ òðàìâàéíèì ëіíіÿì, ïîñëіäîâíî òðè ìåòàëåâèõ öèëіíäðè, òіñíî ïðèòèñíóòèõ îäèí äî îäíîãî òîðöÿìè: äâà êðàéíіõ – ìіäíèõ, à ñåðåäíіé – àëþìіíієâèé. ×åðåç öі öèëіíäðè ïîíàä ðіê ïðîõîäèâ åëåêòðè÷íèé ñòðóì. Ó ðåçóëüòàòі òî÷íîãî çâàæóâàííÿ âèÿâèëîñÿ, ùî äèôóçіÿ â ìåòàëàõ íå âіäáóëàñÿ: ó ìіäíèõ öèëіíäðàõ íå áóëî àòîìіâ àëþìіíіþ, і íàâïàêè. Òàêèì ÷èíîì Ðіêêå äîâіâ, ùî ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ïðîâіäíèêîì åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó éîíè íå ïåðåìіùóþòüñÿ, à â ðіçíèõ ìåòàëàõ ïåðåìіùóþòüñÿ ëèøå åëåêòðîíè. Îòæå, åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ ñòâîðþєòüñÿ âïîðÿäêîâàíèì ðóõîì åëåêòðîíіâ. Òåïåð çàëèøàєòüñÿ ç’ÿñóâàòè: ÿê ðóõàþòüñÿ âіëüíі åëåêòðîíè? Çà âіäñóòíîñòі ó ïðîâіäíèêó åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ åëåêòðîíè ðóõàþòüñÿ õàîòè÷íî, ïîäіáíî äî òîãî, ÿê ðóõàþòüñÿ ìîëåêóëè ãàçіâ àáî ðіäèí. Ó áóäüÿêèé ìîìåíò ÷àñó øâèäêîñòі ðóõó ðіçíèõ åëåêòðîíіâ âіäðіçíÿþòüñÿ çíà÷åííÿì і íàïðÿìêîì. Çà íàÿâíîñòі ó ïðîâіäíèêó åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ åëåêòðîíè, çáåðіãàþ÷è ñâіé õàîòè÷íèé ðóõ, ïî÷èíàþòü çìіùóâàòèñÿ â íàïðÿìêó ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà. Ðàçîì ç áåçëàäíèì ðóõîì åëåêòðîíіâ âèíèêàє і їõ óïîðÿäêîâàíèé ðóõ. Íà ìàëþíêó 149 ñõåìàòè÷íî ïîêàçàíî òðàєêòîðіþ ðóõó îäíîãî åëåêòðîíà ç òî÷êè 1 ó òî÷êó 2 ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ. Òåïåð ìîæíà äіéòè äóæå âàæëèâîãî âèñíîâêó: åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó ìåòàëàõ (ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ) – öå âïîðÿäêîâàíèé ðóõ åëåêòðîíіâ ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ, ÿêå ñòâîðþє äæåðåëî åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó.

Мал. 149

109

ÐÎÇÄІË 2

Äîñëіäæåííÿìè, ùî ñòîñóþòüñÿ åëåêòðîííîї ïðîâіäíîñòі ìåòàëіâ, çàéìàâñÿ óêðàїíñüêèé â÷åíèé À. Å. Ìàëèíîâñüêèé (1884–1937). Âіí ïðåäñòàâèâ ñâîþ іíòåðïðåòàöіþ âçàєìîäії âіëüíèõ åëåêòðîíіâ і ïîçèòèâíèõ éîíіâ ó ìåòàëàõ. Çðîáèâ óòî÷íåííÿ äî òåîðії äîñëіäіâ, ÿêі âèêîíàëè â 1916 ð. àìåðèêàíñüêèé ôіçèê Ð. Òîëìåí і øîòëàíäñüêèé ôіçèê Á. Ñòþàðò. Âîíè ðîçêðó÷óâàëè äî âåëèêîї øâèäêîñòі êîòóøêó ç ìіäíîãî òîíêîãî äðîòó íàâêîëî її îñі, ïîòіì ðіçêî ãàëüìóâàëè її і ïðè öüîìó ðåєñòðóâàëè â êîëі êîðîòêî÷àñíèé åëåêòðè÷íèé ñòðóì, çóìîâëåíèé іíåðöієþ íîñіїâ çàðÿäó, ÿêèìè âèÿâèëèñÿ ñàìå åëåêòðîíè. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Яка будова металевого провідника? 2. Поясніть, що за звичайних умов будь-який шматок металу є електрично нейтральним. 3. Як довести, що електричний струм у металах виникає внаслідок руху електронів, а не руху йонів? Опишіть відповідний дослід. 4. Як рухаються електрони у провіднику за відсутності в ньому електричного поля і за наявності його? 5. Поясніть природу електричного струму в металах.

§ 25. ДІЇ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ. НАПРЯМОК ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Ðóõ åëåêòðè÷íî çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê ó ðå÷îâèíі ïðîâіäíèêіâ ëþäñüêå

îêî íå çäàòíå ñïîñòåðіãàòè. Îäíàê íàïðÿìëåíèé ðóõ çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê ñïðè÷èíÿє öіëó íèçêó ÿâèù, çà ÿêèìè ìîæíà âèçíà÷èòè íàÿâíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â êîëі. Äîñëіä 1. Ïðèєäíàєìî äî ïîëþñіâ äæåðåëà ñòðóìó íіêåëіíîâó àáî íіõðîìîâó äðîòèíó (ìàë. 150). Ó ðåçóëüòàòі äîñëіäó ïîáà÷èìî, ÿê äðîòèíà íàãðіâàєòüñÿ, ðîçæàðþєòüñÿ äî ÷åðâîíîãî ñâіòіííÿ і ïðîâèñàє. Ñïîñòåðіãàєìî òåïëîâó äіþ ñòðóìó. Ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â åëåêòðè÷íèõ ëàìïàõ âîëüôðàìîâà äðîòèíêà ðîçæàðþєòüñÿ äî ÿñêðàâîãî ñâіòіííÿ, íàãðіâàþòüñÿ ñïіðàëі åëåêòðîïðàñîê òà åëåêòðîïëèò. Òåïëîâà äіÿ ñòðóìó øèðîêî âèêîðèñòîâóєòüñÿ ïіä ÷àñ êîíòàêòíîãî çâàðþâàííÿ ìåòàëіâ (ìàë. 151). Êðіçü äåòàëі, ùî çâàðþþòü, ïðîïóñêàþòü âåëèêèé

б Мал. 150

110

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ñòðóì. Ó ðåçóëüòàòі â ìіñöÿõ êîíòàêòіâ äåòàëі ñèëüíî íàãðіâàþòüñÿ é çâàðþþòüñÿ. Äîñëіä 2. Íà çàëіçíèé öâÿõ àáî ñòåðæåíü íàìîòàєìî êіëüêà äåñÿòêіâ âèòêіâ іçîëüîâàíîãî ìіäíîãî ïðîâîäó. Çâіëüíèâøè êіíöі ïðîâîäó âіä іçîëÿöії, ïðèєäíàєìî їõ äî äæåðåëà ñòðóìó. Ïîáà÷èìî, ùî öâÿõ íàáóäå âëàñòèâîñòі ïðèòÿãóâàòè äî ñåáå äðіáíі çàëіçíі ïðåäìåòè: îøóðêè, öâÿõè, ñêðіïêè òîùî (ìàë. 152), òîáòî âіí ñòàâ ìàãíіòîì. Ó öüîìó äîñëіäі âèÿâëÿєòüñÿ ìàãíіòíà äіÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó.

Мал. 152

Мал. 153

Äîñëіä 3. Çà ìàëþíêîì 153 ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî. ßêùî â ïîñóäèíі áóäå ÷èñòà (äèñòèëüîâàíà) âîäà, òî åëåêòðè÷íà ëàìïà íå ñâіòèòèìåòüñÿ. ßêùî ó âîäó äîäàòè òðîõè êðèñòàëіâ ìіäíîãî êóïîðîñó, òî ëàìïà îäðàçó æ çàñâіòèòüñÿ. Îòæå, êðіçü ðîç÷èí ìіäíîãî êóïîðîñó ïðîõîäèòü åëåêòðè÷íèé ñòðóì. ßêùî ÷åðåç ïåâíèé ÷àñ âèòÿãíåìî ç ïîñóäèíè íåãàòèâíî çàðÿäæåíèé åëåêòðîä, òî ïîáà÷èìî, ùî íà íüîìó âèäіëèëàñÿ ÷èñòà ìіäü, òîáòî çàâäÿêè åëåêòðè÷íîìó ñòðóìó âіäáóëèñÿ õіìі÷íі ïåðåòâîðåííÿ ðå÷îâèí. Õіìі÷íó äіþ ñòðóìó âèêîðèñòîâóþòü äëÿ äîáóâàííÿ ÷èñòèõ ìåòàëіâ. Ñâіòëîâó äіþ ñòðóìó âè ìîæåòå ñïîñòåðіãàòè, äèâëÿ÷èñü íà ñâіòіííÿ ëàìï äåííîãî ñâіòëà (ìàë. 154). Ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ ãàçè, ùî ìіñòÿòüñÿ â ëàìïі, ïî÷èíàþòü ñâіòèòèñÿ. Ó ïðèðîäі ñâіòëîâà äіÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âèÿâëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ åëåêòðè÷íîãî ðîçðÿäó – áëèñêàâêè (ìàë. 155).

Мал. 154

Мал. 155

111

ÐÎÇÄІË 2

ßêèé íàïðÿìîê ìàє åëåêòðè÷íèé ñòðóì? Ùå ðàç ïðèãàäàєìî, ùî åëåêòðè÷íèé ñòðóì – öå âïîðÿäêîâàíèé ðóõ çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê. Ðóõ ÿêèõ ñàìå çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê â åëåêòðè÷íîìó ïîëі òðåáà áóëî á ïðèéíÿòè çà íàïðÿìîê ñòðóìó? Íà ïðàêòèöі ìè çäåáіëüøîãî ìàєìî ñïðàâó ç åëåêòðè÷íèì ñòðóìîì ó ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ, òîìó çà íàïðÿìîê ñòðóìó â êîëі äîöіëüíî áóëî á óçÿòè íàïðÿìîê ðóõó åëåêòðîíіâ â åëåêòðè÷íîìó ïîëі, òîáòî ââàæàòè, ùî ñòðóì íàïðÿìëåíèé âіä íåãàòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà äî ïîçèòèâíîãî. Àëå ïèòàííÿ ïðî íàïðÿìîê ñòðóìó âèíèêëî â íàóöі òîäі, êîëè ïðî åëåêòðîíè òà éîíè ùå íі÷îãî íå áóëî âіäîìî. Òîäі ââàæàëè, ùî â óñіõ ïðîâіäíèêàõ ìîæóòü ïåðåìіùóâàòèñü ÿê ïîçèòèâíі, òàê і íåãàòèâíі çàðÿäè. Çà íàïðÿìîê åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó óìîâíî îáðàëè òîé íàïðÿìîê, ó ÿêîìó ðóõàþòüñÿ (àáî ìîãëè á ðóõàòèñÿ) ó ïðîâіäíèêó ïîçèòèâíі çàðÿäè, òîáòî íàïðÿìîê âіä ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà ñòðóìó äî íåãàòèâíîãî. Ïåðåêîíàєìîñÿ â òîìó, ùî âіä íàïðÿìêó ñòðóìó çàëåæèòü éîãî ìåõàíі÷íà äіÿ. Äîñëіä 4. Ïðèєäíàєìî äî áàòàðåї ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ åëåêòðîäâèãóí çі ñòðіëêîþ íà éîãî øêіâó. Âàë äâèãóíà îáåðòàòèìåòüñÿ â ïåâíîìó íàïðÿìêó (ìàë. 156, à). À ÿêùî ïîìіíÿòè ïîëþñè áàòàðåї ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ, òî âàë äâèãóíà îáåðòàòèìåòüñÿ ó ïðîòèëåæíîìó íàïðÿìêó (ìàë. 156, á). Ïðèíöèï ðîáîòè åëåêòðîäâèãóíà є ïðèêëàäîì ìåõàíі÷íîї äії åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó, ÿêà ïîëÿãàє â òîìó, ùî ðàìêà іç äðîòó, âìіùåíà â ìàãíіòíå ïîëå, ïîâåðòàєòüñÿ â ïåâíîìó íàïðÿìêó, ÿêùî ÷åðåç íåї ïðîõîäèòü ñòðóì. Íàïðÿìîê ïîâîðîòó ïðè öüîìó çàëåæèòü âіä íàïðÿìêó ñòðóìó, ùî ìè і áà÷èìî íà äîñëіäі. Çãîäîì äåòàëüíіøå âèâ÷àòèìåìî äіþ ìàãíіòíîãî ïîëÿ íà ïðîâіäíèê çі ñòðóìîì. Íàïðÿìîê ñòðóìó âðàõîâóþòü â óñіõ ïðàâèëàõ і çàêîíàõ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

б Мал. 156

1. Де на практиці можна спостерігати механічну, теплову, хімічну, магнітну і світлову дії електричного струму? 2. Носіями струму в металі є електрони. Чому за напрямок струму прийнято напрямок руху позитивних зарядів? 3. Як можна переконатися, що від напрямку електричного струму залежить його механічна дія?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. ßêùî ìіæ ïàðàëåëüíèìè ìåòàëåâèìè ïëàñòèíàìè, ïðèєäíàíèìè äî êîíäóêòîðіâ åëåêòðîôîðíîї ìàøèíè, ùî ïðàöþє, ðîçìіñòèòè ëåãåíüêі ïіð’їíêè, òî âîíè ïî÷íóòü іíòåíñèâíî ðóõàòèñÿ âіä îäíієї ïëàñòèíè äî ïі 112

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

іíøîї. ßêå ôіçè÷íå ÿâèùå áóäå çìîäåëüîâàíå öèì äîñëіäîì? Âіäïîâіäü: åëåêòðè÷íèé ñòðóì; ïіð’їíêè çäіéñíþþòü óïîðÿäêîâàíèé ðóõ ÷àñòèíîê â åëåêòðè÷íîìó ïîëі. 2. ×è äіÿòèìå åëåìåíò Âîëüòà, ÿêùî éîãî îáèäâà åëåêòðîäè çðîáèòè öèíêîâèìè àáî ìіäíèìè? Âіäïîâіäü: íå äіÿòèìå, íå áóäå ðіçíèöі â çàðÿäàõ åëåêòðîäіâ. Мал. 157 3. Íàêðåñëіòü ñõåìó åëåêòðè÷íîãî êîëà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç áàòàðåї àêóìóëÿòîðіâ, äâîõ ïàðàëåëüíî ç’єäíàíèõ ëàìï, àìïåðìåòðà, âèìèêà÷à, ç’єäíóâàëüíèõ ïðîâіäíèêіâ. Âіäïîâіäü: ñõåìó åëåêòðè÷íîãî êîëà ïîêàçàíî íà ìàëþíêó 157. Ðіâåíü À 184. ×è ìîæå ïðîõîäèòè åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó êîëі, ó ÿêîìó íåìàє âèìèêà÷à? 185. Íà ìàëþíêó 158 ïîêàçàíî ðіçíі äæåðåëà ñòðóìó. ßê íàçèâàþòü êîæíå іç öèõ äæåðåë? Äå їõ âèêîðèñòîâóþòü? 186. Ðîçãëÿíüòå êèøåíüêîâèé ëіõòàðèê. Íàêðåñëіòü ñõåìó éîãî åëåêòðè÷íîãî êîëà. 187. Åëåêòðè÷íå êîëî ñêëàäàєòüñÿ ç åëåêòðîäâèãóíà і ëàìïè. Äæåðåëîì ñòðóìó â íüîìó ñëóãóє áàòàðåÿ àêóìóëÿòîðіâ. Íàêðåñëіòü ñõåìó öüîãî êîëà. 188. Ó ÿêîìó äæåðåëі ñòðóìó íà åëåêòðè÷íó åíåðãіþ ïåðåòâîðþєòüñÿ: à) õіìі÷íà; á) òåïëîâà; â) ñâіòëîâà åíåðãіÿ? 189. ßê òðåáà ç’єäíàòè ïðîâîäàìè ïîëþñè äæåðåë ñòðóìó, çîáðàæåíі íà ìàëþíêó 159, ùîá ñêëàñòè ç íèõ áàòàðåþ äëÿ ÿñêðàâіøîãî ñâіòіííÿ ëàìïè?

Мал. 158

Мал. 159

190. Ó ÿêîìó íàïðÿìêó ðóõàòèìåòüñÿ â åëåêòðè÷íîìó ïîëі ìіæ äâîìà ïðîòèëåæíî çàðÿäæåíèìè ïàðàëåëüíèìè ïëàñòèíàìè: åëåêòðîí, ïîçèòèâíèé éîí, íåãàòèâíèé éîí? Ðіâåíü Á 191. Åëåêòðè÷íå ïîëå ïîøèðþєòüñÿ ó âàêóóìі çі øâèäêіñòþ 300 000 êì/ñ. Çà ÿêèé ÷àñ âîíî ïîøèðèòüñÿ íà âіäñòàíü, ùî äîðіâíþє çåìíîìó åêâàòîðó (ñåðåäíіé ðàäіóñ Çåìëі RÇ = 6,4 ∙ 106 ì), òà íà âіäñòàíü âіä Çåìëі äî Ñîíöÿ (RÇÑ = 1,5 ∙ 1011 ì)? 113

ÐÎÇÄІË 2

192. Íà ÿêó âіäñòàíü ïåðåìіñòèòüñÿ åëåêòðîí âіä äæåðåëà ñòðóìó çà 1 ãîä, ÿêùî øâèäêіñòü éîãî ðóõó ïðîòè íàïðÿìêó åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ ó ïðîâіäíèêó äîðіâíþє 0,006 ñì/ñ? 193. Ñêëàäіòü ç âèìèêà÷à, åëåêòðè÷íîї ëàìïè, ìіêðîåëåêòðîäâèãóíà, ç’єäíóâàëüíèõ ïðîâîäіâ åëåêòðè÷íå êîëî. Íàêðåñëіòü ñõåìó êîëà. 194. Ïîòðіáíî çàðÿäèòè àêóìóëÿòîð âіä äæåðåëà ñòðóìó. Íà ìàëþíêó 160 ïîêàæіòü, ÿêèé ç ïðîâîäіâ, ùî éäóòü âіä êëåì àêóìóëÿòîðà, òðåáà ïðèєäíàòè äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà ñòðóìó, à ÿêèé – äî íåãàòèâíîãî. 195. ×îìó àêóìóëÿòîðè íàçèâàþòü іíîäі âòîðèííèìè åëåìåíòàìè? Мал. 160 196. Åëåêòðè÷íå êîëî ñêëàäàєòüñÿ ç ãàëüâàíі÷íîãî åëåìåíòà, åëåêòðè÷íîї ëàìïè, âèìèêà÷à, ç’єäíóâàëüíèõ ïðîâіäíèêіâ. ßêà äіÿ ñòðóìó ñâіä÷èòü ïðî òå, ùî êîëî çàìêíóòå? Íàìàëþéòå ñõåìó åëåêòðè÷íîãî êîëà. 197. Óêàæіòü, ÿêà äіÿ ñòðóìó âèêîðèñòîâóєòüñÿ â êîæíîìó ç ïåðåëі÷åíèõ âèïàäêіâ: à) ïðèãîòóâàííÿ їæі íà åëåêòðîïëèòі; á) îñâіòëåííÿ êіìíàòè ëàìïîþ äåííîãî ñâіòëà; â) õðîìóâàííÿ òà íіêåëþâàííÿ äåòàëåé; ã) íàãðіâàííÿ âîäè åëåêòðè÷íèì êèï’ÿòèëüíèêîì; ä) ïіäíіìàííÿ äåòàëåé çà äîïîìîãîþ åëåêòðîìàãíіòó. 198. Ó ÿêіé ç ïîñóäèí (ìàë. 161, à, á) ìіñòèòüñÿ äèñòèëüîâàíà âîäà (âîäà, çâіëüíåíà âіä äîìіøîê)?

б Мал. 161

199. Âіäêðèòòÿ ôðàíöóçüêîãî ôіçèêà Ôðàíñóà Àðàãî (1820 ð.) ïîëÿãàëî â íàñòóïíîìó: ÿêùî òîíêèé ìіäíèé ïðîâіä, ç’єäíàíèé ç äæåðåëîì ñòðóìó, çàíóðèòè ó ñòàëåâі îøóðêè, òî âîíè ïðèëèïàþòü äî íüîãî. ßê ïîÿñíèòè öå ÿâèùå? 200. ×è ìàє çíà÷åííÿ äëÿ òåïëîâîї äії åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó éîãî íàïðÿìîê? 201. Íàêðåñëіòü ñõåìè çàðÿäæàííÿ і ðîçðÿäæàííÿ àêóìóëÿòîðà, óêàæіòü äëÿ îáîõ âèïàäêіâ íàïðÿìîê åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âñåðåäèíі і çîâíі àêóìóëÿòîðà.

114

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

§ 26. СИЛА СТРУМУ. АМПЕРМЕТР

îñëіäè ïîêàçàëè, ùî áіëüøå åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ ïðîõîäèòü ÷åðåç ïðîâіäíèê çà ïåâíèé ÷àñ, òî áіëüøå ïðîÿâëÿþòüñÿ äії åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó – òåïëîâà, õіìі÷íà, ìàãíіòíà, ìåõàíі÷íà òà ñâіòëîâà. Ùî áіëüøå çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê ïåðåìіùóєòüñÿ âіä îäíîãî ïîëþñà äæåðåëà ñòðóìó äî іíøîãî, òî áіëüøèé çàãàëüíèé çàðÿä ïåðåíîñèòüñÿ ÷àñòèíêàìè. Åëåêòðè÷íèé çàðÿä, ùî ïðîõîäèòü ÷åðåç ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç (öå óÿâíèé ïîïåðå÷íèé ðîçðіç) ïðîâіäíèêà çà îäèíèöþ ÷àñó, âèçíà÷àє ñèëó ñòðóìó â êîëі. Ñèëà ñòðóìó – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ÿêà õàðàêòåðèçóє åëåêòðè÷íèé ñòðóì і âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ùî ïðîéøîâ ÷åðåç ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà, äî ÷àñó éîãî ïðîõîäæåííÿ. Ñèëó ñòðóìó ïîçíà÷àþòü âåëèêîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ І і âèçíà÷àþòü çà ôîðìóëîþ: äå q – åëåêòðè÷íèé çàðÿä, ùî ïðîéøîâ ÷åðåç ïðîâіäíèê çà ÷àñ t. Çà îäèíèöþ ñèëè ñòðóìó ïðèéíÿòî îäèí àìïåð (1 À). Öþ îäèíèöþ íàçâàíî íà ÷åñòü ôðàíöóçüêîãî ôіçèêà Àíäðå-Ìàðі Àìïåðà. Íà Ìіæíàðîäíіé êîíôåðåíöії ç ìіð òà âàã ó 1948 ð. áóëî âèðіøåíî çà îñíîâó âèçíà÷åííÿ îäèíèöі ñèëè ñòðóìó áðàòè ÿâèùå âçàєìîäії äâîõ ïðîâіäíèêіâ çі ñòðóìîì. Äîñëіä 1. Âіçüìåìî äâà ãíó÷êèõ ïðÿìèõ ïðîâіäíèêè, ðîçìіñòèìî їõ ïàðàëåëüíî îäèí îäíîìó òà ïðèєäíàєìî äî äæåðåëà ñòðóìó. Ïіä ÷àñ çàìèêàííÿ êîëà ó ïðîâіäíèêàõ ïðîõîäèòü åëåêòðè÷íèé ñòðóì, óíàñëіäîê ÷îãî âîíè âçàєìîäіþòü ìіæ ñîáîþ – ïðèòÿãóþòüñÿ, ÿêùî íàïðÿìîê ñòðóìó â íèõ îäíàêîâèé (ìàë. 162, à), àáî âіäøòîâõóþòüñÿ, ÿêùî íàïðÿìîê ïðîòèëåæíèé (ìàë. 162, á). Öåé äîñëіä óïåðøå âèêîíàâ Àìïåð. Âіí âèìіðÿâ ñèëó âçàєìîäії ïðîâіäíèêіâ çі ñòðóìîì. Âèÿâèëîñÿ, ùî öÿ ñèëà çàëåæèòü âіä äîâæèíè ïðîâіäíèêіâ, âіäñòàíі ìіæ íèìè, ñåðåäîâèùà, ó ÿêîìó âîíè ðîçìіùåíі, òà âіä ñèëè ñòðóìó â ïðîâіäíèêàõ. Àìïåð âèçíà÷èâ, ùî äâà äóæå òîíêèõ і äîâãèõ ïàðàëåëüíèõ ïðîâіäíèêè çàâäîâæêè 1 ì ó áåçïîâіòðÿíîìó ïðîñòîðі (âàêóóìі), âіäñòàíü ìіæ ÿêèìè äîðіâíþє 1 ì, ñèëà ñòðóìó â êîæíîìó ç íèõ îäíàêîâà, âçàєìîäіþòü ìіæ ñîáîþ іç ñèëîþ 0,0000002 Í.

б Мал. 162

115

ÐÎÇÄІË 2

Îäèí àìïåð (1 À) – ñèëà ñòðóìó, ÿêèé, ïðîõîäÿ÷è ó äâîõ ïàðàëåëüíèõ ïðÿìîëіíіéíèõ íåñêіí÷åííîї äîâæèíè òîíêèõ ïðîâіäíèêàõ, ùî ðîçìіùåíі ó âàêóóìі íà âіäñòàíі 1 ì îäèí âіä îäíîãî, ñïðè÷èíÿє íà êîæíіé äіëÿíöі ïðîâіäíèêà çàâäîâæêè 1 ì ñèëó âçàєìîäії 2 ∙ 10–7 Í. Çàñòîñîâóþòü òàêîæ ÷àñòèííі òà êðàòíі îäèíèöі ñèëè ñòðóìó: ìіëіàìïåð (ìÀ), ìіêðîàìïåð (ìêÀ), êіëîàìïåð (êÀ): 1 ìÀ  1 ∙ 10–3 À; 1 ìêÀ  1 ∙ 10–6 À; 1 êÀ  1 ∙ 103 À. ×åðåç îäèíèöþ ñèëè ñòðóìó 1 À âèçíà÷àþòü îäèíèöþ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Îñêіëüêè

, òî q  It. Ïîêëàâøè, ùî І  1 A, t  1 ñ, îòðèìàєìî

îäèíèöþ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó – îäèí êóëîí (1 Êë). 1 êóëîí  1 àìïåð ∙ 1 ñåêóíäà, àáî 1 Êë  1 À ∙ 1 ñ  1 À ∙ ñ. Ç âèçíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó âèïëèâàє, ùî ïðè ñèëі ñòðóìó 1 À ÷åðåç ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà ùîñåêóíäè ïðîõîäèòü åëåêòðè÷íèé çàðÿä 1 Êë, òîáòî 1 À  1 Êë/1 ñ. Çíàþ÷è çàðÿä åëåêòðîíà, íåâàæêî âèçíà÷èòè, ùî ïðè ñèëі ñòðóìó 1 À ÷åðåç ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà ïðîõîäèòü 6,25 ∙ 1018 åëåêòðîíіâ ùîñåêóíäè. Äіàïàçîí (ìåæі) çíà÷åíü ñèëè ñòðóìó, ç ÿêèìè äîâîäèòüñÿ çóñòðі÷àòèñÿ ó ôіçèöі, íåâåëèêèé ïîðіâíÿíî ç іíøèìè âåëè÷èíàìè і ñòàíîâèòü âіä 10–6 (0,000001) äî 105 (100 000) À. Â åëåêòðè÷íèõ ëàìïàõ, íàãðіâàëüíèõ ïðèëàäàõ, äå âèêîðèñòîâóєòüñÿ òåïëîâà äіÿ ñòðóìó, ñèëà ñòðóìó äîñÿãàє êіëüêîõ àìïåðіâ. Ïіä ÷àñ åëåêòðîçâàðþâàííÿ, êîëè ïîòðіáíî ðîçіãðіòè ìåòàëè äî âèñîêîї òåìïåðàòóðè, ñèëà ñòðóìó íàáóâàє çíà÷åííÿ êіëüêîõ òèñÿ÷ àìïåð. Ùå áіëüøà ñèëà ñòðóìó (ó ñîòíі òèñÿ÷ àìïåðіâ) âèíèêàє ïіä ÷àñ áëèñêàâêè, âіä ÷îãî ïîâіòðÿ ðîçіãðіâàєòüñÿ äî òåìïåðàòóðè 20 000 Ñ; çà äóæå êîðîòêèé ÷àñ (äî 10–4 ñ) éîãî òèñê ïіäâèùóєòüñÿ äî 300 àòì (3,03 ∙ 107 Ïà), ùî âіäïîâіäàє іíòåíñèâíîìó àêóñòè÷íîìó óäàðó – ìè ÷óєìî ãðіì. Õіìі÷íà äіÿ ñòðóìó âèêîðèñòîâóєòüñÿ ïіä ÷àñ çàðÿäæàííÿ àêóìóëÿòîðіâ, õðîìóâàííÿ òà íіêåëþâàííÿ äåòàëåé і âèðîáіâ, åëåêòðîõіìі÷íîãî äîáóâàííÿ ìåòàëіâ. Ñèëà ñòðóìó ïіä ÷àñ öèõ ïðîöåñіâ ñòàíîâèòü âіä êіëüêîõ àìïåðіâ (çàðÿäæàííÿ àêóìóëÿòîðіâ) äî ñîòåíü і íàâіòü òèñÿ÷ àìïåðіâ (äîáóâàííÿ ÷èñòèõ ìåòàëіâ). Ìàãíіòíà äіÿ ñòðóìó âèêîðèñòîâóєòüñÿ â åëåêòðîìàãíіòàõ, äâèãóíàõ òîùî. Äëÿ ðîáîòè ïîòóæíèõ äâèãóíіâ ñèëà ñòðóìó ìàє ñòàíîâèòè ñîòíі àìïåðіâ. Ó òàáëèöі 9 íàâåäåíî çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó â äåÿêèõ òåõíі÷íèõ ïðèñòðîÿõ і ïðèëàäàõ. Ñèëà ñòðóìó â ðіçíèõ òåõíі÷íèõ ïðèñòðîÿõ і ïðèëàäàõ Пристрій Електронний мікроскоп

0,00001

Рентгенівська установка

0,02–0,1

Електробритва

116

Сила струму, А

0,08

Òàáëèöÿ 9

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Ïðîäîâæåííÿ òàáëèöі 9 Пристрій

Сила струму, А

Електричний ліхтарик

0,3

Велосипедний генератор

0,3

Електрична лампа

0,3–0,4

Пилосос

1,9–4,2

Електроплита

3–4

Генератор автомобіля

17–30

Двигун тролейбуса

160–220

Двигун електровоза

350

Апарат для контактного зварювання

10 000

Äëÿ âèìіðþâàííÿ ñèëè ñòðóìó â êîëі âèêîðèñòîâóþòü ïðèëàä – àìïåðìåòð (ìàë. 163). Øêàëà àìïåðìåòðà íà ìàëþíêó 163, à ïðîãðàäóéîâàíà â àìïåðàõ (À), à íà ìàëþíêó 163, á – ó ìіêðîàìïåðàõ (óêð. ïîçíà÷åííÿ – ìêÀ, ìіæíàð. μÀ). Íà øêàëàõ âіäïîâіäíî íàïèñàíî ëіòåðè À і μÀ. Íà ñõåìàõ àìïåðìåòð çîáðàæàþòü ëіòåðîþ À â êîëі (ìàë. 164). Áóäü-ÿêèé âèìіðþâàëüíèé ïðèëàä ïіä ÷àñ âìèêàííÿ â êîëî íå ïîâèíåí âïëèâàòè íà çíà÷åííÿ âèìіðþâàíîї âåëè÷èíè. Òîìó àìïåðìåòð ïîáóäîâàíî òàê, ùî ïðè âìèêàííі éîãî â êîëî ñèëà ñòðóìó â êîëі ìàéæå íå çìіíþєòüñÿ. Àìïåðìåòð êîíñòðóþþòü òàê, ùîá éîãî åëåêòðè÷íèé îïіð áóâ ÿêîìîãà ìåíøèé (ïðî åëåêòðè÷íèé îïіð äіçíàєòåñÿ òðîõè çãîäîì). Ùîá âèìіðÿòè ñèëó ñòðóìó â êîëі, àìïåðìåòð âìèêàþòü ó êîëî ïîñëіäîâíî çà òèì ïðèëàäîì, ñèëó ñòðóìó â ÿêîìó âèìіðþþòü. Äëÿ öüîãî òðåáà «ðîçіðâàòè» êîëî, òîáòî âіä’єäíàòè âіä ïðèëàäó îäèí ç ïðîâіäíèêіâ, ïðèєäíàíèõ äî íüîãî, і ó ïðîìіæîê, ùî óòâîðèòüñÿ, ââіìêíóòè àìïåðìåòð çà äîïîìîãîþ äâîõ êëåì àáî çàòèñêà÷іâ, ðîçòàøîâàíèõ íà éîãî êîðïóñі. Áіëÿ îäíієї ç êëåì àìïåðìåòðà ñòîїòü çíàê «ïëþñ» («+»), áіëÿ äðóãîї – «ìіíóñ» (іíîäі

б Мал. 163

Мал. 164

117

ÐÎÇÄІË 2

Мал. 165

Мал. 166

«–» íå âêàçóþòü). Êëåìó çі çíàêîì «+» òðåáà îáîâ’ÿçêîâî ç’єäíóâàòè ç ïðîâîäîì, ùî âіäõîäèòü âіä ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà ñòðóìó. Îñêіëüêè çà çàêîíîì çáåðåæåííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó êіëüêіñòü çàðÿäіâ, ùî íàäõîäèòü ó êîëî ç îäíîãî ç ïîëþñіâ äæåðåëà ñòðóìó, äîðіâíþє êіëüêîñòі çàðÿäіâ, ùî ïîâåðòàþòüñÿ íà äðóãèé ïîëþñ äæåðåëà, òî ñèëà ñòðóìó îäíàêîâà â ðіçíèõ äіëÿíêàõ êîëà ç ïîñëіäîâíî ç’єäíàíèõ ïðèëàäіâ. Òîìó, ùîá âèìіðÿòè ñèëó ñòðóìó â òàêîìó êîëі, àìïåðìåòð ìîæíà âìèêàòè â áóäü-ÿêîìó ìіñöі, éîãî ïîêàçè áóäóòü çàâæäè îäíàêîâі. Äîñëіä 2. Ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî (ìàë. 165) і âèìіðÿєìî ñèëó ñòðóìó â ñïіðàëі ëàìïè êèøåíüêîâîãî ëіõòàðèêà. Ñèëà ñòðóìó äîðіâíþє 0,2 À. Ó òåõíіöі âèêîðèñòîâóþòü ðіçíîìàíіòíі àìïåðìåòðè. Çà їõíіìè øêàëàìè àáî іíøèìè ïîçíà÷åííÿìè âèäíî, íà ÿêó íàéáіëüøó ñèëó ñòðóìó âîíè ðîçðàõîâàíі. Ïåðåâèùóâàòè öþ ñèëó ñòðóìó íå ìîæíà, áî ïðèëàä ìîæå çіïñóâàòèñÿ. Íà ïðàêòèöі òàêîæ âèêîðèñòîâóþòü àìïåðìåòðè іç öèôðîâèìè іíäèêàòîðàìè. Íàïðèêëàä, íà ìàëþíêó 166 ïîêàçàíî, ùî âèìіðÿíà òàêèì àìïåðìåòðîì ñèëà ñòðóìó â êîëі äîðіâíþє 197,1 ìÀ. Ñó÷àñíèìè àìïåðìåòðàìè ìîæíà âèìіðþâàòè ñòðóìè äî 105 À. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Що таке сила струму? Поясніть, чому термін «сила струму» в принципі не можна вважати вдалим. Яке явище використовується для визначення одиниці сили струму? Що прийнято за одиницю сили струму? Як називають цю одиницю? Яким приладом вимірюють силу струму? У яких одиницях градуюють шкалу амперметра? Як вмикають амперметр в електричне коло?

§ 27. ЕЛЕКТРИЧНА НАПРУГА. ВОЛЬТМЕТР

Ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ, ÿêå ñòâîðþєòüñÿ äæåðåëîì ñòðóìó, çàðÿ-

äæåíі ÷àñòèíêè ðóõàþòüñÿ ïî ïðîâіäíèêó. Ïðè öüîìó âèêîíóєòüñÿ ðîáîòà: ðîçæàðþєòüñÿ ñïіðàëü åëåêòðîëàìïè, íàãðіâàєòüñÿ åëåêòðîïëèòêà, ïðàð 118

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

öþє åëåêòðè÷íèé äâèãóí òîùî. Öå ñâіä÷èòü ïðî òå, ùî ãîëîâíó ðîëü ó ïðîõîäæåííі åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â ïðîâіäíèêàõ âіäіãðàє åëåêòðè÷íå ïîëå. Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ ââîäÿòü ôіçè÷íó âåëè÷èíó, ÿêó íàçèâàþòü åëåêòðè÷íîþ íàïðóãîþ, àáî íàïðóãîþ. Íàïðóãà – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ íà ïåâíіé äіëÿíöі êîëà äî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ùî ïðîéøîâ ïî öіé äіëÿíöі. Âîíà õàðàêòåðèçóє åëåêòðè÷íå ïîëå, ÿêå ñòâîðþє ñòðóì. Íàïðóãó ïîçíà÷àþòü âåëèêîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ U і âèçíà÷àþòü її çà ôîðìóëîþ: , äå À – ðîáîòà, âèêîíàíà åëåêòðè÷íèì ïîëåì ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó; q – çíà÷åííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ïåðåíåñåíîãî ñòðóìîì. Îäèíèöåþ íàïðóãè є îäèí âîëüò (1 Â). Âîíà íàçâàíà íà ÷åñòü іòàëіéñüêîãî â÷åíîãî Àëåññàíäðî Âîëüòà, ÿêèé ñòâîðèâ ïåðøèé ãàëüâàíі÷íèé åëåìåíò. Îäèí âîëüò (1 Â) – öå òàêà íàïðóãà íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà, ïðè ÿêіé ðîáîòà ùîäî ïåðåìіùåííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó îäèí êóëîí (1 Êë) ïî öüîìó ïðîâіäíèêó äîðіâíþє îäíîìó äæîóëþ (1 Äæ). 1 Â  1 Äæ/1 Êë  1 Äæ/Êë. Çàñòîñîâóþòü òàêîæ ÷àñòèííі òà êðàòíі îäèíèöі íàïðóãè: ìіëіâîëüò (ìÂ) і êіëîâîëüò (êÂ). 1 ìÂ  0,001 Â; 1 êÂ  1000 Â. Åëåêòðè÷íі ïðèëàäè ïðàöþþòü ïðè ðіçíіé íàïðóçі. Òàê, ïіä ÷àñ êîíòàêòíîãî çâàðþâàííÿ íàïðóãà ñòàíîâèòü 0,1 Â, ïîáóòîâі ïðèëàäè ïðàöþþòü ïðè íàïðóçі 220 Â, ïîòóæíі äâèãóíè – ïðè íàïðóçі 380 Â, à äâèãóíè åëåêòðîâîçà – ïðè íàïðóçі 1500 Â. Ðіçíі äæåðåëà ñòðóìó õàðàêòåðèçóþòüñÿ ðîáî÷îþ íàïðóãîþ. Ó ãàëüâàíі÷íîìó åëåìåíòі é àêóìóëÿòîðі (õіìі÷íèõ äæåðåëàõ ñòðóìó) çíà÷åííÿ íàïðóãè íåâåëèêå. ßêùî â ãàëüâàíі÷íîìó åëåìåíòі ìіäíèé і çàëіçíèé åëåêòðîäè, òî íàïðóãà 0,78 Â, ìіäíèé і öèíêîâèé – 1,1 Â, ñðіáíèé і öèíêîâèé – 1,56 Â. Ñåðåäíÿ íàïðóãà ñâèíöåâîãî êèñëîòíîãî àêóìóëÿòîðà ñòàíîâèòü 2 Â, à çàëіçî-íіêåëåâîãî ëóæíîãî – 1,25 Â. Òåðìîåëåìåíòè (òåðìîïàðè) òà ôîòîåëåìåíòè (ñîíÿ÷íà áàòàðåÿ) ñòâîðþþòü ùå ìåíøі íàïðóãè. Íàïðèêëàä, òåðìîåëåìåíò іç ãðàôіòó òà êàðáіäó òèòàíó ïðè íàãðіâàííі ñïàþ äî 1000 Ñ ñòâîðþє íàïðóãó 52 ìÂ (0,052 Â). Ñîíÿ÷íà êðåìíієâà áàòàðåÿ ïëîùåþ 160 ñì2 ïðè îñâіòëåííі ñîíÿ÷íèìè ïðîìåíÿìè äàє 2 Â. Ùîá îòðèìàòè áіëüøі íàïðóãè, ãàëüâàíі÷íі åëåìåíòè, àêóìóëÿòîðè, òåðìî- і ôîòîåëåìåíòè ç’єäíóþòü ó áàòàðåї. Ó òàáëèöі 10 íàâåäåíî çíà÷åííÿ íàïðóãè â äåÿêèõ òåõíі÷íèõ ïðèñòðîÿõ і ïðèëàäàõ. 119

ÐÎÇÄІË 2

Íàïðóãà â ðіçíèõ òåõíі÷íèõ ïðèñòðîÿõ і ïðèëàäàõ Пристрій, прилад

Òàáëèöÿ 10

Напруга, В

Електронний мікроскоп

130 000

Рентгенівська установка

70 000–200 000

Електробритва

220

Електричний ліхтарик

4,5

Велосипедний генератор

7,2

Електрична лампа

220

Пилосос

220

Електроплита

220

Генератор автомобіля

Двигун тролейбуса

550

Двигун електровоза

1500

Апарат для контактного зварювання

0,1

Äëÿ âèìіðþâàííÿ íàïðóãè â åëåêòðè÷íèõ êîëàõ âèêîðèñòîâóþòü ïðèëàä – âîëüòìåòð (ìàë. 167, à – äëÿ øêіëüíèõ äîñëіäіâ, á – äëÿ ëàáîðàòîðíèõ ðîáіò). Ùîá âіäðіçíèòè âîëüòìåòðè âіä àìïåðìåòðіâ àáî іíøèõ åëåêòðè÷íèõ âèìіðþâàëüíèõ ïðèëàäіâ, íà їõ øêàëàõ ñòàâëÿòü ëіòåðó V. Íà ñõåìàõ âîëüòìåòð çîáðàæàþòü ëіòåðîþ V ó êîëі (ìàë. 167, â). в

б Мал. 167

120

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ßê і â àìïåðìåòðà, áіëÿ îäíîãî çàòèñêà÷à âîëüòìåòðà ñòàâëÿòü çíàê «+». Öåé çàòèñêà÷ òðåáà îáîâ’ÿçêîâî ç’єäíóâàòè ç ïðîâîäîì, ùî éäå âіä ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà ñòðóìó. Іíàêøå ñòðіëêà ïðèëàäó âіäõèëÿòèìåòüñÿ ó çâîðîòíèé áіê, і âіí ìîæå çіïñóâàòèñÿ, òîáòî ñëіä âðàõîâóâàòè íàïðÿìîê åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Âîëüòìåòð óìèêàþòü іíàêøå, íіæ àìïåðìåòð. Мал. 168 Äîñëіä 2. Âèìіðÿєìî íàïðóãó, ÿêó äàє áàòàðåÿ ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ (ìàë. 168). Íàïðóãà íà ïîëþñàõ áàòàðåї ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ ñòàíîâèòü 4,4 Â. Çàóâàæåííÿ: ó æîäíîìó ðàçі òàê íå ìîæíà âìèêàòè àìïåðìåòð, òîìó ùî âіí âèéäå ç ëàäó! Ïðèєäíàєìî òåïåð âîëüòìåòð äî îäíîãî іç çàòèñêà÷іâ âèìèêà÷à òà ëàìïè. Âîëüòìåòð íі÷îãî íå ïîêàçóâàòèìå (ìàë. 169, à). À ÿêùî ïðèєäíàòè âîëüòìåòð äî îáîõ çàòèñêà÷іâ ëàìïè, òî âіí ïîêàæå, ÿêà íàïðóãà ïîäàєòüñÿ íà ëàìïó (ìàë. 169, á). Öÿ íàïðóãà äîðіâíþє 4 Â.

Мал. 169

Âîëüòìåòð ñëіä ïðèєäíóâàòè ïàðàëåëüíî äî äіëÿíêè êîëà, íà ÿêіé ïîòðіáíî âèìіðÿòè íàïðóãó, òîáòî çàòèñêà÷і âîëüòìåòðà òðåáà ïðèєäíàòè äî òèõ òî÷îê êîëà, ìіæ ÿêèìè ñëіä âèìіðÿòè íàïðóãó. Ïðè öüîìó ÷åðåç âîëüòìåòð ïðîõîäèòü ïåâíèé ñòðóì ç êîëà, ùî âèêëèêàє çìіíó çíà÷åííÿ íàïðóãè â òî÷êàõ ïðèєäíàííÿ. Ùîá öÿ çìіíà áóëà ÿêîìîãà ìåíøîþ, òðåáà, ùîá åëåêòðè÷íèé îïіð âîëüòìåòðà áóâ ÿêîìîãà áіëüøèé (ïðî åëåêòðè÷íèé îïіð äіçíàєòåñÿ òðîõè çãîäîì). Íà ïðàêòèöі âèêîðèñòîâóþòü òàêîæ âîëüòìåòðè іç öèôðîâèìè іíäèêàòîðàìè. Âèìіðÿâøè íàïðóãó â åëåêòðîìåðåæі, áà÷èìî, ùî âîíà äîðіâíþє 209 Â (ìàë. 170). Ñó÷àñíèìè âîëüòìåòðàìè ìîæíà âèìіðþâàòè íàïðóãó äî 106 Â. Мал. 170 121

ÐÎÇÄІË 2

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ У деяких риб є органи, які виробляють електричний струм. Наприклад, електричний сом дає розряди напругою до 360 В, електричний скат – до 220 В, електричний вугор – до 650 В, сила струму при цьому може доходити до 2 А. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Що таке електрична напруга? Як можна визначити напругу, знаючи роботу струму й електричний заряд? Що прийнято за одиницю напруги? Як називають цю одиницю? Яким приладом вимірюють напругу? У яких одиницях градуюють шкалу вольтметра? Поясніть, як вмикають вольтметр в електричне коло. Чому вольтметр вмикають паралельно до ділянки кола?

§ 28. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ОПІР ПРОВІДНИКІВ. ОДИНИЦІ ОПОРУ

è âæå çíàєòå, ùî åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó êîëі – öå âïîðÿäêîâàíèé ðóõ çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê â åëåêòðè÷íîìó ïîëі. Ùî ñèëüíіøà äіÿ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ íà çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè, ÿêі â íüîìó ðóõàþòüñÿ, òî áіëüøà ñèëà ñòðóìó â êîëі. Âîäíî÷àñ äіÿ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ õàðàêòåðèçóєòüñÿ íàïðóãîþ. Îòæå, ïîñòàє çàïèòàííÿ: ÷è çàëåæèòü ñèëà ñòðóìó â ïðîâіäíèêó âіä íàïðóãè íà éîãî êіíöÿõ? Äîñëіä 1. Ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî, âèêîðèñòîâóþ÷è ãàëüâàíі÷íèé åëåìåíò, àìïåðìåòð, ñïіðàëü âіä ìàãàçèíó îïîðіâ, äî ÿêîї ïàðàëåëüíî ïðèєäíàíî âîëüòìåòð, і êëþ÷ (ìàë. 171). Çàìêíåìî êîëî і çàôіêñóєìî ïîêàçè ïðèëàäіâ (ìàë. 171, à). Ïîòіì äî ãàëüâàíі÷íîãî åëåìåíòà ïîñëіäîâíî ïðèєäíàєìî òàêèé ñàìèé ãàëüâàíі÷íèé åëåìåíò і çíîâó çàìêíåìî êîëî. Ìè ïîáà÷èìî, ùî íàïðóãà íà ñïіðàëі ïðè öüîìó çáіëüøèëàñÿ âäâі÷і, é àìïåðìåòð ïîêàçóє âäâі÷і áіëüøó ñèëó ñòðóìó (ìàë. 171, á). ßêùî ç’єäíàòè ïîñëіäîâíî òðè åëåìåíòè, òî íàïðóãà íà ñïіðàëі çáіëüøèòüñÿ âòðè÷і, ó ñòіëüêè ñàìî ðàçіâ çáіëüøèòüñÿ і ñèëà ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîëі.

б Мал. 171

122

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 172

Мал. 173

Ãðàôі÷íî öå ìîæíà çîáðàçèòè òàê (ìàë. 172). Íà ãîðèçîíòàëüíіé îñі ó âèáðàíîìó ìàñøòàáі âіäêëàäåìî çíà÷åííÿ íàïðóãè, à íà âåðòèêàëüíіé – âіäïîâіäíі їì çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó. Íàíåñåìî òî÷êè íà ïëîùèíó і îòðèìàєìî ãðàôіê ëіíіéíîї çàëåæíîñòі: ùî áіëüøà íàïðóãà ïðèêëàäåíà äî äіëÿíêè êîëà, òî áіëüøèé ñòðóì ó êîëі. Îòæå, ñèëà ñòðóìó â ïðîâіäíèêó ïðÿìî ïðîïîðöіéíà íàïðóçі íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà. Äîñëіä 2. Ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî (ìàë. 173). Ïіä ÷àñ éîãî çàìèêàííÿ àìïåðìåòð ïîêàçóє ïåâíå çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó. Âèìêíóâøè êëþ÷, ïðèєäíàєìî äî ëàìïè íіêåëіíîâèé äðіò çàâäîâæêè 1–2 ì. Çíîâó çàìêíåìî êîëî і ïîáà÷èìî, ùî ñèëà ñòðóìó â êîëі çìåíøèëàñÿ. ßêùî çàìіñòü íіêåëіíîâîãî äðîòó ââіìêíóòè â êîëî òàêèé ñàìèé çà ðîçìіðàìè íіõðîìîâèé äðіò, òî àìïåðìåòð ïîêàæå ùå ìåíøó ñèëó ñòðóìó. ßêùî ââіìêíóòè ìіäíó äðîòèíó òàêèõ ñàìèõ ðîçìіðіâ, òî ñèëà ñòðóìó â êîëі çáіëüøèòüñÿ. ßêùî ïіä ÷àñ çàìèêàííÿ êîëà ùîðàçó ïðèєäíóâàòè äî êіíöіâ öèõ ïðîâіäíèêіâ âîëüòìåòð, òî âіí ïîêàçóâàòèìå îäíàêîâó íàïðóãó. Îòæå, ñèëà ñòðóìó â êîëі çàëåæèòü íå òіëüêè âіä íàïðóãè, à é âіä âëàñòèâîñòåé ïðîâіäíèêіâ, óâіìêíåíèõ ó êîëî. Çàëåæíіñòü ñèëè ñòðóìó âіä âëàñòèâîñòåé ïðîâіäíèêà ïîÿñíþєòüñÿ òèì, ùî íàïðÿìëåíîìó ðóõó âіëüíèõ åëåêòðîíіâ ó ìåòàëåâîìó ïðîâіäíèêó ïðîòèäіþòü їõíі õàîòè÷íі çіòêíåííÿ ç éîíàìè êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê, ùî ïåðåáóâàþòü ó ñòàíі òåïëîâîãî ðóõó (òåïëîâèõ êîëèâàíü). Öÿ ïðîòèäіÿ ïðèçâîäèòü äî çìåíøåííÿ øâèäêîñòі íàïðÿìëåíîãî ðóõó çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê, òîáòî äî çìåíøåííÿ ñèëè ñòðóìó â êîëі. Âåëè÷èíó, ÿêà õàðàêòåðèçóє âëàñòèâіñòü ïðîâіäíèêà ïðîòèäіÿòè íàïðÿìëåíîìó ïåðåìіùåííþ âіëüíèõ çàðÿäіâ óñåðåäèíі íüîãî, íàçèâàþòü åëåêòðè÷íèì îïîðîì ïðîâіäíèêà. Ïðîâіäíèêè, ùî ìàþòü îäíàêîâі ãåîìåòðè÷íі ðîçìіðè (äîâæèíó і ïëîùó ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó), àëå âèãîòîâëåíі ç ðіçíèõ ìåòàëіâ, ìàþòü ðіçíі 123

ÐÎÇÄІË 2

çíà÷åííÿ åëåêòðè÷íîãî îïîðó, ùî ïîÿñíþєòüñÿ âіäìіííîñòÿìè â áóäîâі їõíіõ êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê. Åëåêòðè÷íèé îïіð ïîçíà÷àþòü âåëèêîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ R. Îäèíèöåþ åëåêòðè÷íîãî îïîðó â ÑІ є îäèí îì (1 Îì), її íàçâàíî òàê íà ÷åñòü íіìåöüêîãî ôіçèêà Ãåîðãà Îìà çà âàãîìèé âíåñîê ó äîñëіäæåííÿ çàêîíіâ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó â êîëàõ. Åëåêòðè÷íèé îïіð îäèí îì (1 Îì) ìàє òàêèé ïðîâіäíèê, ó ÿêîìó ïðîõîäèòü ñòðóì ñèëîþ îäèí àìïåð (1 À) ïðè íàïðóçі îäèí âîëüò (1 Â) íà éîãî êіíöÿõ. Íà ïðàêòèöі çàñòîñîâóþòü ùå òàêі îäèíèöі îïîðó: ìіëіîì (ìÎì), êіëîîì (êÎì), ìåãàîì (ÌÎì). 1 ìÎì  1 ∙ 10–3 Îì; 1 êÎì  1 ∙ 103 Îì; 1 ÌÎì  1 ∙ 106 Îì. Ñõåìè åëåêòðè÷íèõ і åëåêòðîííèõ ïðèëàäіâ ñêëàäàþòüñÿ іç ñóêóïíîñòі åëåêòðè÷íèõ êіë, ñèëà ñòðóìó і íàïðóãà â ÿêèõ çàëåæàòü âіä çíà÷åíü åëåêòðè÷íîãî îïîðó ñïåöіàëüíèõ äåòàëåé – ðåçèñòîðіâ ðіçíèõ êîíñòðóêöіé. Çíà÷åííÿ îïîðó ðåçèñòîðіâ ñòàíîâèòü âіä äåñÿòèõ ÷àñòîê îìà äî äåñÿòè òèñÿ÷ ìåãàîìіâ. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Як залежить сила струму в провіднику від напруги на кінцях провідника? 2. Опишіть досліди, які показують, що сила струму в електричному колі залежить від властивостей провідника. 3. Який опір прийнято за одиницю опору провідника? 4. Що є причиною електричного опору провідника? 5. Яку властивість провідника характеризує його електричний опір?

§ 29. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ОДНОРІДНОЇ ДІЛЯНКИ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА

ßâèùà, ùî âіäáóâàþòüñÿ â åëåêòðè÷íèõ êîëàõ, õàðàêòåðèçóþòüñÿ ôіçè÷-

íèìè âåëè÷èíàìè: ñèëîþ ñòðóìó, íàïðóãîþ òà îïîðîì, ÿêі ïåâíèì ÷èíîì ïîâ’ÿçàíі ìіæ ñîáîþ. Âè âæå çíàєòå, ùî ñèëà ñòðóìó â ïðîâіäíèêó ïðÿìî ïðîïîðöіéíà íàïðóçі íà éîãî êіíöÿõ. Óïåðøå ÿâèùà â åëåêòðè÷íèõ êîëàõ äîêëàäíî âèâ÷èâ Ãåîðã Îì. Ó 1826 ð. éîìó âäàëîñÿ åêñïåðèìåíòàëüíî âñòàíîâèòè çàëåæíіñòü ìіæ ñèëîþ ñòðóìó, íàïðóãîþ òà а îïîðîì â åëåêòðè÷íèõ êîëàõ. Öÿ çàëåæíіñòü âèÿâèëàñÿ äóæå âàæëèâîþ é îòðèìàëà íàçâó çàêîíó Îìà. Ùîá çðîçóìіòè éîãî ôіçè÷íèé çìіñò, âèêîíàєìî äîñëіäè. Äîñëіä 1. Âèêîðèñòîâóþ÷è äæåðåëî ñòðóìó, àìïåðìåòð, ñïіðàëü ç íіêåëіíîâîãî äðîòó (ðåçèñòîð), âîëüòìåòð, êëþ÷ і ç’єäíóâàëüíі ïðîâіäíèêè, ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî б Мал. 174 124

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

(ìàë. 174, à). Íà ìàëþíêó 174, á íàâåäåíî ñõåìó öüîãî êîëà. Àìïåðìåòð, óâіìêíóòèé â êîëî ïîñëіäîâíî, ïîêàçóâàòèìå ñèëó ñòðóìó, ùî ïðîõîäèòèìå ó ñïіðàëі. Âîëüòìåòð, ïðèєäíàíèé äî ñïіðàëі ïàðàëåëüíî, ïîêàçóâàòèìå íàïðóãó íà її êіíöÿõ. Îïіð ñïіðàëі íå çìіíþâàòèìåòüñÿ. Çàìêíåìî êëþ÷ òà çíіìåìî ïîêàçè âîëüòìåòðà é àìïåðìåòðà. Âîíè ñòàíîâèòèìóòü: U  4 Â; І  1 À. ßêùî çáіëüøèìî íàïðóãó âäâі÷і, òîáòî U  8 Â, òî àìïåðìåòð ïîêàæå ñèëó ñòðóìó âäâі÷і áіëüøó, òîáòî І  2 À. Ó õîäі äîñëіäó äîõîäèìî òàêîãî âèñíîâêó: ïðè ñòàëîìó îïîðі ïðîâіäíèêà ñèëà ñòðóìó, ùî ïðîõîäèòü ó íüîìó, ïðÿìî ïðîïîðöіéíà íàïðóçі íà éîãî êіíöÿõ.

б Мал. 175

Äîñëіä 2. Ñêëàäåìî òàêå ñàìå åëåêòðè÷íå êîëî, ÿê ó ïîïåðåäíüîìó äîñëіäі, òіëüêè çàìіñòü îäíієї íіõðîìîâîї äðîòèíè âìèêàòèìåìî ïî ÷åðçі äðîòèíè, ùî ìàþòü âіäïîâіäíî îïіð 1 Îì, 2 Îì, 4 Îì (ìàë. 175, à). Íàïðóãà íà êіíöÿõ êîæíîãî ïðîâіäíèêà ïіä ÷àñ äîñëіäó áóäå ñòàëîþ, êîíòðîëþâàòèìåìî її çíà÷åííÿ âåñü ÷àñ çà ïîêàçàìè âîëüòìåòðà. Ñèëó ñòðóìó â êîëі âèìіðþâàòèìåìî àìïåðìåòðîì. Ðåçóëüòàòè ïðîâåäåíèõ äîñëіäіâ âèÿâëÿòüñÿ òàêèìè: íàïðóãà íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêіâ ñòàíîâèëà 2 Â; êîëè âìèêàëè ïðîâіäíèê îïîðîì 1 Îì, ñèëà ñòðóìó â êîëі ñòàíîâèëà 2 À, 2 Îì – 1 À, 4 Îì – 0,5 À. Âіäêëàâøè öі çíà÷åííÿ íà îñÿõ êîîðäèíàò, ïîáóäóєìî ãðàôіê (ìàë. 175, á). Áà÷èìî, ùî öå ãіïåðáîëà, òîáòî: ùî áіëüøèé îïіð ïðîâіäíèêà, òî ìåíøèé ñòðóì ó íüîìó ïðîõîäèòü. Îòæå, äîõîäèìî âèñíîâêó, ùî ïðè ñòàëіé íàïðóçі ñèëà ñòðóìó â ïðîâіäíèêó îáåðíåíî ïðîïîðöіéíà éîãî îïîðó. Ïîєäíàâøè ðåçóëüòàòè îáîõ äîñëіäіâ, çàïèøåìî ôîðìóëó çàëåæíîñòі ñèëè ñòðóìó â ïðîâіäíèêó І âіä íàïðóãè íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà U і éîãî îïîðó R: . Öÿ ôîðìóëà é âèðàæàє çàêîí Îìà. Ñèëà ñòðóìó â îäíîðіäíіé äіëÿíöі åëåêòðè÷íîãî êîëà ïðÿìî ïðîïîðöіéíà íàïðóçі íà öіé äіëÿíöі é îáåðíåíî ïðîïîðöіéíà îïîðó öієї äіëÿíêè. Íà çàêîíі Îìà ґðóíòóєòüñÿ åêñïåðèìåíòàëüíèé ñïîñіá âèçíà÷åííÿ îïîðó ïðîâіäíèêà. Іç çàêîíó Îìà âèïëèâàє, ùî . 125

ÐÎÇÄІË 2

Îòæå, äëÿ âèçíà÷åííÿ îïîðó ïðîâіäíèêà ïîòðіáíî âèìіðÿòè íà íüîìó íàïðóãó, ïîòіì – ñèëó ñòðóìó â íüîìó, ïіñëÿ ÷îãî çíà÷åííÿ íàïðóãè ïîäіëèòè íà çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó. Іç öієї ôîðìóëè òàêîæ âèäíî, ùî îäèíèöÿ åëåêòðè÷íîãî îïîðó äîðіâíþє âіäíîøåííþ îäèíèöі íàïðóãè äî îäèíèöі ñòðóìó, òîáòî 1 Îì  1 Â/1 À  1 Â/À. ßêùî âіäîìі îïіð і ñèëà ñòðóìó íà äіëÿíöі êîëà, òî çàêîí Îìà äàє çìîãó ðîçðàõóâàòè íàïðóãó íà éîãî êіíöÿõ: U  IR. Ùîá âèçíà÷èòè íàïðóãó íà êіíöÿõ äіëÿíêè êîëà, ïîòðіáíî ñèëó ñòðóìó â öіé äіëÿíöі ïîìíîæèòè íà її îïіð.

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ Георг Ом після виходу книжки «Теоретичні дослідження електричних кіл», у якій він виклав свій закон, написав, що «рекомендує її добрим людям з теплим почуттям батька, не осліпленого мавпячою любов’ю до дітей, але який вдовольняється вказівкою на відкритий погляд, з яким його дитина дивиться на злий світ». Світ насправді виявився для нього злим, і вже через рік після виходу його праці в одному з журналів була опублікована стаття, у якій роботи Ома було піддано нищівній критиці. «Той, хто побожними очима дивиться на всесвіт, – говорилося в статті, – повинен відвернутися від цієї книжки, що є плодом непоправних оман, які переслідують єдину мету – применшити велич природи». Злісні й безпідставні нападки на Ома не пройшли безслідно. Теорію Ома не прийняли. І замість продовження наукових досліджень він повинен був затрачати час і енергію на полеміку зі своїми опонентами. В одному зі своїх листів Ом написав: «Народження “Електричних кіл” принесло мені невимовні страждання, і я готовий проклясти час їхнього зародження». Але це були тимчасові труднощі. Поступово теорія Ома здобула повного визнання у світі науки. Закон Ома вніс таку ясність у правила розрахунку струмів і напруг в електричних колах, що американський учений Дж. Генрі, довідавшись про відкриття Ома, не стримався від вигуку: «Коли я перший раз прочитав теорію Ома, то вона мені здалася блискавкою, що раптом освітила кімнату, занурену в морок». ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Як зміниться сила струму на ділянці кола, якщо при незмінному опорі збільшити напругу на її кінцях? 2. Як зміниться сила струму, якщо при незмінній напрузі збільшити опір ділянки кола? 3. Сформулюйте закон Ома. 4. Як за допомогою вольтметра і амперметра можна виміряти опір провідника? 5. За якою формулою визначається напруга, якщо відомі сила струму й опір даної ділянки? 6. Поясніть, чому формула для розрахунку опору провідника, отримана із закону Ома, не має фізичного змісту.

126

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. Ñèëà ñòðóìó â êîëі åëåêòðè÷íîї ëàìïè äîðіâíþє 0,3 À. Ñêіëüêè åëåêòðîíіâ ïðîéäå êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ñïіðàëі çà 5 õâ? Äàíî: І  0,3 À t  5 õâ  300 ñ å  –1,6 ∙ 10–19 Êë   3,14

Ðîçâ’ÿçàííÿ Çàðÿä, ùî ïðîéøîâ êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà çà ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó, âèçíà÷èìî çà ôîðìóëîþ: q  It.

N–? Ïîäіëèâøè öå çíà÷åííÿ íà åëåìåíòàðíèé çàðÿä, âèçíà÷èìî êіëüêіñòü åëåêòðîíіâ, ùî ïðîéøëè êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà: . Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ âіäîìèõ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: N  0,3 À ∙ 300 ñ/1,6 ∙ 10–19 Êë  5,6 ∙ 1020 åëåêòðîíіâ. Âіäïîâіäü: êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ñïіðàëі ïðîéäå 5,6 ∙ 1020 åëåêòðîíіâ. 2. ßêèé îïіð ìàє âîëüòìåòð, ðîçðàõîâàíèé íà 150 Â, ÿêùî ñèëà ñòðóìó â íüîìó íå ïîâèííà ïåðåâèùóâàòè 0,01 À? Äàíî: U  150 Â І  0,01 À R–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Îïіð âîëüòìåòðà âèçíà÷èìî çà çàêîíîì Îìà: .

Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ, îòðèìàєìî: R  150 Â : 0,01 À  15 000 Îì  15 êÎì. Âіäïîâіäü: îïіð âîëüòìåòðà äîðіâíþє 15 êÎì. 3. Ùî çìіíèëîñÿ íà äіëÿíöі êîëà, ÿêùî ââіìêíåíèé ïîñëіäîâíî ç íåþ àìïåðìåòð ïîêàçóє çáіëüøåííÿ ñèëè ñòðóìó? Âіäïîâіäü: ïіäâèùèëàñÿ íàïðóãà àáî çìåíøèâñÿ îïіð. Ðіâåíü À 202. Ñèëà ñòðóìó â êîëі åëåêòðè÷íîї ïëèòêè äîðіâíþє 1,4 À. ßêèé åëåêòðè÷íèé çàðÿä ïðîõîäèòü êðіçü ñïіðàëü çà 10 õâ? 203. Îá÷èñëіòü ñèëó ñòðóìó â ïðîâіäíèêó, êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ÿêîãî çà îäíó õâèëèíó ïðîõîäèòü çàðÿä 36 Êë. 204. Ó ââіìêíåíîìó â åëåêòðè÷íå êîëî ïðèëàäі ñèëà ñòðóìó äîðіâíþє 6 ìêÀ. ßêèé çàðÿä ïðîõîäèòü êðіçü öåé ïðèëàä çà 10 õâ? 205. Çà ÿêèé ÷àñ êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà ïðîéäå çàðÿä 10 Êë ïðè ñèëі ñòðóìó 2 À? 206. Àìïåðìåòð, óâіìêíåíèé â åëåêòðè÷íå êîëî, ïîêàçóє ñèëó ñòðóìó 4 À. Çà ÿêèé ÷àñ êðіçü öåé àìïåðìåòð ïðîéäå çàðÿä 20 Êë? 127

ÐÎÇÄІË 2

207. Âèðàçіòü â àìïåðàõ ñèëó ñòðóìó, ÿêà äîðіâíþє: 2000 ìÀ; 100 ìÀ; 55 ìÀ; 3 êÀ. 208. Íà ìàëþíêó 176 çîáðàæåíî øêàëè äâîõ àìïåðìåòðіâ. Âèçíà÷òå äëÿ êîæíîãî àìïåðìåòðà ìåæі âèìіðþâàííÿ і öіíó ïîäіëêè øêàëè. ßêó ñèëó ñòðóìó ïîêàçóє êîæíèé àìïåðìåòð?

б Мал. 176

209. Ïіä ÷àñ âèìіðþâàííÿ ñèëè ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîëі îäèí ó÷åíü óâіìêíóâ àìïåðìåòð ó êîëî ïîñëіäîâíî, à äðóãèé – ïàðàëåëüíî. ßêèé ç ó÷íіâ íåïðàâèëüíî ïðèєäíàâ àìïåðìåòð? ×îìó? 210. Íà ìàëþíêó 177 çîáðàæåíî åëåêòðè÷íі êîëà. ßêі ïðèëàäè ââіìêíóòі â а åëåêòðè÷íі êîëà? Íàêðåñëіòü åëåêòðè÷íі ñõåìè öèõ êіë. ßêó ñèëó ñòðóìó çàôіêñóâàâ êîæíèé ç àìïåðìåòðіâ? 211. Óíàñëіäîê ïåðåìіùåííÿ çàðÿäó 12 Êë ïî ñïіðàëі åëåêòðè÷íîї ëàìïè âèêîíàíà ðîáîòà 240 Äæ. ßêà íàïðóãà íà çàòèñêà÷àõ ëàìïè? 212. Âèçíà÷òå íàïðóãó íà äіëÿíöі åëåêòðè÷íîãî êîëà, íà ÿêіé ñòðóì âèб êîíàâ ðîáîòó 10 êÄæ ïðè ïåðåíåñåííі Мал. 177 çàðÿäó 10 Êë. 213. Âèçíà÷òå íàïðóãó íà àâòîìîáіëüíіé ëàìïі, ÿêùî äëÿ ïåðåìіùåííÿ â íіé çàðÿäó 100 Êë òðåáà âèêîíàòè ðîáîòó 1200 Äæ. 214. Íà ìàëþíêó 178 çîáðàæåíî øêàëè òðüîõ âîëüòìåòðіâ. Äëÿ êîæíîãî âîëüòìåòðà âèçíà÷òå ìåæі âèìіðþâàííÿ і öіíó ïîäіëêè øêàëè. Âèçíà÷òå, ÿêó íàïðóãó ïîêàçóє êîæíèé âîëüòìåòð.

в Мал. 178

215. Îäèí ó÷åíü óâіìêíóâ âîëüòìåòð â åëåêòðè÷íå êîëî ïîñëіäîâíî, à äðóãèé – ïàðàëåëüíî. ßêèé âîëüòìåòð óâіìêíåíî ïðàâèëüíî? ä 128

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

216. Òðåáà âèìіðÿòè íàïðóãó íà åëåêòðîëàìïі, óâіìêíåíіé â îñâіòëþâàëüíó ìåðåæó. ßêèé ç äâîõ âîëüòìåòðіâ: íà 300 ÷è íà 150 Â ìàє âèáðàòè ó÷åíü? Íàïðóãà â ìåðåæі ñòàíîâèòü 220 Â. 217. Âèìіðÿéòå íàïðóãó íà âèâîäàõ ãàëüâàíі÷íîãî åëåìåíòà òà áàòàðåї ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ. ßêі ïîêàçè а âè çàôіêñóâàëè? 218. Íà ìàëþíêó 179, à ïîêàçàíî, ÿê ïîòðіáíî ç’єäíàòè åëåìåíòè, ùîá âèìіðþâàòè ñèëó ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîëі, à íà ìàëþíêó 179, á – íàïðóãó. Ó ÷îìó ïîëÿãàє âіäìіííіñòü ìіæ âèìіðþâàííÿì ñèëè ñòðóìó і íàïðóãè â åëåêòðè÷íîìó êîëі? 219. Ïîòðіáíî âèìіðÿòè ñèëó ñòðóìó â åëåêòðîäâèãóíі é íàïðóãó, ïіä ÿêîþ âіí ïðàöþє. Íàêðåñëіòü ñõåìó âìè- б êàííÿ ïðèëàäіâ. Мал. 179 220. Â åëåêòðè÷íіé ëàìïі, ðîçðàõîâàíіé íà íàïðóãó 220 Â, ñèëà ñòðóìó äîðіâíþє 0,5 À. Âèçíà÷òå îïіð íèòêè ëàìïè â ðîáî÷îìó ñòàíі. 221. Åëåêòðè÷íà ïëèòêà ðîçðàõîâàíà íà íàïðóãó 220 Â. Îïіð її ñïіðàëі äîðіâíþє 75 Îì. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó â íіé. 222. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó â åëåêòðè÷íіé ëàìïі êèøåíüêîâîãî ëіõòàðÿ, ÿêùî îïіð íèòêè ðîçæàðþâàííÿ äîðіâíþє 15 Îì і ïðèєäíàíà âîíà äî áàòàðåї ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ, íàïðóãà ÿêîї 4,5 Â. 223. Âîëüòìåòð ïîêàçóє íàïðóãó 120 Â. ßêèé îïіð âîëüòìåòðà, ÿêùî êðіçü íüîãî ïðîõîäèòü ñòðóì 10 ìÀ? 224. Âèçíà÷òå îïіð åëåêòðè÷íîї ëàìïè, ñèëà ñòðóìó â ÿêіé äîðіâíþє 0,5 À ïðè íàïðóçі 120 Â. 225. Ïðè íàïðóçі 1,2 êÂ ñèëà ñòðóìó â êîëі îäíîãî іç áëîêіâ òåëåâіçîðà äîðіâíþє 50 ìÀ. Âèçíà÷òå îïіð êîëà öüîãî áëîêà. 226. ßêó íàïðóãó òðåáà ïðèêëàñòè äî ïðîâіäíèêà, îïіð ÿêîãî 1000 Îì, ùîá îòðèìàòè â íüîìó ñèëó ñòðóìó 8 ìÀ? 227. Ó ïàñïîðòі àìïåðìåòðà íàïèñàíî, ùî éîãî îïіð äîðіâíþє 0,1 Îì. Âèçíà÷òå íàïðóãó íà çàòèñêà÷àõ àìïåðìåòðà, ÿêùî âіí ïîêàçóє ñèëó ñòðóìó 10 À. 228. Âèçíà÷òå íàïðóãó íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà, îïіð ÿêîãî äîðіâíþє 20 Îì, ÿêùî ñèëà ñòðóìó â ïðîâіäíèêó 0,4 À. Ðіâåíü Á 229. Êðіçü îäíó åëåêòðè÷íó ëàìïó ïðîõîäèòü çàðÿä 450 Êë çà êîæíі 5 õâ, à ÷åðåç äðóãó – 15 Êë çà 10 ñ. Ó ÿêіé іç ëàìï ñèëà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó áіëüøà? 230. Ñêіëüêè åëåêòðîíіâ ïðîõîäèòü çà ñåêóíäó êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà, ÿêùî ñèëà ñòðóìó â íüîìó äîðіâíþє 5 À? 231. Êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà â åëåêòðè÷íîìó êîëі ùîñåêóíäè ïðîõîäèòü 3,1 ∙ 1018 åëåêòðîíіâ. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó â êîëі. Ñêіëüêè åëåêòðîíіâ ïðîõîäèòü êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ñïіðàëі åëåêòðè÷íîї ëàìïè â öüîìó êîëі? 129

ÐÎÇÄІË 2

232. Íà ìàëþíêó 180 çîáðàæåíî øêàëè âèìіðþâàëüíèõ ïðèëàäіâ. ßê íàçèâàþòüñÿ öі ïðèëàäè? Äëÿ âèìіðþâàííÿ ÿêîї ôіçè÷íîї âåëè÷èíè їõ âèêîðèñòîâóþòü? Íà ÿêå ìàêñèìàëüíå çíà÷åííÿ âèìіðþâàíîї âåëè÷èíè ðîçðàõîâàíèé êîæíèé іç ïðèëàäіâ? ßêà öіíà ïîäіëêè øêàë ïðèëàäіâ? ßêå çíà÷åííÿ âèìіðþâàíîї âåëè÷èíè ïîêàçóє êîæíèé іç ïðèëàäіâ? 233. ßê çà äîïîìîãîþ âîëüòìåòðà âèçíà÷èòè а ïîëþñè äæåðåëà ïîñòіéíîãî ñòðóìó? 234. ×îìó îïіð є îäíієþ ç íàéâàæëèâіøèõ õàðàêòåðèñòèê ïðîâіäíèêіâ? 235. ×îìó âñі ïðîâіäíèêè ïåâíîþ ìіðîþ ñïðè÷èíÿþòü îïіð íàïðÿìëåíîìó ðóõó çàðÿäіâ óñåðåäèíі ïðîâіäíèêà? 236. ×è ìîæíà âіä áàòàðåї àêóìóëÿòîðіâ íàïðóãîþ 12 Â îòðèìàòè ó ïðîâіäíèêó ñèëó ñòðóìó 140 ìÀ, ÿêùî îïіð ïðîâіäíèêà äîðіâíþє 100 Îì? 237. Ó åëåêòðîìåðåæó íàïðóãîþ 220 Â óâіìêíóëè åëåêòðè÷íèé ÷àéíèê і íàñòіëüíó ëàìïó. б Мал. 180 Îïіð íàãðіâàëüíîãî åëåìåíòà ÷àéíèêà äîðіâíþє 22 Îì, îïіð íèòêè ðîçæàðåííÿ ëàìïè – 240 Îì. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó â êîæíîìó іç ïðèëàäіâ. 238. Ïіä ÷àñ îïîñåðåäêîâàíèõ âèìіðþâàíü îïîðó ðåçèñòîðà ñôîòîãðàôóâàëè àìïåðìåòð і âîëüòìåòð (ìàë. 181). Âèçíà÷òå îïіð ðåçèñòîðà.

б Мал. 181

§ 30. ЗАЛЕЖНІСТЬ ОПОРУ ПРОВІДНИКА ВІД ЙОГО ДОВЖИНИ, ПЛОЩІ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРІЗУ ТА МАТЕРІАЛУ. РЕОСТАТИ

Âè âæå çíàєòå, ùî ïðè÷èíîþ åëåêòðè÷íîãî îïîðó ïðîâіäíèêà є âçàєìî-

äіÿ âіëüíèõ åëåêòðîíіâ ç éîíàìè êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê ìåòàëó. Ðîçãëÿíåìî òåïåð, âіä ÷îãî çàëåæèòü îïіð ïðîâіäíèêà. Äëÿ öüîãî ïðîâåäåìî òàêі äîñ ñëіäè. 130

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Äîñëіä 1. Â åëåêòðè÷íå êîëî (ìàë. 182) âìèêàòèìåìî ïî ÷åðçі ïðîâіäíèêè, ÿêі âèãîòîâëåíі ç îäíàêîâîãî ìàòåðіàëó, ìàþòü îäíàêîâèé ïîïåðå÷íèé ðîçðіç, àëå ðіçíі äîâæèíè. Ñèëó ñòðóìó âèìіðþâàòèìåìî àìïåðìåòðîì, à íàïðóãó – âîëüòìåòðîì.

б Мал. 182

Ïðîâіâøè äîñëіäè, äîõîäèìî òàêîãî âèñíîâêó: ùî äîâøèé ïðîâіäíèê, òî áіëüøèé éîãî åëåêòðè÷íèé îïіð. Òîáòî, ó äîâøîìó ïðîâіäíèêó ÷àñòèíêè, ùî ðóõàþòüñÿ íàïðÿìëåíî, çàçíàþòü íà ñâîєìó øëÿõó áіëüøîї ïðîòèäії. Äîñëіä 2. Âìèêàòèìåìî â åëåêòðè÷íå êîëî ïî ÷åðçі ïðîâіäíèêè, ÿêі âèãîòîâëåíі ç îäíàêîâîãî ìàòåðіàëó, îäíàêîâîї äîâæèíè, àëå ìàþòü ðіçíі ïîïåðå÷íі ïåðåðіçè. Âèìіðÿâøè ñèëó ñòðóìó â ïðîâіäíèêàõ і íàïðóãó íà їõíіõ êіíöÿõ, ïåðåêîíàєìîñÿ: ùî òîâùèé ïðîâіäíèê, òî ìåíøèé éîãî åëåêòðè÷íèé îïіð. Çáіëüøåííÿ òîâùèíè ïðîâіäíèêà ðіâíîçíà÷íå «ðîçøèðåííþ ðóñëà», ÿêèì ðóõàþòüñÿ çàðÿäè, òîìó é îïіð ïðîâіäíèêà çìåíøóєòüñÿ. Äîñëіä 3. Òåïåð â åëåêòðè÷íå êîëî áóäåìî ïî ÷åðçі âìèêàòè ïðîâіäíèêè îäíàêîâîї äîâæèíè òà ïëîùåþ ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó, àëå âèãîòîâëåíі ç ðіçíèõ ðå÷îâèí. Ó ðåçóëüòàòі âèÿâèìî, ùî åëåêòðè÷íèé îïіð ïðîâіäíèêà çàëåæèòü âіä òîãî, ç ÿêîї ðå÷îâèíè éîãî âèãîòîâëåíî. Öå ïîÿñíþєòüñÿ òèì, ùî ïðîâіäíèêè ç ðіçíèõ ìåòàëіâ ìàþòü ðіçíі êðèñòàëі÷íі ñòðóêòóðè, îòæå, ãàëüìіâíà äіÿ çіòêíåíü éîíіâ і âіëüíèõ åëåêòðîíіâ âèÿâëÿєòüñÿ ðіçíîþ. Âèùåçãàäàíó çàëåæíіñòü îïîðó ïðîâіäíèêà âіä éîãî ðîçìіðіâ і ðå÷îâèíè, ç ÿêîї âèãîòîâëåíî ïðîâіäíèê, óïåðøå âñòàíîâèâ äîñëіäíèì øëÿõîì Ãåîðã Îì: îïіð ïðîâіäíèêà ïðÿìî ïðîïîðöіéíèé éîãî äîâæèíі, îáåðíåíî ïðîïîðöіéíèé ïëîùі éîãî ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó і çàëåæèòü âіä ðå÷îâèíè, ç ÿêîї âèãîòîâëåíî ïðîâіäíèê. Çàëåæíіñòü îïîðó ïðîâіäíèêà âіä ðå÷îâèíè, ç ÿêîї éîãî âèãîòîâëåíî, õàðàêòåðèçóþòü ñïåöіàëüíèì ïàðàìåòðîì – ïèòîìèì îïîðîì ðå÷îâèíè. Ïèòîìèé îïіð ðå÷îâèíè – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî ïîêàçóє, ÿêèé îïіð ìàє âèãîòîâëåíèé іç öієї ðå÷îâèíè ïðîâіäíèê çàâäîâæêè 1 ì і ïëîùåþ ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó 1 ì2. 131

ÐÎÇÄІË 2

ßêùî äîâæèíó ïðîâіäíèêà ïîçíà÷èòè ëіòåðîþ l, ïëîùó éîãî ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó – S, ïèòîìèé îïіð – , òî îïіð ïðîâіäíèêà âèçíà÷àòèìåòüñÿ çà òàêîþ ôîðìóëîþ: . Іç öієї ôîðìóëè ìîæíà âèçíà÷èòè ïèòîìèé îïіð ðå÷îâèíè: . Îñêіëüêè îäèíèöåþ îïîðó є 1 Îì, îäèíèöåþ ïëîùі ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó – 1 ì2, îäèíèöåþ äîâæèíè – 1 ì, òî îäèíèöåþ ïèòîìîãî îïîðó áóäå: 1 Îì ∙ 1 ì2/1 ì  1 Îì ∙ ì. Íà ïðàêòèöі ïëîùó ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó ïðîâіäíèêіâ çàçâè÷àé âèðàæàþòü ó êâàäðàòíèõ ìіëіìåòðàõ, òîìó îäèíèöåþ ïèòîìîãî îïîðó ðå÷îâèíè â öüîìó ðàçі є 1 Îì ∙ ìì2/ì. Ó òàáëèöі 11 ïîäàíî âèçíà÷åíі åêñïåðèìåíòàëüíî çíà÷åííÿ ïèòîìîãî îïîðó øèðîêî çàñòîñîâóâàíèõ íà ïðàêòèöі ðå÷îâèí. Ïèòîìèé åëåêòðè÷íèé îïіð äåÿêèõ ðå÷îâèí (t = 20 Ñ) Речовина , Ом · мм2/м

Речовина

, Ом · мм2/м

Речовина

Òàáëèöÿ 11 , Ом · мм2/м

Срібло

0,016

Свинець

0,21

Ніхром (сплав)

1,1

Мідь

0,017

Нікелін (сплав)

0,40

Фехраль (сплав)

1,3

Золото

0,024

Манганін (сплав)

0,43

Графіт

Алюміній

0,028

Константан (сплав)

0,50

Фарфор (порцеляна)

1019

Вольфрам

0,050

Ртуть

0,96

Ебоніт

1020

Залізо

0,10

ßê áà÷èìî ç òàáëèöі 11, íàéêðàùèìè ïðîâіäíèêàìè åëåêòðèêè є ñðіáëî, ìіäü, çîëîòî. Àëå äëÿ ïðàêòè÷íèõ ïîòðåá (íàïðèêëàä, ñòâîðåííÿ åëåêòðîìåðåæ) ïðîâіäíèêè âèãîòîâëÿþòü ç àëþìіíіþ, ìіäі é çàëіçà. Ó íàãðіâàëüíèõ åëåìåíòàõ çàñòîñîâóþòü íіõðîìîâі é ôåõðàëåâі ïðîâіäíèêè. Ôàðôîð (ïîðöåëÿíà) òà åáîíіò є ÷óäîâèìè іçîëÿòîðàìè. Áà÷èìî, ùî äëÿ ðіçíèõ ðå÷îâèí çíà÷åííÿ ïèòîìîãî îïîðó çìіíþþòüñÿ â äóæå øèðîêèõ ìåæàõ. Öå ïîÿñíþєòüñÿ òèì, ùî âîíè ìàþòü ðіçíó âíóòðіøíþ áóäîâó. Íà ïðàêòèöі ÷àñòî äîâîäèòüñÿ çìіíþâàòè ñèëó ñòðóìó â êîëі, ðîáëÿ÷è її òî áіëüøîþ, òî ìåíøîþ. Íàïðèêëàä, çìіíþþ÷è ñèëó ñòðóìó â åëåêòðîïëèòöі, ìè ðåãóëþєìî òåìïåðàòóðó її íàãðіâàííÿ. Äëÿ ðåãóëþâàííÿ ñèëè ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîëі çàñòîñîâóþòü ñïåöіàëüíі ïðèëàäè – ðåîñòàòè. Íà ìàëþíêó 183 ïîêàçàíî çîâíіøíіé âèãëÿä ðåîñòàòіâ (їõ óìîâíå ïîçíà÷åííÿ ïîäàíî â òàáëèöі 9, ñ. 107–108). Òàêі ðåîñòàòè íàçèâàþòü ïîâçóíêîâèìè. Ó íèõ äà 132

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 183

íà êåðàìі÷íèé öèëіíäð íàìîòàíî äðіò, ïîêðèòèé òîíêèì øàðîì îêàëèíè, òîìó âèòêè äðîòó іçîëüîâàíі îäèí âіä îäíîãî. Íàä îáìîòêîþ ðîçìіùåíî ìåòàëåâèé ñòåðæåíü, óçäîâæ ÿêîãî ìîæå ïåðåìіùóâàòèñÿ ïîâçóíîê. Âіä òåðòÿ ïîâçóíêà îá âèòêè øàð îêàëèíè ïіä êîíòàêòàìè ïîâçóíêà ñòèðàєòüñÿ, і åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó êîëі ïðîõîäèòü âіä âèòêіâ äðîòó äî ïîâçóíêà, à êðіçü íüîãî – ó ñòåðæåíü, ÿêèé ìàє íà êіíöі çàòèñêà÷. Ðåîñòàò âìèêàþòü ó êîëî çà äîïîìîãîþ öüîãî çàòèñêà÷à é çàòèñêà÷à, ç’єäíàíîãî ç îäíèì ç êіíöіâ îáìîòêè é ðîçìіùåíîãî íà êîðïóñі ðåîñòàòà. Ïåðåìіùóþ÷è ïîâçóíîê ïî ñòåðæíþ, ìîæíà çáіëüøóâàòè àáî çìåíøóâàòè îïіð óâіìêíåíîãî â êîëî ðåîñòàòà. Íà ìàëþíêó 184 çîáðàæåíî ðåîñòàò (à) і ìàãàçèíè îïîðіâ (á), çà äîïîìîãîþ ÿêèõ ìîæíà çìіíþâàòè îïіð ó êîëі íå ïëàâíî, à ñòðèáêîïîäіáíî. Êîæíèé ðåîñòàò ðîçðàõîâàíèé íà ïåâíèé îïіð і íà ïåâíó äîïóñòèìó ñèëó ñòðóìó, ïåðåâèùóâàòè ÿêó íå ñëіä, òîìó ùî îáìîòêà ðåîñòàòà ìîæå

б Мал. 184

Мал. 185

133

ÐÎÇÄІË 2

ðîçæàðèòèñÿ é ïåðåãîðіòè. Îïіð ðåîñòàòà і íàéáіëüøå äîïóñòèìå çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó çàçíà÷åíî íà êîðïóñі ðåîñòàòà. Äëÿ âèìіðþâàííÿ îïîðó ïðîâіäíèêіâ âèêîðèñòîâóþòü ïðèëàäè, ÿêі íàçèâàþòü îììåòðàìè. Ñêîðèñòàєìîñÿ îäíèì ç âèäіâ îììåòðіâ, ÿêі áóâàþòü ðіçíèõ êîíñòðóêöіé. Ùîá âèìіðÿòè îïіð ïðîâіäíèêà, ïðèєäíàєìî äî íüîãî îììåòð (ìàë. 185). Öèôðîâèé іíäèêàòîð ïðèëàäó ïîêàçóє, ùî îïіð ïðîâіäíèêà äîðіâíþє 0,64 Îì. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО Що характеризує електричний опір і як його позначають? Від чого залежить опір провідника? За якою формулою визначають опір провідника? Що показує питомий опір? Якою літерою його позначають? Які ви знаєте одиниці питомого опору? Є два провідники. У якого з них більший опір, якщо вони: а) мають однакову довжину і площу поперечного перерізу, але один з них виготовлено з константану, а другий – з фехралю; б) виготовлені з однакової речовини, мають однакову товщину, але один з них удвічі довший; в) виготовлені з однакової речовини, мають однакову довжину, але один з них удвічі тонший? 7. Провідники, розглянуті у запитанні 6, по черзі приєднують до одного й того самого джерела струму. У якому випадку сила струму буде більшою, а в якому – меншою? Порівняйте кожну пару розглянутих провідників. 8. Які конструкції реостатів ви знаєте? Для чого їх використовують? 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Лабораторна робота № 3 Âèìіðþâàííÿ îïîðó ïðîâіäíèêà çà äîïîìîãîþ àìïåðìåòðà і âîëüòìåòðà Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñÿ âèìіðþâàòè îïіð ïðîâіäíèêà çà äîïîìîãîþ àìïåðìåòðà і âîëüòìåòðà. Ïåðåêîíàòèñÿ íà äîñëіäàõ, ùî îïіð ïðîâіäíèêà íå çàëåæèòü âіä ñèëè ñòðóìó â íüîìó і íàïðóãè íà éîãî êіíöÿõ. Ïðèëàäè і ìàòåðіàëè: äæåðåëî ñòðóìó, äîñëіäæóâàíèé ïðîâіäíèê (íіõðîìîâà ñïіðàëü), àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, ðåîñòàò, êëþ÷, ç’єäíóâàëüíі ïðîâîäè. Õіä ðîáîòè 1. Ñêëàäіòü åëåêòðè÷íå êîëî, ç’єäíàâøè ïîñëіäîâíî äæåðåëî ñòðóìó, àìïåðìåòð, äîñëіäæóâàíèé ïðîâіäíèê (ñïіðàëü), ðåîñòàò, êëþ÷. Äî êіíöіâ ñïіðàëі ïðèєäíàéòå âîëüòìåòð (âðàõîâóéòå çíàêè «+» і «–»). 2. Íàêðåñëіòü ñõåìó ñêëàäåíîãî åëåêòðè÷íîãî êîëà. 3. Âèìіðÿéòå ñèëó ñòðóìó â êîëі і íàïðóãó íà ïðîâіäíèêó. 4. Çà äîïîìîãîþ ðåîñòàòà çìіíіòü îïіð êîëà é çíîâó âèìіðÿéòå ñèëó ñòðóìó â êîëі òà íàïðóãó íà ïðîâіäíèêó. 5. Ðåçóëüòàòè âèìіðþâàíü çàïèøіòü ó òàáëèöþ. № ïðîâіäíèêà 1 2

134

Ñèëà ñòðóìó I, À

Íàïðóãà U, Â

Îïіð R, Îì

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

6. Êîðèñòóþ÷èñÿ çàêîíîì Îìà, îá÷èñëіòü îïіð ïðîâіäíèêà çà äàíèìè êîæíîãî îêðåìîãî âèìіðþâàííÿ. 7. Ðåçóëüòàòè îá÷èñëåíü çàïèøіòü ó òàáëèöþ. Ïîðіâíÿéòå îäåðæàíі ðåçóëüòàòè.

Äëÿ äîïèòëèâèõ Çà äàíèìè ðîáîòè íàêðåñëіòü ãðàôіê çàëåæíîñòі ñèëè ñòðóìó â ïðîâіäíèêó âіä íàïðóãè íà її êіíöÿõ. Ïðîàíàëіçóéòå ãðàôіê. Çà ãðàôіêîì âèçíà÷òå îïіð ïðîâіäíèêà ïðè áóäü-ÿêîìó ïðîìіæíîìó çíà÷åííі ñèëè ñòðóìó.

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. Îïіð êîòóøêè ìіäíîãî äðîòó äîðіâíþє 1,5 Îì. Îïіð äðóãîї êîòóøêè ìіäíîãî äðîòó òàêîãî ñàìîãî ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó – 6 Îì. Ó ñêіëüêè ðàçіâ äîâæèíà äðîòó îäíієї êîòóøêè ìåíøà çà іíøó? Âіäïîâіäü: âіäîìî, ùî îïіð ïðîâіäíèêà ïðÿìî ïðîïîðöіéíèé éîãî äîâæèíі. Îòæå, ùî êîðîòøèé ìіäíèé äðіò, òî ìåíøèé éîãî îïіð. Çâіäñè âèïëèâàє, ùî äîâæèíà ìіäíîãî äðîòó â ïåðøіé êîòóøöі â 4 ðàçè ìåíøà, íіæ ó äðóãіé. 2. Ðåîñòàò âèãîòîâëåíî ç íіêåëіíîâîãî äðîòó çàâäîâæêè 40 ì і ïëîùåþ ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó 0,5 ìì2. Íàïðóãà íà çàòèñêà÷àõ ðåîñòàòà ñòàíîâèòü 80 Â. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó, ùî ïðîõîäèòü êðіçü ðåîñòàò. Äàíî: l  40 ì S  0,05 ìì2 U  80 Â   0,40 Îì ∙ ìì2/ì І–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Ñèëó ñòðóìó âèçíà÷èìî çà çàêîíîì Îìà: . Àëå íàì íåâіäîìèé îïіð íіêåëіíîâîãî äðîòó. Éîãî âèçíà÷èìî çà ôîðìóëîþ R 

Ïèòîìèé îïіð  äіçíàєìîñÿ ç òàáëèöі 11. Òîäі ñèëà ñòðóìó âèçíà÷àòèìåòüñÿ çà ôîðìóëîþ: . Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ, îòðèìàєìî: І  80 Â ∙ 0,05 ìì2 : (0,40 Îì ∙ ìì2/ì ∙ 40 ì)  0,25 À. Âіäïîâіäü: ñèëà ñòðóìó â ðåîñòàòі äîðіâíþє 0,25 À. Ðіâåíü À 239. Ó ñêіëüêè ðàçіâ і ÿê çìіíèòüñÿ îïіð ïðîâіäíèêà, ÿêùî éîãî äîâæèíó çáіëüøèòè â 5 ðàçіâ? 240. Ïðîâіä ðîçðіçàëè íà òðè ÷àñòèíè і ñïëåëè â îäèí. Ó ñêіëüêè ðàçіâ çìіíèâñÿ îïіð ïðîâîäó? Çáіëüøèâñÿ âіí ÷è çìåíøèâñÿ? 135

ÐÎÇÄІË 2

241. Äî áóäèíêó ïіäâåäåíî êàáåëü ç ìіäíèìè æèëàìè çàãàëüíèì ïîïåðå÷íèì ïåðåðіçîì 100 ìì2. Äîâæèíà êàáåëÿ äîðіâíþє 80 ì. Âèçíà÷òå éîãî îïіð. 242. Âèçíà÷òå îïіð êîæíîãî êіëîìåòðà ìіäíîãî òðàìâàéíîãî ïðîâîäó, ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ÿêîãî äîðіâíþє 51 ìì2. 243. Ðîçãëÿíüòå áóäü-ÿêèé ðåîñòàò. Óêàæіòü, íà ÿêèé îïіð і íà ÿêó äîïóñòèìó ñèëó ñòðóìó âіí ðîçðàõîâàíèé. 244. Íà ðåîñòàòі íàïèñàíî «50 Îì; 0,2 À». Ùî öå îçíà÷àє? 245. Ïîòðіáíî âèãîòîâèòè ðåîñòàò íà 5 Îì ç íіêåëіíîâîãî äðîòó ïëîùåþ ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó 0,2 ìì2. ßêîї äîâæèíè äðіò ïîòðіáåí äëÿ öüîãî? 246. Êðіçü ìîòîê іçîëüîâàíîãî ìіäíîãî äðîòó ïðîõîäèòü ñòðóì 0,05 À ïðè íàïðóçі 8,5 Â. ßêà äîâæèíà äðîòó â ìîòêó, ÿêùî éîãî ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç äîðіâíþє 0,5 ìì2? Ðіâåíü Á 247. Ó÷åíü óñòàíîâèâ íà ñòîëі ëàìïó âіä êèøåíüêîâîãî ëіõòàðèêà. Áàòàðåþ ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ âіí ðîçìіñòèâ íà ïіäëîçі ïіä ñòîëîì і ç’єäíàâ її ç ëàìïîþ çà äîïîìîãîþ äâîõ òîíåíüêèõ àëþìіíієâèõ ïðîâіäíèêіâ. Íåçâàæàþ÷è íà òå, ùî áàòàðåÿ áóëà íîâîþ, ëàìïà ñâіòèëàñÿ ïîãàíî. Ïîÿñíіòü ÷îìó. 248. Êðіçü íіêåëіíîâèé ïðîâіäíèê çàâäîâæêè 5 ì, ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ÿêîãî 0,12 ìì2, ïðîõîäèòü ñòðóì ñèëîþ 1,5 À ïðè íàïðóçі 24 Â. Âèçíà÷òå ïèòîìèé îïіð íіêåëіíó. 249. Îïіð ïðîâіäíèêà äîðіâíþє 20 Îì. Íà ñêіëüêè ðіâíèõ ÷àñòèí òðåáà éîãî ðîçðіçàòè, ùîá îïіð ñïëåòåíèõ â îäèí ïðîâіä ÷àñòèí ñòàíîâèâ 5 Îì? 250. Ðåîñòàò îïîðîì 30 Îì ìàє 50 âèòêіâ. Íà ñêіëüêè çáіëüøóєòüñÿ îïіð ó êîëі, ÿêùî ââіìêíóòè ïîñëіäîâíî 15 âèòêіâ ðåîñòàòà? 251. Äëÿ âèãîòîâëåííÿ ñïіðàëі åëåêòðè÷íîãî íàãðіâíèêà, ðîçðàõîâàíîãî íà íàïðóãó 120 Â і ñèëó ñòðóìó 5 À, âèêîðèñòîâóєòüñÿ íіõðîìîâèé ïðîâіäíèê ïîïåðå÷íèì ïåðåðіçîì 0,3 ìì2. Âèçíà÷òå äîâæèíó öüîãî ïðîâіäíèêà. 252. Ñêіëüêè òðåáà âçÿòè ìåòðіâ ìіäíîãî äðîòó, ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ÿêîãî 2 ìì2, ùîá éîãî îïіð áóâ òàêèì ñàìèì, ÿê îïіð àëþìіíієâîãî äðîòó ç ïîïåðå÷íèì ïåðåðіçîì 5 ìì2 і çàâäîâæêè 17 ì? 253. ßêèé îïіð ñïіðàëі ëàìïè â ðîçæàðåíîìó ñòàíі, ÿêùî ïðè íàïðóçі 220 Â ñèëà ñòðóìó â íіé äîðіâíþє 0,44 À? 254. Âèçíà÷òå ìàñó ìіäíîãî ïðîâîäó, ÿêèé ïîòðіáíèé äëÿ ïðîâåäåííÿ ïîâіòðÿíîї ëіíії çàâäîâæêè 2 êì, ÿêùî її îïіð ìàє äîðіâíþâàòè 1,36 Îì.

§ 31. ПОСЛІДОВНЕ З’ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ

Åëåêòðè÷íі êîëà, ç ÿêèìè äîâîäèòüñÿ ìàòè ñïðàâó åëåêòðèêàì, ñêëàäà-

þòüñÿ íå ç îäíîãî ñïîæèâà÷à åëåêòðîñòðóìó, à ç êіëüêîõ ðіçíèõ, ÿêі ìîæóòü áóòè ç’єäíàíі ìіæ ñîáîþ ïîñëіäîâíî, ïàðàëåëüíî àáî ïîñëіäîâíî é ïàðàëåëüíî (çìіøàíå ç’єäíàííÿ). Ïðè ïîñëіäîâíîìó ç’єäíàííі ñïîæèâà÷іâ (ïðîâіäíèêіâ) їõ ç’єäíóþòü ïî ÷åðçі îäèí çà îäíèì áåç ðîçãàëóæåíü ïðîâîäіâ ìіæ íèìè. 136

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

б Мал. 186

Äîñëіä. Äî äæåðåëà ñòðóìó ïðèєäíàєìî ïîñëіäîâíî äâі ëàìïè (ìàë. 186, à), íàêðåñëèìî ñõåìó öüîãî åëåêòðè÷íîãî êîëà (ìàë. 186, á). ßêùî âèìêíåìî îäíó ëàìïó, òî êîëî ðîçіìêíåòüñÿ, é äðóãà ëàìïà òàêîæ ïîãàñíå (ìàë. 186, â). Ïîñëіäîâíî ç’єäíàíі, íàïðèêëàä, ïðèëàäè â åëåêòðè÷íîìó êîëі, çîáðàæåíîìó íà ìàëþíêó 177 (äèâ. ñ. 129). Ïðè ïîñëіäîâíîìó ç’єäíàííі ïðîâіäíèêіâ ñèëà ñòðóìó â áóäü-ÿêіé ÷àñòèíі åëåêòðè÷íîãî êîëà îäíàêîâà, òîáòî І  І1  І2. Ïîâíà íàïðóãà U â êîëі ïðè ïîñëіäîâíîìó ç’єäíàííі, àáî íàïðóãà íà ïîëþñàõ äæåðåëà ñòðóìó, äîðіâíþє ñóìі íàïðóã íà âñіõ îêðåìèõ äіëÿíêàõ êîëà, òîáòî (äëÿ äâîõ äіëÿíîê) U  U1 + U2. Òîäі çãіäíî іç çàêîíîì Îìà ìîæíà äіéòè âèñíîâêó, ùî çàãàëüíèé îïіð êîëà R ïðè ïîñëіäîâíîìó ç’єäíàííі äîðіâíþє ñóìі âñіõ îïîðіâ îêðåìèõ ïðîâіäíèêіâ àáî îêðåìèõ äіëÿíîê êîëà, òîáòî (äëÿ äâîõ ïðîâіäíèêіâ) R  R1 + R2. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Чому один з видів з’єднання провідників називають послідовним? 2. Поясніть, чому сила струму при послідовному з’єднанні провідників на всіх ділянках однакова. 3. Чому при послідовному з’єднанні двох споживачів справджується формула R = R1 + R2? 4. Поясніть, чому напруги на провідниках та їх опори при послідовному з’єднанні для будь-якої пари провідників пов’язані співвідношенням:

Лабораторна робота № 4 Äîñëіäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî êîëà ç ïîñëіäîâíèì ç’єäíàííÿì ïðîâіäíèêіâ Ìåòà ðîáîòè: äîñëіäèòè åëåêòðè÷íі êîëà ç ïîñëіäîâíèì ç’єäíàííÿì ïðîâіäíèêіâ, ïåðåâіðèòè çàêîíè ïîñëіäîâíîãî ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ. Ïðèëàäè і ìàòåðіàëè: äæåðåëî ñòðóìó, íàáіð äðîòÿíèõ ðåçèñòîðіâ: â: 137

ÐÎÇÄІË 2

1, 2, 4 Îì, íèçüêîâîëüòíà ëàìïà íà ïіäñòàâöі (íà 2,5 àáî 3,6 Â), àìïåðìåòð, âîëüòìåòðè, ðåîñòàò ëàáîðàòîðíèé (6 Îì), êëþ÷, ç’єäíóâàëüíі ïðîâîäè. Õіä ðîáîòè 1. Âèçíà÷òå öіíó ïîäіëêè øêàë àìïåðìåòðà і âîëüòìåòðà. 2. Íàêðåñëіòü ñõåìó åëåêòðè÷íîãî êîëà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç äæåðåëà ñòðóìó, äâîõ ðåçèñòîðіâ і åëåêòðè÷íîї ëàìïè, ç’єäíàíèõ ïîñëіäîâíî, àìïåðìåòðà, âîëüòìåòðіâ і êëþ÷à. 3. Ñêëàäіòü åëåêòðè÷íå êîëî çà íàêðåñëåíîþ ñõåìîþ. 4. Âèìіðÿéòå ñèëó ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîëі é íàïðóãó íà ðåçèñòîðàõ òà åëåêòðè÷íіé ëàìïі. Ðåçóëüòàòè âèìіðþâàíü çàïèøіòü ó òàáëèöþ. Íàïðóãà, Â Ñèëà U íà № äî- ñòðó- U íà U2 íà U3 íà ðåçèñ1 ñëіäó ìó ðåçèñ- ðåçèñ- ëàìïі òîðàõ І, À òîðі R òîðі R і ëàìïі R3 1 2 R

Îïіð, Îì

5. Âèçíà÷òå îïîðè ðåçèñòîðіâ, åëåêòðè÷íîї ëàìïè òà çàãàëüíèé îïіð êîëà. 6. Ïåðåâіðòå çàêîíè ïîñëіäîâíîãî ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ. Çðîáіòü âèñíîâêè.

Äëÿ äîïèòëèâèõ Ç’єäíàéòå ïîñëіäîâíî òðè îäíàêîâîї äîâæèíè òà çà ïëîùåþ ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó ïðîâіäíèêè, íàïðèêëàä ìіäíèé, çàëіçíèé і àëþìіíієâèé. Ïðèєäíàéòå åëåêòðè÷íó ëàìïî÷êó ïî ÷åðçі äî êіíöіâ êîæíîãî іç ïðîâіäíèêіâ. Ó ÿêîìó âèïàäêó é ÷îìó ñïіðàëü ëàìïî÷êè ðîçæàðþєòüñÿ íàéáіëüøå? Íà êіíöÿõ ÿêîãî ç òðüîõ ïðîâіäíèêіâ íàéáіëüøà íàïðóãà, ÿêùî âè âèêîðèñòàëè ÿê äæåðåëî ñòðóìó áàòàðåþ ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ íàïðóãîþ 4,5 Â?

§ 32. ПАРАЛЕЛЬНЕ З’ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ

îñëіäîâíî ç’єäíàíі ïðèëàäè ïðàöþþòü óñі ðàçîì ó çàìêíóòîìó êîëі àáî âñі íå ïðàöþþòü ó íåçàìêíóòîìó, à öå íå çàâæäè çðó÷íî. Íàïðèêëàä, äëÿ îñâіòëåííÿ áóäèíêó àáî êіìíàòè íåìàє ïîòðåáè, ùîá îäíî÷àñíî ñâіòèëè âñі ëàìïè. Ó ðàçі їõ ïîñëіäîâíîãî ç’єäíàííÿ, âèìèêàþ÷è îäíó ç ëàìï, ìè âèìèêàєìî é ðåøòó. ßêùî òðåáà, ùîá ïðèëàäè ïðàöþâàëè â êîëі íåçàëåæíî, òî âèêîðèñòîâóþòü ïàðàëåëüíå ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ. Ïðè ïàðàëåëüíîìó ç’єäíàííі ñïîæèâà÷іâ (ïðîâіäíèêіâ) âèâîäè êîæíîãî ç íèõ ïðèєäíóþòü äî ñïіëüíîї äëÿ âñіõ ïàðè çàòèñêà÷іâ (òî÷îê àáî âóçëіâ êîëà). 138

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 187

Íà ìàëþíêó 187, à ïîêàçàíî ïàðàëåëüíå ç’єäíàííÿ äâîõ åëåêòðè÷íèõ ëàìï, à íà ìàëþíêó 187, á – ñõåìó öüîãî ç’єäíàííÿ (ó òî÷êàõ À і Â – âóçëè êîëà). ßêùî îäíó ëàìïó âèêðóòèòè, òî äðóãà ïðîäîâæóâàòèìå ñâіòèòèñÿ. Âèêîíàâøè ïîäіáíі äîñëіäè, ïåðåêîíàєìîñÿ, ùî íàïðóãà íà äіëÿíöі êîëà ÀÂ і íà êіíöÿõ óñіõ ïàðàëåëüíî ç’єäíàíèõ ïðîâіäíèêіâ îäíàêîâà, òîáòî U  U1  U2. Ó ïîáóòі é òåõíіöі çðó÷íî çàñòîñîâóâàòè ïàðàëåëüíå ç’єäíàííÿ ñïîæèâà÷іâ, îñêіëüêè âîíè ðîçðàõîâàíі íà îäíàêîâó íàïðóãó. Ïðè ïàðàëåëüíîìó ç’єäíàííі ñòðóì І ó òî÷öі À (ìàë. 187, á) ðîçãàëóæóєòüñÿ íà äâà ñòðóìè – І1 òà І2, ÿêі ñõîäÿòüñÿ çíîâó â òî÷öі Â, ïîäіáíî äî òîãî, ÿê ïîòіê âîäè â ðі÷öі ðîçäіëÿєòüñÿ íà äâà ðóêàâè, ùî ïîòіì çíîâó ñõîäÿòüñÿ (ìàë. 187, â). Ñòàє î÷åâèäíèì çâ’ÿçîê ìіæ çíà÷åííÿìè ñèëè ñòðóìó â ãіëêàõ ïàðàëåëüíîãî êîëà. Ñèëà ñòðóìó â íåðîçãàëóæåíіé äіëÿíöі êîëà äîðіâíþє ñóìі ñòðóìіâ â îêðåìèõ ïàðàëåëüíî ç’єäíàíèõ ïðîâіäíèêàõ, òîáòî І  І1 + І2. Ïðè ïàðàëåëüíîìó ç’єäíàííі íіáè çáіëüøóєòüñÿ òîâùèíà ïðîâіäíèêà, òîìó çàãàëüíèé îïіð êîëà çìåíøóєòüñÿ і ñòàє ìåíøèì âіä îïîðó êîæíîãî ç ïðîâіäíèêіâ, óâіìêíåíèõ ó êîëî. Âèêîðèñòîâóþ÷è çàêîí Îìà, ìîæíà âèâåñòè ñïіââіäíîøåííÿ äëÿ âèçíà÷åííÿ çàãàëüíîãî îïîðó êîëà ïðè ïàðàëåëüíîìó ç’єäíàííі: . ßêùî êîëî ñêëàäàєòüñÿ ç äâîõ ïàðàëåëüíî ç’єäíàíèõ îäíàêîâèõ ëàìï ç îïîðîì Rë êîæíà, òî çàãàëüíèé îïіð êîëà R áóäå âäâі÷і ìåíøèé âіä îïîðó îäíієї ëàìïè: R  Rë/2. Â åëåêòðè÷íèõ êîëàõ ÷àñòî çóñòðі÷àєòüñÿ òàêîæ çìіøàíå, àáî ñêëàäíå, ç’єäíàííÿ, ÿêå є êîìáіíàöієþ ïîñëіäîâíîãî é ïàðàëåëüíîãî ç’єäíàíü. Ó âèïàäêó òðüîõ ðåçèñòîðіâ ìîæëèâі äâà âàðіàíòè çìіøàíîãî ç’єäíàííÿ. 139

ÐÎÇÄІË 2

б Мал. 188

Ó ïåðøîìó âèïàäêó (ìàë. 188, à) є äâі ïîñëіäîâíî ç’єäíàíі äіëÿíêè, îäíà ç ÿêèõ є ïàðàëåëüíèì ç’єäíàííÿì. Çàãàëüíèé îïіð êîëà â öüîìó âèïàäêó . Ó äðóãîìó âèïàäêó (ìàë. 188, á) âñå êîëî ñëіä ðîçãëÿäàòè ÿê ïàðàëåëüíå ç’єäíàííÿ, ó ÿêîìó îäíà ãіëêà ñàìà є ïîñëіäîâíèì ç’єäíàííÿì. Çàãàëüíèé îïіð êîëà â öüîìó âèïàäêó . Äëÿ áіëüøîãî ÷èñëà ðåçèñòîðіâ ìîæóòü áóòè ñêëàäåíі ðіçíі, ñêëàäíіøі ñõåìè çìіøàíîãî ç’єäíàííÿ. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Чому при паралельному з’єднанні двох провідників справджується формула І = І1 + І2? 2. Чому на практиці паралельне з’єднання провідників є найпоширенішим з’єднанням? 3. Поясніть, чому закон загального опору для паралельного з’єднання двох провідників має такий вид:

4. Доведіть, що при паралельному з’єднанні сила струму в кожному з будьякої пари провідників та їх опори пов’язані співвідношенням

5. Чому паралельне з’єднання провідників є економічнішим, ніж послідовне?

Лабораторна робота № 5 Äîñëіäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî êîëà ç ïàðàëåëüíèì ç’єäíàííÿì ïðîâіäíèêіâ Ìåòà ðîáîòè: äîñëіäèòè åëåêòðè÷íі êîëà ç ïàðàëåëüíèì ç’єäíàííÿì ïðîâіäíèêіâ, ïåðåâіðèòè çàêîíè ïàðàëåëüíîãî ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ. Ïðèëàäè і ìàòåðіàëè: äæåðåëî ñòðóìó, íàáіð äðîòÿíèõ ðåçèñòîðіâ: 1, 2, 4 Îì, íèçüêîâîëüòíà ëàìïà íà ïіäñòàâöі (íà 2,5 àáî 3,5 Â), àìïåðìåòðè, âîëüòìåòð, ðåîñòàò ëàáîðàòîðíèé (6 Îì), êëþ÷, ç’єäíóâàëüíі ïðîâîäè. Õіä ðîáîòè 1. Âèçíà÷òå öіíó ïîäіëêè øêàë àìïåðìåòðіâ і âîëüòìåòðà. 2. Íàêðåñëіòü ñõåìó åëåêòðè÷íîãî êîëà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç äæåðåëà ñòðóìó, äâîõ îïîðіâ і åëåêòðè÷íîї ëàìïè, ç’єäíàíèõ ïàðàëåëüíî, àìïåðìåòðіâ, âîëüòìåòðà і êëþ÷à. ì 140

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

3. Ñêëàäіòü åëåêòðè÷íå êîëî çà íàêðåñëåíîþ ñõåìîþ. 4. Âèìіðÿéòå ñèëó ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîëі é íàïðóãó íà îïîðàõ òà åëåêòðè÷íіé ëàìïі. Ðåçóëüòàòè çàïèøіòü ó òàáëèöþ. Ñèëà ñòðóìó, À Іâ Íà№ äîІ3 â ðåçèñïðóãà І1 â ðå- І2 â ðåñëіäó U, Â çèñòîðі çèñòîðі ëàìïі òîðàõ R1 R2 і ëàìïі R3 R

Îïіð, Îì

5. Âèçíà÷òå îïîðè ðåçèñòîðіâ, åëåêòðè÷íîї ëàìïè òà çàãàëüíèé îïіð êîëà. 6. Ïåðåâіðòå çàêîíè ïàðàëåëüíîãî ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ. Çðîáіòü âèñíîâêè.

Äëÿ äîïèòëèâèõ Ñêëàäіòü åëåêòðè÷íå êîëî ç ãàëüâàíі÷íîãî åëåìåíòà àáî áàòàðåї ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ, åëåêòðè÷íîї ëàìïî÷êè âіäïîâіäíîї íàïðóãè і òðüîõ âèìèêà÷іâ, óâіìêíåíèõ ó êîëî òàê, ùîá óíàñëіäîê çàìèêàííÿ êîæíîãî ç íèõ îêðåìî ëàìïî÷êà ñâіòèëàñü. Ïåðåä òèì ÿê çàìèêàòè äðóãèé âèìèêà÷, ðîçìèêàéòå ïåðøèé. Íàêðåñëіòü ñõåìó òàêîãî êîëà, äå âèêîðèñòîâóєòüñÿ öåé ñïîñіá ç’єäíàííÿ âèìèêà÷іâ.

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. Äâà ïðîâіäíèêè îïîðàìè R1  2 Îì і R2  3 Îì ç’єäíàíі ïîñëіäîâíî. Ñèëà ñòðóìó â êîëі äîðіâíþє 1 À. Âèçíà÷òå îïіð êîëà òà íàïðóãó, ïðèêëàäåíó äî âñіõ äіëÿíîê êîëà. Äàíî: R1  2 Îì R2  3 Îì І2  1 À R–?U–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Ñèëà ñòðóìó â óñіõ ïîñëіäîâíî ç’єäíàíèõ ïðîâіäíèêàõ îäíàêîâà: І1  І2  І  1 À. Çàãàëüíèé îïіð êîëà ñòàíîâèòü: R  R1 + R2; R  2 Îì + 3 Îì  5 Îì.

Çà çàêîíîì Îìà: U  IR, U  1 À ∙ 5 Îì  5 Â. Âіäïîâіäü: çàãàëüíèé îïіð êîëà 5 Îì, íàïðóãà 5 Â. 2. Â îñâіòëþâàëüíó ìåðåæó êіìíàòè ââіìêíåíî äâі îäíàêîâі åëåêòðè÷íі ëàìïè. Îïіð êîæíîї ëàìïè äîðіâíþє 440 Îì, íàïðóãà â ìåðåæі – 220 Â. 141

ÐÎÇÄІË 2

Âèçíà÷òå çàãàëüíèé îïіð êîëà òà ñèëó ñòðóìó â ïіäâіäíèõ ïðîâîäàõ. Äàíî: R1  Rë  440 Îì R2  Rë  440 Îì U  220 Â R–?І–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ ßêùî îïіð ëàìï îäíàêîâèé, òî ïðè ïàðàëåëüíîìó ç’єäíàííі ïðîâіäíèêіâ âіí äîðіâíþâàòèìå R  Rë/2. R  440 Îì : 2  220 Îì.

Çà çàêîíîì Îìà: ; І = 220 Â : 220 Îì = 1 À. Âіäïîâіäü: çàãàëüíèé îïіð êîëà 220 Îì, ñèëà ñòðóìó 1 À. Ðіâåíü À 255. Äëÿ íîâîðі÷íîї ÿëèíêè ïîòðіáíî âèãîòîâèòè ãіðëÿíäó ç îäíàêîâèõ 12-âîëüòíèõ ëàìï, ùîá óâіìêíóòè її â îñâіòëþâàëüíó ìåðåæó 220 Â. Ñêіëüêè òðåáà âçÿòè òàêèõ ëàìï? 256. Â îñâіòëþâàëüíó ìåðåæó 220 Â óâіìêíóëè ïîñëіäîâíî äâі åëåêòðè÷íі ëàìïè ç îäíàêîâèì îïîðîì. ßêîþ áóäå íàïðóãà íà êîæíіé ç ëàìï? 257. Îïіð êîëà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç äâîõ ïîñëіäîâíî ç’єäíàíèõ îäíàêîâèõ ëàìï і ðåîñòàòà, äîðіâíþє 1020 Îì. ßêèé îïіð êîæíîї ëàìïè, ÿêùî îïіð ðåîñòàòà äîðіâíþє 120 Îì? 258. Íàêðåñëіòü ñõåìó êîëà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç àêóìóëÿòîðà, åëåêòðè÷íîї ëàìïè, ðåîñòàòà і âèìèêà÷à, ç’єäíàíèõ çà äîïîìîãîþ ïðîâіäíèêіâ ïîñëіäîâíî. 259. ßê çìіíèòüñÿ ñèëà ñòðóìó â ÿëèíêîâіé ãіðëÿíäі, ÿêùî äî íåї ïîñëіäîâíî ïðèєäíàòè ùå îäíó ëàìïó? ßê çìіíèòüñÿ ñâіòіííÿ ëàìï? 260. ßêà ÿëèíêîâà ãіðëÿíäà çðó÷íіøà: ç ïîñëіäîâíèì ÷è ïàðàëåëüíèì ç’єäíàííÿì? ×îìó? Ðіâåíü Á 261. Â îñâіòëþâàëüíó ìåðåæó ââіìêíóëè ïîñëіäîâíî äâі ëàìïè ç ðіçíèì îïîðîì. ßêà ç íèõ ñâіòèòèìåòüñÿ ÿñêðàâіøå? ×îìó? 262. Äëÿ îñâіòëåííÿ òðàìâàéíîãî âàãîíà âèêîðèñòîâóþòü 120-âîëüòîâі åëåêòðè÷íі ëàìïè, õî÷à íàïðóãà â êîíòàêòíіé ìåðåæі òðàìâàÿ ñòàíîâèòü 600 Â. ßê ìàþòü áóòè ââіìêíåíі â òàêó ìåðåæó ëàìïè, ùîá íà êîæíó ç íèõ ïðèïàäàëà íîðìàëüíà íàïðóãà? 263. Ñàëîí òðîëåéáóñà îñâіòëþєòüñÿ 14-ìà ïëàôîíàìè, ó êîæíîìó ç ÿêèõ є ëàìïà, ðîçðàõîâàíà íà íàïðóãó 120 Â. Ùå îäíà òàêà ëàìïà ñëóãóє äëÿ îñâіòëåííÿ íîìåðà ìàðøðóòó. Íàêðåñëіòü ñõåìó âìèêàííÿ âñіõ ëàìï ó êîíòàêòíó ìåðåæó òðîëåéáóñà, íàïðóãà â ÿêіé ñòàíîâèòü 600 Â. 264. Ñêëàäіòü íàéïðîñòіøó ñõåìó ïîæåæíîї ñèãíàëіçàöії ç 5 êëþ÷àìè â ðіçíèõ ïóíêòàõ, äæåðåëîì ñòðóìó é îäíèì äçâіíêîì. 265. Îäèí ç ó÷íіâ ââàæàє, ùî øíóð, ÿêèé ç’єäíàíèé ç åëåêòðè÷íîþ ïëèòêîþ, – öå äâà ïàðàëåëüíî ç’єäíàíèõ ïðîâіäíèêè, à іíøèé ó÷åíü äîâîäèòü, ùî öі ïðîâіäíèêè ïîñëіäîâíî ç’єäíàíі ç åëåêòðè÷íîþ ïëèòêîþ. ×èÿ äóìêà ïðàâèëüíà і ÷îìó? 266. Ãіðëÿíäà êіìíàòíîї ÿëèíêè ìàє 24 ëàìïè. ßêùî îäíà ç ëàìï öієї ããіðëÿíäè ïåðåãîðèòü, òî ðåøòà ëàìï ïåðåñòàþòü ñâіòèòèñÿ. À ÿêùî ïåðå142

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ãîðèòü îäíà ç ëàìï ãіðëÿíäè øêіëüíîї ÿëèíêè, òî ðåøòà ëàìï ïðîäîâæóþòü ñâіòèòèñÿ. Ïîÿñíіòü ÷îìó. 267. Â îñâіòëþâàëüíó ìåðåæó íàïðóãîþ 220 Â òðåáà ââіìêíóòè 4 îäíàêîâі ëàìïè, ùî äàþòü ïîâíå ðîçæàðåííÿ ïðè íàïðóçі 110 Â. ßê ç’єäíàòè ëàìïè, ùîá âîíè íå ïåðåãîðіëè ïіä ÷àñ âìèêàííÿ їõ ó ìåðåæó?

§ 33. РОБОТА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Äіÿ âñіõ âіäîìèõ âàì åëåêòðè÷íèõ ïðèëàäіâ âіäáóâàєòüñÿ çà ðàõóíîê

åëåêòðè÷íîї åíåðãії, ÿêó ïîñòà÷àє äæåðåëî åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Â ðåçóëüòàòі öüîãî îäåðæóєìî ñâіòëî, òåïëîòó, çâóê, ìåõàíі÷íèé ðóõ òîùî, òîáòî ðіçíі âèäè åíåðãії. Ðîáîòà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî õàðàêòåðèçóє ïåðåòâîðåííÿ åëåêòðè÷íîї åíåðãії â іíøі âèäè åíåðãії.

Âè âæå çíàєòå, ùî íàïðóãà – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ÿêà õàðàêòåðèçóє åëåêòðè÷íå ïîëå, ÿêå ïåðåìіùóє âіëüíі çàðÿäè, ñòâîðþþ÷è ñòðóì. Íàïðóãà íà êіíöÿõ ïåâíîї äіëÿíêè êîëà âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì ðîáîòè À åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íà öіé äіëÿíöі äî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó q, ùî ïðîéøîâ ïî íіé, òîáòî: . Іç öüîãî ñïіââіäíîøåííÿ âèïëèâàє ôîðìóëà äëÿ âèçíà÷åííÿ ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íà äіëÿíöі êîëà: A  Uq. Ùîá âèçíà÷èòè ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íà äіëÿíöі êîëà, òðåáà íàïðóãó íà êіíöÿõ öієї äіëÿíêè ïîìíîæèòè íà åëåêòðè÷íèé çàðÿä, ùî ïðîéøîâ ïî íіé. Ïðîòÿãîì ÷àñó t ñòðóì ñèëîþ І ïåðåíîñèòü â êîëі åëåêòðè÷íèé çàðÿä q  It. Òîäі ôîðìóëà äëÿ ðîáîòè À åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íàáóâàє òàêîãî âèäó: A  UIt, äå U – íàïðóãà íà êіíöÿõ äіëÿíêè; І – ñèëà ñòðóìó â êîëі; t – ÷àñ, ïðîòÿãîì ÿêîãî âèêîíóâàëàñÿ ðîáîòà. Ùîá âèçíà÷èòè ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íà äіëÿíöі êîëà, ïîòðіáíî íàïðóãó íà êіíöÿõ öієї äіëÿíêè ïîìíîæèòè íà ñèëó ñòðóìó â íіé і íà ÷àñ, ïðîòÿãîì ÿêîãî âèêîíóâàëàñÿ ðîáîòà. Îäèíèöåþ ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó, ÿê і ìåõàíі÷íîї ðîáîòè, є îäèí äæîóëü (1 Äæ). Ç ôîðìóëè äëÿ ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âèïëèâàє: 1 Äæ  1 Â ∙ 1 À ∙ 1 ñ  1 Â ∙ À ∙ ñ. Ùîá âèìіðÿòè ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â êîëі, òðåáà ìàòè âîëüòìåòð, àìïåðìåòð і ãîäèííèê. 143

ÐÎÇÄІË 2

Мал. 189

Мал. 190

Äîñëіä. Ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî, ÿê öå ïîêàçàíî íà ìàëþíêó 189. Çà äîïîìîãîþ âîëüòìåòðà âèçíà÷èìî íàïðóãó, ÿêó ïðèêëàäåíî äî åëåêòðè÷íîї ëàìïè, à çà äîïîìîãîþ àìïåðìåòðà – ñèëó ñòðóìó â ñïіðàëі ëàìïè. Áà÷èìî, ùî âîëüòìåòð ïîêàçóє íàïðóãó 2,8 Â, à àìïåðìåòð – ñèëó ñòðóìó 1,35 À. Äëÿ âèçíà÷åííÿ ðîáîòè ñòðóìó ïðîòÿãîì 10 õâ ( 600 ñ) ñêîðèñòàєìîñÿ ôîðìóëîþ À  UIt. Ïіäñòàâèìî çíà÷åííÿ: À  2,8 Â ∙ 1,35 À ∙ 600 ñ  2268 Äæ  2,268 êÄæ. Îòæå, ðîáîòà ñèëè ñòðóìó äîðіâíþє 2,268 êÄæ. Íà ïðàêòèöі ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó òàêîæ âèìіðþþòü ñïåöіàëüíèì ïðèëàäîì – åëåêòðè÷íèì ëі÷èëüíèêîì, çîâíіøíіé âèãëÿä ÿêîãî ïîêàçàíî íà ìàëþíêó 190. Ëі÷èëüíèê åëåêòðè÷íîї åíåðãії ìîæíà ïîáà÷èòè â êîæíîìó áóäèíêó àáî êâàðòèðі. Êîíñòðóêöіÿ ëі÷èëüíèêà ïîєäíóє âëàñòèâîñòі âñіõ íàçâàíèõ âèùå ïðèëàäіâ. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. 2. 3. 4. 5.

Що називають роботою електричного струму? Як визначити роботу електричного струму? Назвіть одиниці роботи електричного струму в СІ. Як на практиці вимірюють роботу електричного струму? Користуючись формулою для обчислення роботи електричного струму, покажіть, як одиницю роботи 1 джоуль можна виразити через інші одиниці.

§ 34. ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Íà êîëáі àáî öîêîëі åëåêòðè÷íîї ëàìïè, êîðïóñі áàãàòüîõ ïîáóòîâèõ

åëåêòðîïðèëàäіâ, â іíñòðóêöіÿõ äî íèõ âè ïîáà÷èòå íàïèñè: «220 Â; 60 Âò», «ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîї ïðàñêè 1,2 êÂò» òîùî. ßê âè ïàì’ÿòàєòå ç ìåõàíіêè, ó âàòàõ âèìіðþþòü ïîòóæíіñòü, îòæå, ìîâà éäå ïðî ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî õàðàêòåðèçóє çäàòíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âèêîíóâàòè ïåâíó ðîáîòó çà îäèíèöþ ÷àñó. 144

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó ïîçíà÷àþòü âåëèêîþ ëàòèíñüêîþ ëіòåðîþ Ð. ßêùî ðîáîòà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó À âèêîíàíà ïðîòÿãîì ÷àñó t, òî ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó Ð âèçíà÷àòèìåòüñÿ çà ôîðìóëîþ: . Ñêîðèñòàâøèñü ñïіââіäíîøåííÿì À  UIt, íàäàìî ôîðìóëі äëÿ ïîòóæíîñòі åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó òàêîãî âèäó: P  UI. Ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âèçíà÷àєòüñÿ äîáóòêîì íàïðóãè íà êіíöÿõ äіëÿíêè êîëà і ñèëè ñòðóìó â öіé äіëÿíöі. Îäèíèöåþ ïîòóæíîñòі åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó є îäèí âàò (1 Âò). Ç ôîðìóëè äëÿ ïîòóæíîñòі âèïëèâàє, ùî 1 Âò  1 Â ∙ 1 À  1 Â ∙ À. Âèêîðèñòîâóþòü òàêîæ êðàòíі îäèíèöі ïîòóæíîñòі: ãåêòîâàò (ãÂò), êіëîâàò (êÂò), ìåãàâàò (ÌÂò), ãіãàâàò (ÃÂò). 1 ãÂò  100 Âò; 1 ÌÂò  1 000 000 Âò; 1 êÂò  1000 Âò; 1 ÃÂò  1 000 000 000 Âò. Ùîá âèìіðÿòè ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â êîëі, ïîòðіáíі âîëüòìåòð і àìïåðìåòð. Âèêîðèñòîâóþòü òàêîæ ñïåöіàëüíèé ïðèëàä – âàòìåòð, ÿêèì ìîæíà áåçïîñåðåäíüî âèìіðÿòè ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â êîëі. Íà ìàëþíêó 191 íàâåäåíî øêàëó òàêîãî ïðèëàäó. Ó òàáëèöі 12 ïîäàíî çíà÷åííÿ ïîòóæМал. 191 íîñòі äåÿêèõ åëåêòðîïðèëàäіâ – ñïîæèâà÷іâ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Ïîòóæíіñòü äåÿêèõ åëåêòðè÷íèõ ïðèëàäіâ Назва приладу

Потужність, Вт

Лампа кишенькового ліхтарика

Лампи освітлювальні (побутові)

(1,1–1,6) · 102

Холодильник домашній

(0,15–2,0) · 102

Електрична праска

(0,3–1,0) · 103

Пральна машина

(0,35–2,0) · 103

Електрична плитка

(6,0–8,0) · 102; (1,0 –1,2) · 103

Електропилосос

(0,1–1,2) · 103

Двигун трамвая

(45,0–50,0) · 103

Двигун електровоза Електродвигун прокатного стану

Òàáëèöÿ 12

650 · 103 (6,0–9,0) · 106

145

ÐÎÇÄІË 2

Áіëüøіñòü ïîáóòîâèõ ïðèëàäіâ ðîçðàõîâàíî íà íàïðóãó 220 Â, àëå íà ðіçíó ñèëó ñòðóìó. Îòæå, ïîòóæíіñòü ñïîæèâà÷іâ åëåêòðîåíåðãії ðіçíà, òîìó é îäíàêîâó ðîáîòó âîíè âèêîíóþòü çà ðіçíèé ÷àñ. Ç âèçíà÷åííÿ ïîòóæíîñòі åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âèïëèâàє ôîðìóëà äëÿ ïіäðàõóíêó åëåêòðè÷íîї åíåðãії, àáî ðîáîòè À: À  Pt, äå Ð – ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó; t – ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó. Ðîáîòà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âèçíà÷àєòüñÿ äîáóòêîì ïîòóæíîñòі åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó і ÷àñó ñïîæèâàííÿ ñòðóìó. Ç ôîðìóëè äëÿ ðîáîòè âèïëèâàє ùå îäèí âèðàç äëÿ îäèíèöі ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó: 1 Äæ  1 Âò ∙ 1 ñ  1 Âò ∙ ñ. ßêùî åëåêòðè÷íà ëàìïà ïîòóæíіñòþ 100 Âò ñâіòèòèìå âïðîäîâæ 10 ãîä, òî ðîáîòà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó äîðіâíþâàòèìå: À  100 Âò ∙ 36 000 ñ  3 600 000 Äæ  3600 êÄæ  3,6 ÌÄæ. Òàêå çíà÷åííÿ ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íàçèâàþòü êіëîâàò-ãîäèíîþ і ïîçíà÷àþòü 1 êÂò ∙ ãîä. 1 êÂò ∙ ãîä  3 600 000 Äæ  3600 êÄæ  3,6 ÌÄæ. Ïîêàçè åëåêòðè÷íîãî ëі÷èëüíèêà, ùî âèìіðþє ñïîæèòó ïðèëàäàìè ó êâàðòèðі åëåêòðè÷íó åíåðãіþ (ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó), âèðàæåíî ñàìå â êіëîâàò-ãîäèíàõ. Ìåõàíі÷íó ðîáîòó 3600 êÄæ ëþäèíà ìîæå âèêîíàòè, ÿêùî, íàïðèêëàä, ìіøîê ìàñîþ 50 êã ïіäíіìå ñõîäàìè íà âèñîòó ïîíàä 7 êì. À íà òåïëîâіé åëåêòðîñòàíöії, ùîá âèðîáèòè 1 êÂò ∙ ãîä, ïîòðіáíî ñïàëèòè âñüîãî 330 ã âóãіëëÿ. Ó òàáëèöі 13 íàâåäåíî âèäè ðîáіò, íà âèêîíàííÿ êîæíîї ç ÿêèõ çàòðà÷åíî 1 êÂò ∙ ãîä åíåðãії. Îäíà êіëîâàò-ãîäèíà åëåêòðîåíåðãії çàáåçïå÷óє âèêîíàííÿ òàêèõ ðîáіò

1 кВт · год

146

Нагрівання до кипіння 7 л води

Òàáëèöÿ 13

Виведення в інкубаторі 30 курчат

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Ïðîäîâæåííÿ òàáëèöі 13

Випікання 30 кг хліба

Освітлювання приміщення люмінесцентною лампою потужністю 20 Вт протягом двох діб

Робота електричного годинника протягом трьох місяців

Робота за настільним комп’ютером протягом 5 годин

Робота вентилятора протягом 20 годин

Помел 1000 кг зерна

Доїння 40 корів

Свердління отворів у деталях протягом 4 год

Робота пилососа протягом 2 год

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Чому поряд з поняттям «робота електричного струму» дуже важливе значення має поняття «потужність електричного струму»? 2. Для визначення потужності електричного струму за допомогою закону Ома можна одержати три еквівалентні формули: Р = UI, Р =

і Р = І R. За яких

умов для розв’язування задач зручніше користуватися однією із цих формул? 3. Поясніть, чому зменшується потужність лампи розжарювання, коли її спіраль унаслідок випаровування стає тоншою.

147

ÐÎÇÄІË 2

§ 35. ЗАКОН ДЖОУЛЯ–ЛЕНЦА

Å ëåêòðè÷íèé ñòðóì íàãðіâàє ïðîâіäíèê. Öå ÿâèùå âàì äîáðå âіäîìå. Ïîÿñíþєòüñÿ âîíî òèì, ùî çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè, ïåðåìіùóþ÷èñü ïіä âïëèâîì

åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ, âçàєìîäіþòü ç àòîìàìè ðå÷îâèíè ïðîâіäíèêà òà ïåðåäàþòü їì ñâîþ åíåðãіþ. Óíàñëіäîê ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïðîâіäíèêà çáіëüøóєòüñÿ. Àíãëіéñüêèé ôіçèê Äæåéìñ Äæîóëü і ðîñіéñüêèé ôіçèê Åìіëіé Ëåíö íà îñíîâі äîñëіäіâ óñòàíîâèëè, ùî â íåðóõîìèõ ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ óñÿ ðîáîòà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó âèòðà÷àєòüñÿ íà çáіëüøåííÿ їõíüîї âíóòðіøíüîї åíåðãії. Íàãðіòèé ïðîâіäíèê âіääàє îòðèìàíó åíåðãіþ íàâêîëèøíіì òіëàì, àëå âæå âíàñëіäîê òåïëîîáìіíó. Âîíè äіéøëè âèñíîâêó, ùî êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ â íåðóõîìîìó ïðîâіäíèêó çі ñòðóìîì, âèçíà÷àєòüñÿ äîáóòêîì êâàäðàòà ñèëè ñòðóìó, îïîðó ïðîâіäíèêà é ÷àñó ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó.

Öåé âèñíîâîê îòðèìàâ íàçâó çàêîíó Äæîóëÿ–Ëåíöà: Q  I2Rt, äå Q – êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïðîâіäíèêîì çі ñòðóìîì; I – ñèëà ñòðóìó ó ïðîâіäíèêó; R – îïіð ïðîâіäíèêà; t – ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó. ßêùî ïðîâіäíèêè ç’єäíàíî ïàðàëåëüíî, òî âîíè ïåðåáóâàþòü ïіä îäíàêîâîþ íàïðóãîþ. Ó öüîìó ðàçі êіëüêіñòü òåïëîòè ó ïðîâіäíèêó çðó÷íî âèçíà÷àòè çà ôîðìóëîþ: . Çà çàêîíîì çáåðåæåííÿ åíåðãії êіëüêіñòü òåïëîòè, ùî ïåðåäàєòüñÿ íàâêîëèøíüîìó ñåðåäîâèùó, äîðіâíþє ðîáîòі åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó: Q = À = I2Rt =

= UIt.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 2

1. Чому саме формула Q = I Rt, що використовується для розрахунку кількості теплоти, виражає суть закону Джоуля–Ленца? 2. Якщо в коло паралельно ввімкнути мідний і сталевий дроти однакової довжини та площею поперечного перерізу, то в мідному провіднику за той самий час виділиться більше теплоти. Чому? 3. При послідовному з’єднанні найбільше нагрівається провідник з найбільшим опором. Доведіть це.

§ 36. СПОЖИВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ. ЕЛЕКТРОНАГРІВАЛЬНІ ПРИЛАДИ

Ç äîіñòîðè÷íèõ ÷àñіâ і äî ñåðåäèíè XIX ñò. ëþäèíà âèêîðèñòîâóâàëà äëÿ

îñâіòëåííÿ ñìîëîñêèïè (ôàêåëè), ñâі÷êè, ãàñîâі ëàìïè é ãàçîâі ïàëüíèêè. Ë Ëèøå â 1878 ð. äåÿêі âóëèöі é ïëîùі Ïàðèæà áóëî îñâіòëåíî åëåêòðè÷íè148

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

а Мал. 192

б Мал. 193

Мал. 194

ìè ñâі÷êàìè – ëàìïàìè ç åëåêòðè÷íîþ äóãîþ (ìàë. 192, à). Åëåêòðè÷íó ñâі÷êó ñòâîðèâ âèíàõіäíèê Ïàâëî ßáëî÷êîâ, òîìó її ùå íàçèâàþòü «ñâі÷êîþ ßáëî÷êîâà». Ó 1870 ð. іíøèé åëåêòðîòåõíіê Îëåêñàíäð Ëîäèãіí ñêîíñòðóþâàâ åëåêòðè÷íó ëàìïó ðîçæàðþâàííÿ. Âîíà ñêëàäàëàñÿ çі ñêëÿíîãî áàëîíà, ó ÿêîìó ðîçìіùóâàâñÿ òîíêèé âóãіëüíèé ñòåðæåíü, çàêðіïëåíèé ìіæ äâîìà ìіäíèìè ïðîâіäíèêàìè (ìàë. 192, á). Âóãіëüíèé ñòåðæåíü ïіä ÷àñ ðîáîòè ëàìïè ðîçæàðþâàâñÿ é ñòàâàâ äæåðåëîì ñâіòëà, àëå øâèäêî ïåðåãîðÿâ (çà 30–40 õâ). Êîëè Ëîäèãіí âіäêà÷àâ ç áàëîíà ïîâіòðÿ, òî ÷àñ ðîáîòè ëàìïè çáіëüøèâñÿ. Ó 1879 ð. àìåðèêàíñüêèé âèíàõіäíèê Òîìàñ Åäіñîí âèíàéøîâ ñïîñіá îäåðæàííÿ òîíêèõ âóãіëüíèõ íèòîê, ÿêі âèêîðèñòîâóâàâ ó êîíñòðóêöії åëåêòðè÷íîї ëàìïè (ìàë. 193). Âіí òàêîæ çàïðîïîíóâàâ çðó÷íèé ñïîñіá âìèêàííÿ ëàìïè â åëåêòðîìåðåæó çà äîïîìîãîþ ãâèíòîâîãî öîêîëÿ òà ïàòðîíà. Òèì ñàìèì Åäіñîí ñïðèÿâ øâèäêîìó ïîøèðåííþ åëåêòðè÷íîãî îñâіòëåííÿ. Íà ïî÷àòêó XX ñò. ñòâîðþþòü áіëüø åêîíîìíі ëàìïè ç ìåòàëåâîþ çèãçàãîïîäіáíîþ íèòêîþ (ìàë. 194). Âåëèêèì íåäîëіêîì òàêèõ åëåêòðîëàìï áóëî âèïàðîâóâàííÿ ìàòåðіàëó íèòêè ïіä ÷àñ її ðîçæàðþâàííÿ, òîìó ÷àñ ðîáîòè ëàìï ñêîðî÷óâàâñÿ. Êðіì òîãî, ìàòåðіàë, ùî âèïàðîâóâàâñÿ, îñіäàâ íà ñòіíêàõ ñêëÿíîãî áàëîíà і çàòåìíþâàâ éîãî. Ó 1906 ð. Ëîäèãіí ñêîíñòðóþâàâ ëàìïó ç íèòêîþ ç âîëüôðàìó. Âîëüôðàì – òóãîïëàâêèé ìåòàë, ùî ïëàâèòüñÿ çà òåìïåðàòóðè 3380 Ñ. Ùîá çìåíøèòè øâèäêå âèïàðîâóâàííÿ âîëüôðàìó, áàëîí ëàìïè ïî÷àëè íàïîâíþâàòè іíåðòíèìè ãàçàìè – àðãîíîì (ç äîìіøêàìè àçîòó), êðèïòîíîì. Çãîäîì äëÿ çìåíøåííÿ òåïëîâèõ âòðàò âîëüôðàìîâó íèòêó â ëàìïі ïî÷àëè âèãîòîâëÿòè ó âèãëÿäі ñïіðàëі (ìàë. 195). Äëÿ îñâіòëåííÿ â ïîáóòі òà áіëüøîñòі âèïàäêіâ íà âèðîáíèöòâі çàñòîñîâóþòü åëåêòðè÷íі ëàìïè ðîçæàðþâàííÿ, ðîçðàõîâàíі íà íàïðóãó 220 Â, ïîòóæíіñòþ âіä 15 äî 150–200 Âò; äëÿ îñâіòëåííÿ çàëіçíè÷íèõ âàãîíіâ âèêîðèñòîâóþòü ëàìïè, ÿêі ðîçðàõîâàíі íà íàïðóãó 50 Â, àâòîìîáіëіâ – 12 і 6 Â, ó êèøåíüêîâèõ ëіõòàðèêàõ – 6,3; 3,5; 2,5 і 1 Â. Äëÿ ñïåöіàëüíèõ ïîòðåá âèãîòîâëÿþòü ëàìïè ðîçæàðþâàííÿ âåëèêîї ïîòóæíîñòі. Íà ìàëþíêó 196 âè áà÷èòå ëàìïó, ïîòóæíіñòü ÿêîї 500 Âò. Ëàìïè òàêîї ïîòóæíîñòі ïîòðіáíî îõîëîäæóâàòè ñïåöіàëüíèìè âåíòèëÿòîðàìè. Мал. 195 149

ÐÎÇÄІË 2

а Мал. 196

Мал. 197

×àñ ðîáîòè åëåêòðè÷íîї ëàìïè ðîçæàðþâàííÿ ñòàíîâèòü 1000 ãîä і çàëåæèòü âіä íàïðóãè, ùî ïîäàєòüñÿ íà ëàìïó. Íàïðèêëàä, ÿêùî íà ëàìïó, ðîçðàõîâàíó íà 220 Â, ïîäàâàòè íàïðóãó 222 Â, òî ÷àñ її ðîáîòè çìåíøèòüñÿ íà 130 ãîä. Êðіì ëàìï ðîçæàðþâàííÿ, ëþäèíà äëÿ âëàñíèõ ïîòðåá âèêîðèñòîâóє ãàçîðîçðÿäíі ëàìïè äåííîãî ñâіòëà (їõ ùå íàçèâàþòü ëþìіíåñöåíòíèìè ëàìïàìè). Öå äîâãі (âіä 10 äî 120 ñì) ñêëÿíі çàïàÿíі òðóáêè (ìàë. 197, à). Ïîâіòðÿ іç òðóáêè âèêà÷óþòü і ââîäÿòü êðàïëèíó ðòóòі òà òðîõè ãàçó – àðãîíó, êðèïòîíó, íåîíó òîùî. Óñåðåäèíі ïîâåðõíþ ïðîçîðîãî ñêëà ïîêðèâàþòü ðå÷îâèíîþ, ùî ñâіòèòüñÿ ïіä äієþ óëüòðàôіîëåòîâîãî âèïðîìіíþâàííÿ, ÿêå ñóïðîâîäæóє åëåêòðè÷íèé ðîçðÿä ó ãàçîâіé ñóìіøі. Ïіäáèðàþ÷è äîñëіäíèì øëÿõîì ñêëàä öієї ðå÷îâèíè, ìîæíà îòðèìàòè ñâіòëî áóäü-ÿêîãî êîëüîðó. Ïіä ÷àñ ñâіòіííÿ ëàìï äåííîãî ñâіòëà òåìïåðàòóðà â íèõ íå ïåðåâèùóє 50 Ñ. Ëþìіíåñöåíòíі ëàìïè çà ñâîєþ åêîíîìі÷íіñòþ ïåðåâèùóþòü â 5–7 ðàçіâ ëàìïè ðîçæàðþâàííÿ, äî òîãî æ ÷àñ їõ ðîáîòè ó 2–3 ðàçè äîâøèé. Íèíі âèêîðèñòîâóþòü åíåðãîîùàäíі ëàìïè (ìàë. 197, á), ïîòóæíіñòü ÿêèõ – 4–250 Âò, ñåðåäíіé òåðìіí âèêîðèñòàííÿ ñÿãàє 12 000–25 000 ãîäèí. Êðіì öüîãî, àëüòåðíàòèâíèìè äæåðåëàìè ñâіòëà є ñâіòëîäіîäíі ëàìïè, ÿêі íàáàãàòî åôåêòèâíіøі çà áóäü-ÿêі îñâіòëþâàëüíі ïðèëàäè (ìàë. 197, â). Òåïëîâó äіþ ñòðóìó âèêîðèñòîâóþòü ó ðіçíèõ åëåêòðîíàãðіâàëüíèõ ïðèëàäàõ і óñòàíîâêàõ. Ó ïîáóòі øèðîêî çàñòîñîâóþòü åëåêòðè÷íі ïëèòêè, ïðàñêè, ÷àéíèêè, êèï’ÿòèëüíèêè, âîäîíàãðіâà÷і òà åëåêòðîðàäіàòîðè (ìàë. 198), ó ïðîìèñëîâîñòі âèïëàâëÿþòü ñïåöіàëüíі ñîðòè ñòàëі òà áàãàòî

Мал. 198

150

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 199

Мал. 200

іíøèõ ìåòàëіâ, çâàðþþòü ìåòàëè (ìàë. 199), ó ñіëüñüêîìó ãîñïîäàðñòâі – îáіãðіâàþòü òåïëèöі, іíêóáàòîðè, âèñóøóþòü çåðíî òîùî. Îñíîâíîþ ÷àñòèíîþ íàãðіâàëüíîãî åëåêòðè÷íîãî ïðèëàäó є íàãðіâàëüíèé åëåìåíò. Íàãðіâàëüíèé åëåìåíò – öå ïðîâіäíèê ç âåëèêèì îïîðîì, ÿêèé çäàòíèé âèòðèìóâàòè, íå ðóéíóþ÷èñü, íàãðіâàííÿ äî âèñîêîї òåìïåðàòóðè (1000–1200 Ñ). Íàé÷àñòіøå äëÿ âèãîòîâëåííÿ íàãðіâàëüíèõ åëåìåíòіâ çàñòîñîâóþòü ñïëàâ íіêåëþ, çàëіçà, õðîìó é ìàðãàíöþ, âіäîìèé ïіä íàçâîþ «íіõðîì». Âåëèêèé îïіð íіõðîìó äàє çìîãó âèãîòîâëÿòè ç íüîãî äóæå çðó÷íі, ìàëі çà ðîçìіðàìè, íàãðіâàëüíі åëåìåíòè. Ó íàãðіâàëüíîìó åëåìåíòі ïðîâіäíèê ó âèãëÿäі äðîòó, ñòðі÷êè àáî ñïіðàëі íàìîòóþòü íà êàðêàñ ÷è ïðèêðіïëþþòü äî àðìàòóðè ç æàðîñòіéêîãî ìàòåðіàëó – ñëþäè, êåðàìіêè. Íàïðèêëàä, íàãðіâàëüíèì åëåìåíòîì â åëåêòðè÷íіé ïðàñöі (ìàë. 200) є íіõðîìîâà ñòðі÷êà àáî ñïіðàëü, âіä ÿêîї íàãðіâàєòüñÿ íèæíÿ ÷àñòèíà (ïіäîøâà) ïðàñêè. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Назвіть винахідників ламп розжарювання. 2. Які електричні лампи використовують для практичних потреб людини? 3. Оцініть (приблизно) ККД електричної лампи розжарювання. 4. Назвіть електронагрівальні прилади, які ви знаєте. 5. Що таке нагрівальний елемент?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. Àìïåðìåòð ïîêàçóє ñèëó ñòðóìó â êîëі 15 À, âîëüòìåòð – íàïðóãó íà äіëÿíöі 24 Â. ßêó ðîáîòó âèêîíàє åëåêòðè÷íèé ñòðóì çà 20 õâ? Äàíî: І  15 À U  24 Â t  20 õâ  1200 ñ À–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Ùîá âèçíà÷èòè ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó, ïîòðіáíî ñêîðèñòàòèñÿ ôîðìóëîþ: À  UІt.

Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: À  24 Â ∙ 15 À ∙ 1200 ñ  432 000 Äæ  432 êÄæ. Âіäïîâіäü: åëåêòðè÷íèé ñòðóì âèêîíàâ ðîáîòó 432 êÄæ. 151

ÐÎÇÄІË 2

2. ßêó ïîòóæíіñòü ïîâèíåí ìàòè åëåêòðè÷íèé äâèãóí, ùîá âіí çà 20 õâ âèêîíàâ ðîáîòó 100 êÄæ? Äàíî: Ðîçâ’ÿçàííÿ À  120 êÄæ  120 000 Äæ Ùîá âèçíà÷èòè ïîòóæíіñòü åëåêòðît  20 õâ  1200 ñ äâèãóíà, ïîòðіáíî ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó ïîäіëèòè íà ÷àñ éîãî ðîáîòè: Ð–? . Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: Ð  120 000 Äæ : 1200 ñ  100 Âò. Âіäïîâіäü: ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî äâèãóíà 100 Âò. 3. Äâі åëåêòðè÷íі ëàìïè ïîòóæíіñòþ 60 Âò і 100 Âò óâіìêíóòî â ìåðåæó 220 Â ïàðàëåëüíî. ßêà ç íèõ ñâіòèòèìåòüñÿ ÿñêðàâіøå? Âіäïîâіäü: ëàìïà ïîòóæíіñòþ 100 Âò ñâіòèòèìåòüñÿ ÿñêðàâіøå. Ðіâåíü À 268. Îá÷èñëіòü ðîáîòó ñòðóìó â åëåêòðè÷íіé ëàìïі çà 10 õâ, ÿêùî ñèëà ñòðóìó â íіé ñòàíîâèòü 0,2 À і ïðèêëàäåíî íàïðóãó 220 Â. 269. Îïіð åëåêòðè÷íîї ïëèòêè äîðіâíþє 80 Îì. Íàïðóãà â åëåêòðîìåðåæі 220 Â. Íà ÿêó ïîòóæíіñòü ðîçðàõîâàíà ïëèòêà? 270. Îá÷èñëіòü ïîòóæíіñòü ñòðóìó â åëåêòðè÷íіé ëàìïі, ÿêùî ïðè íàïðóçі 220 Â ñèëà ñòðóìó â íіé äîðіâíþє 0,25 À. 271. Åëåêòðè÷íà ëàìïà ââіìêíóòà â îñâіòëþâàëüíó ìåðåæó 220 Â. Îá÷èñëіòü ñèëó ñòðóìó â íіé òà її îïіð, ÿêùî ïîòóæíіñòü ëàìïè äîðіâíþє 100 Âò. 272. Ùîá ïåðåâіðèòè ïðàâèëüíіñòü ïîêàçіâ ëі÷èëüíèêà, ó÷åíü óâіìêíóâ íà 6 õâ êіëüêà ñïîæèâà÷іâ åíåðãії, ðîçðàõîâàíèõ íà çàãàëüíó ïîòóæíіñòü 1 êÂò, і ïіäðàõóâàâ, ùî çà öåé ÷àñ äèñê ëі÷èëüíèêà çðîáèâ 120 îáåðòіâ (1 êÂò ∙ ãîä = 1200 îáåðòіâ). ×è ïðàâèëüíî âèìіðþє ñïîæèòó åíåðãіþ ëі÷èëüíèê? Âèçíà÷òå ðîáîòó ñòðóìó çà öåé ÷àñ. 273. ßêà ñèëà ñòðóìó â åëåêòðîïëèòöі, ÿêùî âîíà ðîçðàõîâàíà íà íàïðóãó 220 Â і ïîòóæíіñòü 600 Âò? 274. Âèçíà÷òå êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ó ïðîâіäíèêó îïîðîì 120 Îì, ÿêùî ïî íüîìó ïðîòÿãîì 40 õâ ïðîõîäèâ ñòðóì 1,5 À. Ðіâåíü Á 275. Êîðèñòóþ÷èñü çàêîíîì Îìà, âèðàçіòü ðîáîòó ñòðóìó ÷åðåç ñèëó ñòðóìó, îïіð і ÷àñ; ÷åðåç íàïðóãó, îïіð і ÷àñ. 276. Íà äâі åëåêòðè÷íі ëàìïè ïîòóæíіñòþ 100 і 25 Âò, ç’єäíàíі ïàðàëåëüíî, ïîäàєòüñÿ íàïðóãà 220 Â. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó â êîæíіé ëàìïі. Ó ÿêіé ëàìïі áіëüøèé îïіð íèòêè ðîçæàðþâàííÿ? 277. Íà åëåêòðîëі÷èëüíèêó є òàêі íàïèñè: 220 V (220 Â), 5–17 À, 1 kW ∙ h (1 êÂò ∙ ãîä) = 1200 îáåðòàì äèñêà. Ùî îçíà÷àþòü öі íàïèñè? Íà ÿêó íàéáіëüøó ïîòóæíіñòü ðîçðàõîâàíèé ëі÷èëüíèê? Ñêіëüêè ëàìï ïî 100 Âò ìîæíà ââіìêíóòè â åëåêòðîìåðåæó? Ñêіëüêè îáåðòіâ çðîáèòü äèñê ëі÷èëüíèêà, ÿêùî ïðîòÿãîì 2 ãîä áóäå ââіìêíåíî åëåêòðîïðàñêó ïîòóæíіñòþ 1 êÂò? 152

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

278. Íåõàé ëі÷èëüíèê çàôіêñóâàâ çíà÷åííÿ ðîáîòè ñòðóìó, ÿêå äîðіâíþє 500,4 êÂò ∙ ãîä. Ùî ïîêàæå ëі÷èëüíèê, ÿêùî â áóäèíêó ïðîòÿãîì 10 ãîä ñâіòèëîñÿ 10 åëåêòðè÷íèõ ëàìï ïîòóæíіñòþ 100 Âò? ßêó ñóìó ãðîøåé ïîòðіáíî çàïëàòèòè, ÿêùî âàðòіñòü 1 êÂò ∙ ãîä ñòàíîâèòü 0,456 ê.? 279. Äâі ëàìïè ïîòóæíіñòþ ïî 100 Âò êîæíà, ðîçðàõîâàíі íà íàïðóãó 120 Â, óâіìêíóòî ïîñëіäîâíî â åëåêòðîìåðåæó 220 Â. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó â êîëі é íàïðóãó íà êîæíіé ç ëàìï. 280. Äâі åëåêòðè÷íі ëàìïè îïîðîì 80 і 160 Îì óâіìêíóòî â êîëî ïîñëіäîâíî. Ó ÿêіé ç íèõ âèäіëèòüñÿ áіëüøå òåïëîòè çà îäèí і òîé ñàìèé ÷àñ? 281. Äâі åëåêòðè÷íі ëàìïè îïîðîì 80 і 160 Îì óâіìêíóòî â êîëî ïàðàëåëüíî. Ó ÿêіé ç íèõ âèäіëèòüñÿ áіëüøå òåïëîòè çà îäèí і òîé ñàìèé ÷àñ? 282. Íà åëåêòðè÷íîìó ÷àéíèêó є íàïèñ «1,2 êÂò, 220 Â». Ùî îçíà÷àє öåé íàïèñ? ßêèé ñòðóì âèíèêàє â íàãðіâàëüíîìó åëåìåíòі ÷àéíèêà çà íîðìàëüíîãî ðåæèìó ðîáîòè? ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëÿєòüñÿ â íàãðіâàëüíîìó åëåìåíòі çà 3 õâ? ×è äîñòàòíüî öієї òåïëîòè, ùîá íàãðіòè äî êèïіííÿ 1,5 ë âîäè, òåìïåðàòóðà ÿêîї 20 Ñ? 283. Äâі åëåêòðè÷íі ëàìïè ïîòóæíіñòþ 40 і 100 Âò, ðîçðàõîâàíі íà íàïðóãó 110 Â, óâіìêíóòî â ìåðåæó 220 Â ïîñëіäîâíî. ßêà ç ëàìï ñâіòèòèìåòüñÿ ÿñêðàâіøå? ×è ìîæóòü äîâãî ñâіòèòèñÿ ëàìïè çà òàêèõ óìîâ? 284. ßêà êіëüêіñòü òåïëîòè âèäіëèòüñÿ çà 20 õâ â åëåêòðè÷íîìó ÷àéíèêó îïîðîì 100 Îì, ÿêùî éîãî ââіìêíóòè â ìåðåæó íàïðóãîþ 220 Â? ßêà ìàñà âîäè, íàëèòîї â ÷àéíèê, ÿêùî âîíà íàãðіëàñÿ çà öåé ÷àñ âіä 20 Ñ äî êèïіííÿ? 285. Åëåêòðè÷íà ïëèòêà îïîðîì 80 Îì ïðàöþє ïðè íàïðóçі 220 Â. Ñêіëüêè ïîòðіáíî ÷àñó, ùîá çàêèïіâ ÷àéíèê, ó ÿêîìó ìіñòèòüñÿ 3 ë âîäè? Ïî÷àòêîâà òåìïåðàòóðà âîäè äîðіâíþє 10 Ñ. ÊÊÄ íàãðіâàëüíîãî åëåìåíòà ïëèòêè 60 %. Òåïëîєìíіñòþ ÷àéíèêà çíåõòóéòå.

§ 37. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РОЗЧИНАХ І РОЗПЛАВАХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ

Ä îñі ìè âèâ÷àëè çàêîíîìіðíîñòі ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ і çíàєìî, ÿêå âåëèêå ïðàêòè÷íå çíà÷åííÿ ìàє öå

ÿâèùå. À ÷è іñíóþòü ïðîâіäíèêè åëåêòðèêè ç íåìåòàëіâ? Âèâ÷àþ÷è äàëі ÿâèùà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â ðіçíèõ ñåðåäîâèùàõ, ïåðåêîíàєìîñÿ, ùî åëåêòðè÷íèé ñòðóì, îêðіì ìåòàëіâ, ìîæå іñíóâàòè òàêîæ ó ðіäèíàõ, ãàçàõ і íàâіòü ó âàêóóìі. Ó öèõ âèïàäêàõ ðîçãëÿäàòèìåìî çàìêíåíå êîëî, ó ÿêîìó є äіëÿíêà ïðîâіäíèêà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç ðå÷îâèíè â ðіäêîìó ÷è ãàçóâàòîìó ñòàíі, àáî çîâñіì íå ìіñòèòü ðå÷îâèíè, òîáòî є âàêóóìíèì ïðîìіæêîì. Ïðîâіäíèêè, ÿêі ïіäâîäÿòü íàïðóãó (ñòðóì) äî öієї äіëÿíêè, íàçèâàþòü åëåêòðîäàìè. Åëåêòðîä, ïðèєäíàíèé äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà ñòðóìó, íàçèâàþòü àíîäîì, à äî íåãàòèâíîãî ïîëþñà – êàòîäîì. Ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó äî àíîäà ïðèòÿãóþòüñÿ âіëüíі åëåêòðîíè é íåãàòèâíі éîíè (àíіîíè), à äî êàòîäà – ïîçèòèâíі éîíè (êàòіîíè). Âè âæå äîáðå çíàєòå, ùî äëÿ іñíóâàííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â ðå÷îâèíі, ïîìіùåíіé â åëåêòðè÷íîìó ïîëі, îáîâ’ÿçêîâîþ óìîâîþ є íàÿâíіñòü ðóõîìèõ, àáî âіëüíèõ, åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ, òîáòî òàêèõ, ÿêі ìîæóòü â ðå÷îâèíі ïåðåìіùóâàòèñÿ ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ íà âіäñòàíі, îáìåæåíіé òіëüêè ðîçìіðàìè çðàçêà. Ó ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ íîñіÿìè ñòðóìó ó 153

ÐÎÇÄІË 2

є âіëüíі åëåêòðîíè, à éîíè ìåòàëó æîðñòêî çâ’ÿçàíі ó âóçëàõ êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê і ìîæóòü çäіéñíþâàòè ëèøå êîëèâàëüíі ðóõè. Ó ïîäіáíîìó çâ’ÿçàíîìó ñòàíі ïåðåáóâàþòü éîíè â іíøèõ òâåðäèõ òіëàõ ç éîííîþ ñòðóêòóðîþ – éîííèõ êðèñòàëàõ, ïðèêëàäîì ÿêèõ є çâè÷àéíà êóõîííà ñіëü (NaCl). Âіëüíèõ åëåêòðîíіâ ó éîííèõ êðèñòàëàõ íåìàє, à òі, ùî âіääàþòü àòîìè ìåòàëó (Na+), óòâîðþþòü íåãàòèâíі éîíè ãàëîãåíó (Ñl–), óíàñëіäîê ÷îãî âèíèêàє õіìі÷íèé çâ’ÿçîê. Îòæå, âіëüíèõ íîñіїâ åëåêòðèêè â éîííèõ êðèñòàëàõ íåìàє, òîìó çà íåâèñîêèõ òåìïåðàòóð âîíè є ãàðíèìè іçîëÿòîðàìè. Ó öüîìó íåâàæêî ïåðåêîíàòèñÿ, ÿêùî ñïðîáóâàòè óòâîðèòè åëåêòðè÷íå êîëî, çàíóðèâøè äâà ïðîâіäíèêè, ïðèєäíàíі ïîñëіäîâíî ç ìіêðîàìïåðìåòðîì äî äæåðåëà ñòðóìó, ó ïîñóäèíó ç êðèñòàëàìè ñóõîї êóõîííîї ñîëі: íіÿêîãî ñòðóìó íå âèÿâèìî. ßêùî æ íàäàòè éîíàì ðóõëèâîñòі, ïåðåâіâøè éîííі êðèñòàëè â ðіäêèé ñòàí øëÿõîì їõ íàãðіâàííÿ і ðîçïëàâëåííÿ, òî ðå÷îâèíà ñòàíå ïðîâіäíèêîì ñòðóìó. Âіäîìî, ùî ðîçïëàâè ñîëåé òà іíøèõ ñïîëóê ïðîâîäÿòü ñòðóì. Ïðîâіäíèêàìè ñòðóìó є òàêîæ âîäíі òà іíøі ðîç÷èíè ñîëåé êèñëîò і ëóãіâ. Äèñòèëüîâàíà âîäà, ùî ìàє ìîëåêóëÿðíó ñòðóêòóðó, є ãàðíèì іçîëÿòîðîì, îñêіëüêè â íіé íåìàє âіëüíèõ åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ, îòæå, ó íіé íå ìîæå âèíèêíóòè åëåêòðè÷íèé ñòðóì. Âîäíі ðîç÷èíè àáî ðîçïëàâè ðå÷îâèí, ÿêі ïðîâîäÿòü åëåêòðè÷íèé ñòðóì, íàçèâàþòü åëåêòðîëіòàìè. Äîñëіä. Ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî, çîáðàæåíå íà ìàëþíêó 138 (äèâ. ñ. 104), і íàëëєìî â ïîñóäèíó äèñòèëüîâàíîї âîäè. Ëàìïà íå ñâіòèòèìåòüñÿ, à àìïåðìåòð ïîêàæå âіäñóòíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó â êîëі. Àëå ÿêùî ðîç÷èíèòè ó âîäі ÿêó-íåáóäü ñіëü, êðèñòàëè ÿêîї ìàþòü éîííó ñòðóêòóðó, íàïðèêëàä êóõîííó ñіëü (NaCl) àáî ìіäíèé êóïîðîñ (CuSO4), òî â êîëі âèíèêíå ñòðóì, ëàìïà ïî÷íå ñâіòèòèñÿ. Ñïðîáóєìî ç’ÿñóâàòè, ó ÷îìó òóò ïðè÷èíà. Ìîëåêóëà âîäè ïîëÿðíà, òîáòî її ìîæíà óÿâëÿòè îá’єêòîì âèäîâæåíîї ôîðìè, íà êіíöÿõ ÿêîãî çîñåðåäæåíî åëåêòðè÷íі çàðÿäè ïðîòèëåæíèõ çíàêіâ. Îòæå, åëåêòðè÷íå ïîëå ìîëåêóë âîäè ñïðèÿє ðîçïàäó éîííèõ êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê íà âіëüíі éîíè (ìàë. 201, à). Ðóéíóâàííÿì êðèñòàëі÷íèõ ґðàòîê ñóïðîâîäæóєòüñÿ òàêîæ ïðîöåñ ïëàâëåííÿ ñîëåé, ó ðåçóëüòàòі ÿêîãî óòâîðþєòüñÿ ðіäèíà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç âіëüíèõ éîíіâ.

б Мал. 201

154

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Ðîçùåïëåííÿ ìîëåêóë íà éîíè ó âîäíîìó ðîç÷èíі àáî â ðîçïëàâі íàçèâàþòü åëåêòðîëіòè÷íîþ äèñîöіàöієþ. Òèïîâèìè åëåêòðîëіòàìè є ðîç÷èíè ñîëåé, ñîëі, êèñëîòè é ëóãè, áàãàòî îðãàíі÷íèõ ñïîëóê. Ùî æ âіäáóäåòüñÿ, ÿêùî â ðîç÷èíі åëåêòðîëіòó ñòâîðèòè åëåêòðè÷íå ïîëå (ìàë. 201, á)? Î÷åâèäíî, ùî ïîçèòèâíі éîíè (êàòіîíè) ïî÷íóòü ðóõàòèñÿ äî íåãàòèâíî çàðÿäæåíîãî ýëåêòðîäà – êàòîäà, à íåãàòèâíі éîíè (àíіîíè) – äî ïîçèòèâíî çàðÿäæåíîãî åëåêòðîäà (àíîäà). Ó êîëі âèíèêíå åëåêòðè÷íèé ñòðóì, çóìîâëåíèé íàïðÿìëåíèì ðóõîì åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ îáîõ çíàêіâ. Îòæå, åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó ðîç÷èíàõ åëåêòðîëіòіâ – öå âïîðÿäêîâàíèé ðóõ éîíіâ. ßêùî ñòðóì ïðîõîäèòü êðіçü ðîç÷èí ìіäíîãî êóïîðîñó, òî іç ÷àñîì âèÿâèìî, ùî íà êàòîäі óòâîðèâñÿ òîíêèé øàð ìіäі. Îòæå, ó ðîç÷èíі ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ äî êàòîäà ïåðåìіùàþòüñÿ ïîçèòèâíî çàðÿäæåíі éîíè Cu2+, ÿêі ïіä ÷àñ êîíòàêòó ç êàòîäîì ïðèєäíóþòü äî ñåáå íåäîñòàòíі åëåêòðîíè é íåéòðàëіçóþòüñÿ. Íåéòðàëüíі àòîìè, ùî óòâîðèëèñÿ, îñіäàþòü íà åëåêòðîäі. Áà÷èìî, ùî íà âіäìіíó âіä ìåòàëіâ ñòðóì â åëåêòðîëіòі ñóïðîâîäæóєòüñÿ ïåðåíåñåííÿì ðå÷îâèíè. Ïðîöåñ âèäіëåííÿ ðå÷îâèíè íà åëåêòðîäàõ ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó êðіçü ðîç÷èíè àáî ðîçïëàâè åëåêòðîëіòіâ íàçèâàþòü åëåêòðîëіçîì. Ó 1833–1834 pp. âèäàòíèé àíãëіéñüêèé ó÷åíèé Ìàéêë Ôàðàäåé åêñïåðèìåíòàëüíî âñòàíîâèâ êіëüêіñíі ñïіââіäíîøåííÿ ÿâèùà åëåêòðîëіçó. Ïåðøèé çàêîí Ôàðàäåÿ äëÿ åëåêòðîëіçó äàє çìîãó îá÷èñëèòè ìàñó ðå÷îâèíè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ íà åëåêòðîäі. Ìàñà ðå÷îâèíè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ íà åëåêòðîäі ïіä ÷àñ åëåêòðîëіçó, ïðÿìî ïðîïîðöіéíà ñèëі ñòðóìó і ÷àñó ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó ÷åðåç åëåêòðîëіò: m  kIt, äå ò – ìàñà âèäіëåíîї íà åëåêòðîäі ðå÷îâèíè; k – êîåôіöієíò ïðîïîðöіéíîñòі – åëåêòðîõіìі÷íèé åêâіâàëåíò äàíîї ðå÷îâèíè (ïîäàєòüñÿ â òàáëèöÿõ); І – ñèëà ñòðóìó â êîëі; t – ÷àñ ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Âèõîäÿ÷è ç ïåðøîãî çàêîíó Ôàðàäåÿ, ìîæíà åêñïåðèìåíòàëüíî âèçíà÷èòè çíà÷åííÿ åëåêòðîõіìі÷íîãî åêâіâàëåíòà äàíîї ðå÷îâèíè. Åëåêòðîõіìі÷íèé åêâіâàëåíò âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì ìàñè ðå÷îâèíè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ íà åëåêòðîäі ïіä ÷àñ åëåêòðîëіçó, äî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ÿêèé ïðîéøîâ ÷åðåç åëåêòðîëіò: . Îäèíèöåþ åëåêòðîõіìі÷íîãî åêâіâàëåíòà â ÑІ є îäèí êіëîãðàì íà êóëîí (1 êã/Êë). 155

ÐÎÇÄІË 2

Åëåêòðîëіç øèðîêî çàñòîñîâóєòüñÿ â ïðîìèñëîâîñòі. Çà äîïîìîãîþ åëåêòðîëіçó (ãàëüâàíîñòåãії) ìîæíà ïîêðèâàòè ìåòàëåâі äåòàëі òîíêèì øàðîì іíøîãî ìåòàëó. Ó òàêèé ñïîñіá ïðîâîäÿòü íіêåëþâàííÿ, õðîìóâàííÿ, çîëî÷åííÿ é îáìіäíåííÿ ðіçíèõ âèðîáіâ. Ïðîïóñêàþ÷è åëåêòðè÷íèé ñòðóì êðіçü ðîçïëàâè äåÿêèõ ñîëåé, ìîæíà âèäіëÿòè ìåòàëè â ÷èñòîìó âèäі. Òàê îòðèìóþòü àëþìіíіé, ðàôіíîâàíó (íàä÷èñòó) ìіäü òà іíøі ìåòàëè. Çà äîïîìîãîþ åëåêòðîëіçó î÷èùàþòü ìåòàëè âіä äîìіøîê, íàïðèêëàä íåî÷èùåíó ìіäü, äîáóòó ç ðóäè. Її âіäëèâàþòü ó ôîðìі òîâñòèõ ëèñòіâ, ÿêі ïîòіì óìіùóþòü ó âàííó ÿê àíîäè. Ïіä ÷àñ åëåêòðîëіçó ìіäü àíîäà ðîç÷èíÿєòüñÿ, äîìіøêè, ÿêі ìіñòÿòü öіííі é ðіäêіñíі ìåòàëè, âèïàäàþòü â îñàä, à íà êàòîäі îñіäàє ÷èñòà ìіäü. Ó 1836 ð. Áîðèñ Ñåìåíîâè÷ ßêîáі (1801–1874) çàïðîïîíóâàâ ïðîöåñ îäåðæàííÿ âіäøàðîâóâàíèõ ïîêðèòòіâ (ãàëüâàíîïëàñòèêó) і çàñòîñóâàâ éîãî äëÿ âèãîòîâëåííÿ ïîðîæíèñòèõ ôіãóð, ùî ïðèêðàñèëè Іñààêіїâñüêèé ñîáîð ó Ñàíêò-Ïåòåðáóðçі. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО У чому полягає явище електролітичної дисоціації? Чому кристали з йонним зв’язком є електролітами? Поясніть механізм виникнення струму в електролітах. Назвіть відмінності у проходженні електричного струму в металах та розчинах і розплавах електролітів. 5. Розкажіть, що таке електроліз і де його застосовують. 6. Яка одиниця електрохімічного еквівалента? Що показує значення електрохімічного еквівалента певної речовини? 7. Яке практичне та наукове значення першого закону електролізу Фарадея? 1. 2. 3. 4.

§ 38. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ГАЗАХ. САМОСТІЙНИЙ І НЕСАМОСТІЙНИЙ РОЗРЯДИ

Ãàçè є äîáðèìè іçîëÿòîðàìè òîìó, ùî çà çâè÷àéíèõ óìîâ – íèçüêèõ òåì-

ïåðàòóð і âіäñóòíîñòі çîâíіøíüîãî îïðîìіíåííÿ (óëüòðàôіîëåòîâîãî, ðåíòãåíіâñüêîãî, ðàäіîàêòèâíîãî) – âîíè ñêëàäàþòüñÿ ç íåéòðàëüíèõ àòîìіâ àáî ìîëåêóë. Ó íèõ íåìàє âіëüíèõ åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ, óïîðÿäêîâàíå ïåðåìіùåííÿ ÿêèõ і ñïðè÷èíÿє åëåêòðè÷íèé ñòðóì. Îäíàê çà äåÿêèõ óìîâ ìîæíà îäåðæàòè åëåêòðè÷íèé ñòðóì і â ãàçàõ. Äîñëіä 1. Çàðÿäèìî (íàïðèêëàä, âіä åëåêòðîôîðíîї ìàøèíè) àëþìіíієâі äèñêè, ç’єäíàíі ïðîâіäíèêàìè ç âèâîäàìè åëåêòðîìåòðà (ìàë. 202, à). Ñïîñòåðіãàòèìåìî, ùî âіäõèëåííÿ ñòðіëêè åëåêòðîìåòðà çàëèøàòèìåòüñÿ ñòàëèì, òîìó ùî åëåêòðè÷íà ïðîâіäíіñòü ïîâіòðÿ çà óìîâ êіìíàòíîї òåìïåðàòóðè òà ñóõîãî ïîâіòðÿ äóæå ìàëà, і ïëàñòèíè ïîìіòíî íå ðîçðÿäæàþòüñÿ. Âíåñåìî ó ïðîñòіð ìіæ äèñêàìè ïîëóì’ÿ âіä çàïàëåíîãî ñіðíèêà àáî ñâі÷êè (ìàë. 202, á). Ïîáà÷èìî, ùî åëåêòðîìåòð øâèäêî ðîçðÿäèâñÿ. Îòæå, ïîâіòðÿ âíàñëіäîê çíà÷íîãî ïіäâèùåííÿ òåìïåðàòóðè íàáóëî ïðîâіäíîñòі é çàìêíóëî êîëî, òîáòî â íàãðіòîìó ãàçі ïðîõîäèòü åëåêòðè÷íèé ñ ñòðóì. 156

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

б Мал. 202

Ïðîöåñ ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó êðіçü ãàç íàçèâàþòü ãàçîâèì ðîçðÿäîì. Óíàñëіäîê íàãðіâàííÿ àáî âèïðîìіíþâàííÿ ÷àñòèíà àòîìіâ ãàçó éîíіçóєòüñÿ – ðîçïàäàєòüñÿ íà ïîçèòèâíî çàðÿäæåíі éîíè é åëåêòðîíè. Ó ãàçі ìîæóòü óòâîðþâàòèñÿ і íåãàòèâíî çàðÿäæåíі éîíè (êîëè âіëüíі åëåêòðîíè ïðèєäíóþòüñÿ äî íåéòðàëüíèõ àòîìіâ). Éîíіçàöіÿ ãàçіâ ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ ïîÿñíþєòüñÿ òèì, ùî äåÿêі ìîëåêóëè ïî÷èíàþòü ðóõàòèñÿ òàê øâèäêî, ùî ÷àñòèíà ç íèõ ïіä ÷àñ çіòêíåííÿ ðîçïàäàєòüñÿ, ïåðåòâîðþþ÷èñü íà éîíè. Ùî âèùà òåìïåðàòóðà ãàçó, òî áіëüøå óòâîðþєòüñÿ éîíіâ. Ó íàøîìó äîñëіäі ïîëóì’ÿ ñâі÷êè âèêîíóâàëî ðîëü éîíіçàòîðà, òîáòî äæåðåëà éîíіâ. Ïðîöåñ, ÿêèé çàáåçïå÷óє éîíіçàöіþ ãàçó é ïîäàëüøèé ðîçâèòîê ãàçîâîãî ðîçðÿäó, íàçèâàþòü éîíіçàòîðîì. ßê éîíіçàòîð äіþòü ðåíòãåíіâñüêі ïðîìåíі, à òàêîæ ðàäіîàêòèâíå âèïðîìіíþâàííÿ, ÿêå âèâ÷àòèìåìî çãîäîì. Çà íîðìàëüíèõ óìîâ îòî÷óþ÷å ïîâіòðÿ çàâæäè ïåâíîþ ìіðîþ éîíіçîâàíå âíàñëіäîê ñîíÿ÷íèõ ïðîìåíіâ і êîñìі÷íîãî âèïðîìіíþâàííÿ (ïîòіê øâèäêèõ çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê, ïåðåâàæíî ïðîòîíіâ, ÿêі ïîòðàïëÿþòü íà Çåìëþ ç ãëèáèí Êîñìîñó). Ìåõàíіçì ïðîâіäíîñòі ãàçіâ ïîäіáíèé äî ìåõàíіçìó ïðîâіäíîñòі ðîç÷èíіâ і ðîçïëàâіâ åëåêòðîëіòіâ, àëå âіäìіííіñòü ïîëÿãàє â òîìó, ùî íåãàòèâíèé çàðÿä ïåðåíîñèòüñÿ â îñíîâíîìó íå íåãàòèâíèìè éîíàìè, à âіëüíèìè åëåêòðîíàìè, õî÷à ïðîâіäíіñòü çà ðàõóíîê íåãàòèâíèõ éîíіâ òàêîæ ìîæå âіäіãðàâàòè ïåâíó ðîëü. Îòæå, ó ãàçàõ ïîєäíóєòüñÿ åëåêòðîííà ïðîâіäíіñòü, ïîäіáíà äî ïðîâіäíîñòі ìåòàëіâ, ç éîííîþ ïðîâіäíіñòþ, ïîäіáíîþ äî ïðîâіäíîñòі âîäíèõ ðîç÷èíіâ і ðîçïëàâіâ åëåêòðîëіòіâ. ßêùî ìè ïðèïèíÿєìî íàãðіâàòè àáî îïðîìіíþâàòè ãàç, òî âіí çíîâó ñòàє äіåëåêòðèêîì. Ñòðóì ïðèïèíÿє ïðîõîäèòè ïіñëÿ òîãî, ÿê óñі éîíè é åëåêòðîíè äîñÿãíóòü åëåêòðîäіâ. Êðіì òîãî, ïðè çáëèæåííі åëåêòðîíà і ïîçèòèâíî çàðÿäæåíîãî éîíà çíîâó óòâîðþєòüñÿ íåéòðàëüíèé àòîì. Òàêèé ïðîöåñ íàçèâàþòü ðåêîìáіíàöієþ çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê. 157

ÐÎÇÄІË 2

ßêùî íåìàє çîâíіøíüîãî åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ, òî çàðÿäæåíі ÷àñòèíêè çíèêàþòü ëèøå âíàñëіäîê ðåêîìáіíàöії, і ãàç ñòàє äіåëåêòðèêîì. Ó ãàçàõ ðîçðÿä ìîæå âіäáóâàòèñÿ і áåç íàãðіâàííÿ òà îïðîìіíåííÿ. Іíêîëè âіí ìîæå ïіäòðèìóâàòè ñåáå ñàì. Çà ÿêèõ óìîâ öå ìîæëèâî? Äîñëіä 2. Âіçüìåìî çàïàÿíó é íàïîâíåíó ïîâіòðÿì ñêëÿíó òðóáêó ç äâîìà ìåòàëåâèìè åëåêòðîäàìè, äî ÿêèõ ïðèêëàäåìî íàïðóãó, ñêëàâøè êîëî, çîáðàæåíå íà ìàëþíêó 203. Óâàæàòèìåìî, ùî íà ãàç ó òðóáöі äіє ÿêèéñü éîíіçàòîð. ßêùî íàïðóãà ìіæ åëåêòðîäàìè òðóáêè íåâåëèêà, òî ïîçèòèâíî çàðÿäæåíі éîíè ïåðåìіùóþòüñÿ äî íåãàòèâíîãî åëåêòðîäà, à åëåêòðîíè é íåãàòèâíî çàðÿäæåíі éîíè – äî ïîçèòèâíîãî. Óíàñëіäîê öüîãî ó òðóáöі âèíèêàє åëåêòðè÷íèé ñòðóì, òîáòî âіäáóâàєòüñÿ ãàçîâèé ðîçðÿä. Îñêіëüêè â ìіæåëåêòðîäíîìó ïðîñòîðі âîäíî÷àñ âіäáóâàєòüñÿ ïðîöåñ ðåêîìáіíàöії, òî íå âñі óòâîðåíі åëåêòðîíè і éîíè äîñÿãàþòü åëåêòðîäіâ òðóáêè. Ó ðàçі çáіëüøåííÿ íàïðóãè ìіæ åëåêòðîäàìè ïîìі÷àєìî, ùî â êîëі çáіëüøóєòüñÿ ñèëà ñòðóìó. Ïîòіì íàñòàє ìîìåíò, êîëè ñèëà ñòðóìó íå çìіíþєòüñÿ. Ñòðóì äîñÿãàє íàñè÷åííÿ (ìàë. 204). ßêùî äіÿ éîíіçàòîðà (íàãðіâàííÿ, îïðîìіíåííÿ) ïðèïèíÿєòüñÿ, òî ïðèïèíÿєòüñÿ é ðîçðÿä, îñêіëüêè іíøèõ äæåðåë éîíіâ íåìàє. Òîìó òàêèé ðîçðÿä íàçèâàþòü íåñàìîñòіéíèì ðîçðÿäîì. Ùî æ ñòàíåòüñÿ ç ðîçðÿäîì ó ãàçі, ÿêùî çáіëüøóâàòè íàïðóãó íà åëåêòðîäàõ òðóáêè? Äîñëіä ïîêàçóє, ùî â ãàçі çі çáіëüøåííÿì íàïðóãè íà åëåêòðîäàõ òðóáêè, ïî÷èíàþ÷è ç äåÿêîãî çíà÷åííÿ, ñèëà ñòðóìó çíîâó çáіëüøóєòüñÿ (ìàë. 205). Öå âіäáóâàєòüñÿ òîìó, ùî â ãàçі äîäàòêîâî âіäáóâàєòüñÿ éîíіçàöіÿ åëåêòðîííèì óäàðîì ó ðåçóëüòàòі çіòêíåíü ïðèñêîðåíèõ åëåêòðè÷íèì ïîëåì åëåêòðîíіâ ç àòîìàìè ãàçó. Óíàñëіäîê öüîãî âèíèêàє çíà÷íî áіëüøå éîíіâ, íіæ òèõ, ùî óòâîðþþòüñÿ â ðåçóëüòàòі äії éîíіçàòîðà. Ñèëà ñòðóìó çáіëüøóєòüñÿ â òèñÿ÷і ðàçіâ, à êіëüêіñòü éîíіâ ìîæå ñòàòè òàêîþ, ùî çîâíіøíіé éîíіçàòîð óæå íå ïîòðіáíèé äëÿ ïіäòðèìàííÿ ðîçðÿäó. Îñêіëüêè òàêèé ðîçðÿä íå ïîòðåáóє äëÿ ñâîãî ïіäòðèìàííÿ çîâíіøíüîãî éîíіçàòîðà, éîãî íàçèâàþòü ñàìîñòіéíèì ðîçðÿäîì. Çàëåæíî âіä âëàñòèâîñòåé і ñòàíó ãàçó, õàðàêòåðó é ðîçìіùåííÿ åëåêòðîäіâ, à òàêîæ âіä ïðèêëàäåíîї äî åëåêòðîäіâ íàïðóãè âèíèêàþòü ðіçíі âèäè ñàìîñòіéíîãî ðîçðÿäó. Òëіþ÷èé ðîçðÿä ñïîñòåðіãàєòüñÿ ïðè íèçüêèõ òèñêàõ (äåñÿòі é ñîòі ÷àñòêè ìіëіìåòðà ðòóòíîãî ñòîâï÷èêà) і íàïðóçі ìіæ åëåêòðîäàìè â êіëüêà ñîòåíü âîëüòіâ.

Мал. 203

158

Мал. 204

Мал. 205

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Òëіþ÷èé ðîçðÿä âèêîðèñòîâóþòü ó ðåêëàìíèõ òðóáêàõ. ßêùî òðóáêà íàïîâíåíà íåîíîì, òî âèíèêàє ÷åðâîíå ñâіòіííÿ, ÿêùî àðãîíîì – òî ñèíþâàòî-çåëåíå. Ó ëàìïàõ äåííîãî ñâіòëà âèêîðèñòîâóþòü ðîçðÿä ó ïàðі ðòóòі. Åëåêòðè÷íà äóãà – ÿâèùå âèíèêíåííÿ ÿñêðàâîãî ñâіòíîãî ñòîâïà ãàçó ìіæ äâîìà âóãіëüíèìè åëåêòðîäàìè çà íèçüêîї íàïðóãè. Åëåêòðè÷íó äóãó «çàïàëþþòü» òàê. Ñïî÷àòêó çáëèæóþòü і ââîäÿòü ó êîíòàêò âóãіëüíі åëåêòðîäè, çàìèêàþ÷è êîëî. Óíàñëіäîê òåïëîâîї äії ñòðóìó, ùî ïðîõîäèòü ÷åðåç òî÷êîâі êîíòàêòè ç âåëèêèì åëåêòðè÷íèì îïîðîì, êіíöі åëåêòðîäіâ ðîçæàðþþòüñÿ äî ñâіòіííÿ. Ç ïîâåðõíі åëåêòðîäіâ ïðè öüîìó âèëіòàþòü ç âåëèêîþ øâèäêіñòþ åëåêòðîíè é ÷åðåç çіòêíåííÿ éîíіçóþòü ãàç ó ïðèëåãëîìó ïðîñòîðі. ßêùî åëåêòðîäè ðîçâåñòè, òî åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó êîëі íå ïðèïèíÿєòüñÿ, âіí ïðîõîäèòü ÷åðåç éîíіçîâàíèé ãàç, ùî ñóïðîâîäæóєòüñÿ éîãî ðîçæàðåííÿì і ÿñêðàâèì ñâіòіííÿì. Ñèëà ñòðóìó â íåâåëèêіé äóçі ñÿãàє êіëüêîõ àìïåð, à â ïîòóæíèõ äóãàõ – êіëüêîõ ñîòåíü àìïåð çà íàïðóãè ïðèáëèçíî 50 Â. Ïіä ÷àñ ãîðіííÿ äóãè ïîâіòðÿ àáî іíøèé ãàç ó ïðîìіæêó ìіæ âóãіëüíèìè åëåêòðîäàìè ðîçіãðіМал. 206 âàєòüñÿ äî êіëüêîõ òèñÿ÷ ãðàäóñіâ і, ïіäíіìàþ÷èñü óãîðó âíàñëіäîê êîíâåêöії, âèãèíàє ñâіòíèé ñòîâï÷èê ó ôîðìі äóãè, çà ùî öåé âèä ãàçîâîãî ðîçðÿäó é îòðèìàâ ñâîþ íàçâó (ìàë. 206). Äóãîâèé ðîçðÿä – ïîòóæíå äæåðåëî ñâіòëà. Éîãî âèêîðèñòîâóâàëè ó ïðîæåêòîðàõ, ïðîåêöіéíèõ àïàðàòàõ і êіíîàïàðàòàõ. Ó ìåòàëóðãії äîñèòü ïîøèðåíі åëåêòðîïå÷і, ó ÿêèõ äæåðåëîì òåïëà є äóãîâèé ðîçðÿä. Äóãîâèé ðîçðÿä âèêîðèñòîâóþòü äëÿ çâàðþâàííÿ ìåòàëіâ. Êîðîííèé ðîçðÿä – öå ñâіòíà îáëàñòü, ÿêà íàãàäóє êîðîíó. Âіí óòâîðþєòüñÿ ïðè àòìîñôåðíîìó òèñêó ïîáëèçó çàãîñòðåíèõ ÷àñòèí ïðîâіäíèêà ç âåëèêèì åëåêòðè÷íèì çàðÿäîì. Ãàç ó öüîìó ðàçі éîíіçóþòü óäàðîì åëåêòðîíè, ïðèñêîðåíі ñèëüíèì íåîäíîðіäíèì åëåêòðè÷íèì ïîëåì, ÿêå âèíèêàє ïîáëèçó çàãîñòðåíèõ çàðÿäæåíèõ ïðîâіäíèêіâ. Ïåðåä ãðîçîþ àáî ó ãðîçó ÷àñòî íà âіñòðÿõ і ãîñòðèõ êóòàõ âèñîêî ïіäíÿòèõ ïðåäìåòіâ ñïàëàõóþòü ñõîæі íà ùіòî÷êè êîíóñè ñâіòëà, íàïðèêëàä íà âіñòðÿõ êîðàáåëüíèõ ùîãë (ìàë. 207). Ç äàâíіõ-äàâåí öå ñâіòіííÿ íàçèâàþòü âîãíÿìè ñâÿòîãî Åëüìà. Êîðîííèì ðîçðÿäîì íå ìîæíà íåõòóâàòè, ÿêùî ìàєø ñïðàâó ç âèñîêîþ íàïðóãîþ. Êîëè є âèñòóïíі ÷àñòèíè àáî äóæå òîíêі ïðîâîäè, òî ìîæå âèíèêíóòè êîðîííèé ðîçðÿä. Öå ïðèçâîäèòü äî âòðàò åëåêòðîåíåðãії. Ùî âèùà íàïðóãà âèñîêîâîëüòíîї ëіíії, òî òîâùèìè ìàþòü áóòè ïðîâîäè. Іñêðîâèé ðîçðÿä âèíèêàє çà âèñîêîї íàïðóãè ìіæ åëåêòðîäàìè â ïîâіòðі (ìàë. 208, à) і ìàє âèãëÿä ïó÷êà ÿñêðàâèõ çèãçàãîïîäіáíèõ ñìóæîê, ùî âіäãàëóæóþòüñÿ âіä òîíêîãî êàíàëó.

Мал. 207

159

ÐÎÇÄІË 2

б Мал. 208

Ïðè іñêðîâîìó ðîçðÿäі ãàç éîíіçóþòü óäàðîì ïðèñêîðåíі ñèëüíèì åëåêòðè÷íèì ïîëåì åëåêòðîíè, ùî âèíèêàþòü â îêðåìèõ ìіñöÿõ ó ïðîìіæêó ìіæ åëåêòðîäàìè âíàñëіäîê ïðèðîäíîї éîíіçàöії ïîâіòðÿ. Çà äîïîìîãîþ іñêðîâîãî ðîçðÿäó ìîæíà îáðîáëÿòè äåòàëі ç òóãîïëàâêèõ ìåòàëіâ, òîìó ùî âåëèêà åíåðãіÿ öüîãî ðîçðÿäó âèäіëÿєòüñÿ â ìàëîìó îá’єìі çà äóæå ìàëèé іíòåðâàë ÷àñó. Òîìó òåïëîîáìіíó ìіæ çîíîþ ðîçðÿäó і íàâêîëèøíіì ñåðåäîâèùåì ïðàêòè÷íî íåìàє. Ó ìіñöі ðîçðÿäó òåìïåðàòóðà ìåòàëó ðіçêî ïіäâèùóєòüñÿ, і âіäáóâàєòüñÿ éîãî âèïàðîâóâàííÿ. Ïðèêëàäîì âåëåòåíñüêîãî іñêðîâîãî ðîçðÿäó є áëèñêàâêà (ìàë. 208, á). Âèâ÷åííÿì öüîãî ÿâèùà ïðèðîäè çàéìàëèñÿ áàãàòî â÷åíèõ, çîêðåìà Á. Ôðàíêëіí, Ì. Â. Ëîìîíîñîâ, Ã. Â. Ðіõìàí. Ó 1753 p., äîñëіäæóþ÷è àòìîñôåðíó åëåêòðèêó, Ðіõìàí çàãèíóâ âіä óäàðó áëèñêàâêè. Áàãàòîðі÷íèìè äîñëіäæåííÿìè âñòàíîâëåíî, ùî ïіä ÷àñ ðóõó ïîâіòðÿ çà ðàõóíîê êîíâåêöії ïîâіòðÿíі ïîòîêè é õìàðè â ðåçóëüòàòі çіòêíåíü åëåêòðèçóþòüñÿ. Ïðè öüîìó îäíà ÷àñòèíà õìàðè (íàïðèêëàä, âåðõíÿ) åëåêòðèçóєòüñÿ ïîçèòèâíî, à äðóãà – íåãàòèâíî. Íàïðóãà ìіæ äâîìà õìàðàìè, à òàêîæ ìіæ õìàðàìè і Çåìëåþ ñÿãàє äåñÿòêіâ ìіëüéîíіâ âîëüòіâ. Ó ðåçóëüòàòі âèíèêàє ãіãàíòñüêà іñêðà – áëèñêàâêà (ìàë. 209).

Мал. 209

160

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Äëÿ çàõèñòó ñïîðóä (áóäèíêіâ, îïîð ëіíіé åëåêòðîïåðåäà÷і òîùî) ïîáëèçó íèõ óñòàíîâëþþòü ùîãëó іç çàãîñòðåíèì ìåòàëåâèì ñòåðæíåì, ùî äîáðå ç’єäíàíèé (ñïàÿíèé, çâàðåíèé) òîâñòèì ïðîâîäîì іç çàêîïàíèì ãëèáîêî â çåìëþ ìåòàëåâèì ïðåäìåòîì, òîáòî çàçåìëåíèé (ìàë. 210). Öåé ïðèñòðіé íàçèâàþòü áëèñêàâêîâіäâîäîì (÷àñòî – ãðîìîâіäâîäîì, àáî áëèñêàâè÷íèêîì). Ñïðîùåíî ïðèíöèï ðîáîòè áëèñêàâêîâіäâîäó ìîæíà ïîÿñíèòè òàê. Ãðîçîâà õìàðà âëàñíèì åëåêòðè÷íèì ïîëåì âëîâëþє ó áëèñêàâêîâіäâîäі åëåêòðè÷íèé çàðÿä, ïðîòèëåæíèé çà çíàêîì äî çàðÿäó õìàðè. Öåé çàðÿä ñòâîðþє ïîðÿä ç âіñòðÿì áëèñêàâêîâіäâîäó ñèëüíå åëåêòðè÷íå ïîëå, ó ÿêîìó ïî÷èíàєòüñÿ «òèõèé» êîðîííèé Мал. 210 ðîçðÿä, ÿêèé çàáèðàє íà ñåáå åíåðãіþ âçàєìîäії íàâåäåíîãî õìàðîþ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ÷èì çìåíøóє éìîâіðíіñòü ðîçâèòêó áëèñêàâêè. Ðîçìіðè òåðèòîðії, çàõèùåíîї áëèñêàâêîâіäâîäîì íà ïîâåðõíі Çåìëі, âèçíà÷àþòüñÿ âèñîòîþ áëèñêàâêîâіäâîäó.

ÖÅ ÖІÊÀÂÎ ÇÍÀÒÈ  Блискавка – досить часте явище на Землі. Як підрахували вчені, щодня на земній кулі відбувається близько 44 000 гроз або приблизно одна гроза через кожні 2 с. Грози найчастіше бувають у другій половині дня. Тривалість більшості гроз – близько 1 год. Однак у тропіках і горах вони іноді тривають до 12–13 год. Найбільшу кількість грозових днів – 220 на рік – зафіксовано на острові Ява. У місті Санта-Марія (штат Каліфорнія в США) гроза відбувається не частіше одного разу на 2 роки. Щодня на земній кулі спалахує близько 8 млн блискавок.  Вольтів стовп і батарея відкрили можливості для широких експериментів із сильним електричним струмом. Багато вчених виготовляли такі джерела струму і проводили з ними цікаві досліди. У 1802 р. професор Петербурзької медико-хірургічної академії В. В. Петров (1761–1834) сконструював найпотужнішу батарею того часу. Вона складалася із 4200 мідних і цинкових кружків, укладених у чотири дерев’яних ящики. Приєднавши мідною дротиною до полюсів батареї два вугільних стержні (електроди), учений наблизив стержні один до одного і побачив, що між ними раптом спалахнула яскрава дуга. Вона освітила лабораторію, поміщені в неї шматки металу дуже швидко плавилися. Так була відкрита електрична дуга.  Спосіб зварювання металів за допомогою електричної дуги запропонував у 1881 р. уродженець с. Мостового Миколаївської області винахідник Микола Миколайович Бенардос (1842–1905). Він запатентував загалом близько 100 винаходів у галузі транспорту та енергетики. Так, учений сконструював вугільні електроди різних форм та комбіновані електроди (вуглець – метал); запропонував спеціальне пристосування для зварювання у вертикальному положенні; уперше використав електромагніт для закріплення деталей, що зварюються; створив кілька конструкцій зварювальних напівавтоматів та автоматів; розробив способи підводного зварювання та різання металів, зварювання в газовому струмені, точкового і шовного контактного зварювання.

161

ÐÎÇÄІË 2

 Здобутки українських учених у дослідженні проблем зварювання металів продовжив Євген Оскарович Патон (1870–1953) – засновник вітчизняної школи зварювання. За його ініціативи при тодішній АН УРСР було організовано лабораторію, на базі якої в 1934 р. створили Інститут електрозварювання, директором і науковим керівником якого був Є.О. Патон. Основні праці вченого стосувалися наукових і технологічних основ дугового зварювального процесу та проблеми його автоматизації, створення електрозварювальної апаратури. В Інституті електрозварювання АН УРСР безпосередньо під керівництвом Є.О. Патона (1939–1940 pp.) було завершеЄвген Патон но розробку методу високопродуктивного автоматичного зварювання під флюсом. Інститут розробив технологію зварювання броньованої сталі, що уможливило створення поточного механізованого виробництва бронекорпусів танків. За допомогою автоматичного зварювання під флюсом було налагоджено виробництво авіабомб, артилерійських снарядів. Цей період діяльності Інституту, якому в 1945 р. було присвоєно ім’я Є.О. Патона, став становленням нової наукової школи (В.В. Шеверницький, О.А. Казимиров, Г.В. Раєвський, А.М. Макара, Б.Є. Патон, Б.І. Медовар, Д.М. Рабкін, С.І. Фрумін). На честь Є.О. Патона названо міст через Дніпро у Києві, який він сконструював (1953 p.). Пізніше справу батька продовжив син – Б.Є. Патон, який з 1953 р. очолює Інститут електрозварювання імені Є.О. Патона.  Борис Євгенович Патон – видатний український учений в галузі зварювання, металургії і технології металів, державний і громадський діяч, президент Національної академії наук України з 1962 р. Під його керівництвом Інститут електрозварювання став потужним науково-технічним комплексом, до структури якого входять науково-дослідний інститут, конструкторсько-технологічні й експериментальні підрозділи, три дослідних заводи, а також інноваційні організації, науково-інженерні та атестаційний центри. Найбільш успішними стали розробки технологій нероз’ємного з’єднання й обробки металів і неметалів у різних умовах і середовищах. До них належать зварювання і Борис Патон наплавлення під флюсом, зварювання в захисних газах суцільним і порошковим дротом, електрошлакове зварювання, стикове зварювання оплавленням, газотермічне напилювання, променеві технології та інші процеси. Фактично було створено нову, перспективну галузь металургії – спеціальну електрометалургію. Завдяки їй стало можливим лиття особливо чистих спеціальних сталей і сплавів, кольорових металів, одержання унікальних композиційних матеріалів. Б.Є. Патон першим започаткував дослідження у відкритому космосі в галузі технології металів, створення унікальних конструкцій. Під його керівництвом у 1984 р. космонавти С.Є. Савицька та В.О. Джанібеков уперше у світі провели у відкритому космосі зварювання, різання і напилення металів. А вчені-медики за його участі створили новий спосіб з’єднання (зварювання) м’яких тканин людини і тварин, що широко використовується нині в хірургічній практиці. ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Чому за звичайних умов гази є діелектриками? 2. Поясніть, чому під час нагрівання чи опромінення газу рентгенівськими або ультрафіолетовими променями газ стає провідником?

162

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

3. Чому під час нагрівання газу він йонізується? 4. З припиненням дії йонізатора газ знову швидко стає діелектриком. Чому? 5. Який газовий розряд називають несамостійним? 6. Чому розряд у газах з йонізацією ударом називають самостійним? 7. Опишіть процес виникнення електричної дуги між вугільними електродами за низької напруги. 8. Коли виникає коронний розряд? 9. Розкажіть, як виникає блискавка – іскровий розряд. 10. Обґрунтуйте, чому електрична дуга утворюється при низьких напругах, а іскровий розряд – при дуже високих. 11. Чому електричний струм у газах називають «електричним розрядом»?

§ 39. БЕЗПЕКА ЛЮДИНИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ЕЛЕКТРИЧНИМИ ПРИЛАДАМИ І ПРИСТРОЯМИ

Áóäü-ÿêå åëåêòðè÷íå êîëî ðîçðàõîâóþòü íà ïåâíó ñèëó ñòðóìó. ßêùî ç

ÿêîїñü ïðè÷èíè ñèëà ñòðóìó â êîëі ïåðåâèùèòü äîïóñòèìó, òî ïðîâîäè ìîæóòü ïåðåãðіòèñÿ, à їõíÿ іçîëÿöіÿ – ñïàëàõíóòè. Ïðè÷èíîþ çíà÷íîãî çáіëüøåííÿ ñèëè ñòðóìó â êîëі ìîæå áóòè îäíî÷àñíå âìèêàííÿ áàãàòüîõ ïîòóæíèõ ñïîæèâà÷іâ ñòðóìó (íàïðèêëàä, åëåêòðîïëèòêè, åëåêòðîïðàñêè, ïðàëüíîї ìàøèíè, âîäîíàãðіâíèêà) àáî êîðîòêå çàìèêàííÿ. Äîñëіä. Ñêëàäåìî åëåêòðè÷íå êîëî ç äæåðåëà ñòðóìó, åëåêòðè÷íîї ëàìïè, êëþ÷à. Îäèí ç ïðîâîäіâ öüîãî êîëà ñêëàäàєòüñÿ ç òîíåíüêèõ ïðîâіäíèêіâ. Çàìêíåìî êëþ÷ – ëàìïà ñâіòèòèìåòüñÿ. Òåïåð äî çàòèñêà÷іâ ëàìïè ïðèєäíàєìî ïðîâіä і çíîâó çàìêíåìî êîëî. Ëàìïà ïîãàñíå, à òîíåíüêі ïðîâіäíèêè ðîçæàðÿòüñÿ і ñâіòèòèìóòüñÿ (ìàë. 211) äîòè, äîêè ìè íå ðîçіìêíåìî êîëî àáî âîíè íå ïåðåãîðÿòü çі ñïàëàõîì. Êîðîòêèì çàìèêàííÿì íàçèâàþòü ç’єäíàííÿ êіíöіâ äіëÿíêè êîëà ïðîâіäíèêîì, îïіð ÿêîãî äóæå ìàëèé ïîðіâíÿíî ç îïîðîì äіëÿíêè êîëà. Êîðîòêå çàìèêàííÿ ìîæå âèíèêíóòè, íàïðèêëàä, ïіä ÷àñ ðåìîíòó ïðîâîäêè ïіä ñòðóìîì (ìàë. 212) àáî â ðàçі âèïàäêîâîãî çіòêíåííÿ îãîëåíèõ ïðîâîäіâ.

Мал. 211

Мал. 212

163

ÐÎÇÄІË 2

Îïіð êîëà ïіä ÷àñ êîðîòêîãî çàìèêàííÿ íåçíà÷íèé, òîìó â êîëі ðіçêî çáіëüøóєòüñÿ ñèëà ñòðóìó, âіä ÷îãî ïðîâîäè ìîæóòü ñïàëàõíóòè. Äëÿ óíèêíåííÿ öüîãî â åëåêòðîìåðåæó îáîâ’ÿçêîâî âìèêàþòü çàïîáіæíèêè. ßêå ïðèçíà÷åííÿ і ÿêà áóäîâà çàïîáіæíèêіâ? Ïðèçíà÷åííÿ çàïîáіæíèêіâ – âіäðàçó âèìêíóòè ëіíіþ, ÿêùî ñèëà ñòðóìó ðàïòîì ñòàíå áіëüøîþ Мал. 213 çà äîïóñòèìó íîðìó. Ãîëîâíîþ ÷àñòèíîþ çàïîáіæíèêà (ìàë. 213) є äðîòèíà Ñ ç ëåãêîïëàâêîãî ìåòàëó (íàïðèêëàä, çі ñâèíöþ), ðîçìіùåíà óñåðåäèíі ïîðöåëÿíîâîї (ôàðôîðîâîї) ïðîáêè Ï. Ïðîáêà ìàє ãâèíòîâó íàðіçêó Í і öåíòðàëüíèé êîíòàêò Ê. Íàðіçêó ç’єäíàíî ç öåíòðàëüíèì êîíòàêòîì ñâèíöåâîþ äðîòèíîþ. Ïðîáêó âêðó÷óþòü ó ïàòðîí, ÿêèé ìіñòèòüñÿ âñåðåäèíі ïîðöåëÿíîâîї êîðîáêè. Îòæå, ñâèíöåâà äðîòèíà є ÷àñòèíîþ çàãàëüíîãî êîëà. Òîâùèíà ñâèíöåâèõ äðîòèí ðîçðàõîâàíà òàê, ùî âîíè âèòðèìóþòü ïåâíó ñèëó ñòðóìó, íàïðèêëàä 4, 6, 10, 16, 25, 32 À. ßêùî ñèëà ñòðóìó â êîëі ïåðåâèùèòü äîïóñòèìå çíà÷åííÿ, òî ñâèíöåâà äðîòèíà ðîçïëàâèòüñÿ і êîëî ðîçіìêíåòüñÿ. Çàïîáіæíèêè ç ïðîâіäíèêîì, ùî ïëàâèòüñÿ, íàçèâàþòü ïëàâêèìè çàïîáіæíèêàìè. Ó ðіçíèõ ïðèëàäàõ çàñòîñîâóþòü ðіçíîìàíіòíі çàïîáіæíèêè (ìàë. 214). Íà ìàëþíêó 215 ïîêàçàíî çàïîáіæíèê, äіÿ ÿêîãî ґðóíòóєòüñÿ íå íà ïëàâëåííі, à íà òåïëîâîìó ðîçøèðåííі òіë ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ. ßêùî âàì äîâåäåòüñÿ ðàçîì ç äîðîñëèìè çàìіíþâàòè çàïîáіæíèêè, òî îáîâ’ÿçêîâî ðîçêàæіòü їì, ÿê ïîòðіáíî äîòðèìóâàòèñÿ ïðàâèë áåçïåêè æèòòєäіÿëüíîñòі. Ïåðåä òèì ÿê çàìіíèòè ïåðåãîðіëі ïðè êîðîòêîìó çàìèêàííі çàïîáіæíèêè, ïîòðіáíî ïåðåäóñіì âèÿâèòè é óñóíóòè öå çàìèêàííÿ. Äëÿ öüîãî íåîáõіäíî: 1) âèìêíóòè âñі ñïîæèâà÷і ñòðóìó, ÿêі є ó êâàðòèðі àáî áóäèíêó; 2) âñòàâèòè â ãíіçäî îäíîãî іç çàïîáіæíèêіâ ëàìïó ðîçæàðþâàííÿ, ùî âіäïîâіäàє òіé íàïðóçі, ÿêà є â ìåðåæі, à â ãíіçäî äðóãîãî çàïîáіæíèêà – ïðîáêó; 3) ÿêùî çàìèêàííÿ òðàïèëîñÿ íå â ñïîæèâà÷àõ, à â ïіäâіäíèõ ïðîâîäàõ êâàðòèðè, òî ëàìïà ÿñêðàâî ñâіòèòèìåòüñÿ; 4) ÿêùî çàìèêàííÿ â ïіäâіäíèõ ïðîâîäàõ íå âèÿâëåíî (ñïіðàëü ëàìïè ðîçæàðåíà ñëàáî), òî ïîòðіáíî ïî ÷åðçі âìèêàòè âñі ñïîæèâà÷і ñòðóìó; 5) ÿêùî çàìèêàííÿ íåìàє ó æîäíîìó çі ñïîæèâà÷іâ, òî öå îçíà÷àє, ùî ó âàøіé êâàðòèðі ìåðåæà ïåðåâàíòàæåíà. Ïîòðіáíî âèìêíóòè çàéâі ñïîæèâà÷і åëåêòðîñòðóìó.

Мал. 214

164

Мал. 215

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Ïіä ÷àñ ðîáîòè ç åëåêòðîïðèëàäàìè íåîáõіäíî ñóâîðî é íåóõèëüíî äîòðèìóâàòèñÿ çàñòåðåæíèõ çàõîäіâ. ßêùî öèì íåõòóâàòè, òî âàøîìó æèòòþ çàãðîæóâàòèìå ñìåðòåëüíà íåáåçïåêà âíàñëіäîê ìîæëèâîї åëåêòðîòðàâìè. Åëåêòðîòðàâìà – óðàæåííÿ ëþäèíè åëåêòðè÷íèì ñòðóìîì. Âîíà âèíèêàє ïіä ÷àñ êîíòàêòó òіëà ëþäèíè ç åëåêòðè÷íèì êàáåëåì, ïðèëàäîì ÷è óñòàòêóâàííÿì, ùî ïåðåáóâàþòü ïіä íàïðóãîþ çà óìîâè їõ íåñïðàâíîñòі àáî ïîðóøåíü ïðàâèë áåçïåêè ïіä ÷àñ їõ ðåìîíòó òà åêñïëóàòàöії. Ïðè óðàæåííі åëåêòðè÷íèì ñòðóìîì ìàє çíà÷åííÿ éîãî ñèëà, íàïðóãà, ÷àñòîòà, à òàêîæ áàãàòî іíøèõ ÷èííèêіâ: ìіñöå óðàæåííÿ, ÷àñ âïëèâó ñòðóìó íà îðãàíіçì, ñòàí íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà, îñîáëèâîñòі îðãàíіçìó, øêіðè é îäÿãó ïîñòðàæäàëîãî. Òіëî ëþäèíè – ïðîâіäíèê. Ïðè êîíòàêòі ÷àñòèí òіëà ç îãîëåíèìè ïðîâîäàìè àáî ç óñòàòêóâàííÿì, ùî ïåðåáóâàþòü ïіä íàïðóãîþ, ÷åðåç òіëî ïðîõîäèòü ñòðóì, äіÿ ÿêîãî ìîæå áóòè íåáåçïå÷íîþ. Íàñêіëüêè – çàëåæèòü âіä çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó. Ñòðóì ñèëîþ 0,6–1,5 ìÀ óæå âіä÷óâàєòüñÿ ëþäèíîþ ó âèãëÿäі ïîùèïóâàííÿ øêіðè ÷è ñèëüíіøèõ áîëüîâèõ âіä÷óòòіâ. Ñòðóì ñèëîþ 5–25 ìÀ ìîæå ñïðè÷èíÿòè ìèìîâіëüíі íåïåðåáîðíі ñóäîìè (ñêîðî÷åííÿ ì’ÿçіâ), ÷åðåç ùî âðàæåíà ëþäèíà íå ìîæå ñàìîñòіéíî âіä’єäíàòèñÿ âіä äæåðåëà íåáåçïåêè. Îñêіëüêè ì’ÿçè-çãèíà÷і ñèëüíіøі çà ì’ÿçè-ðîçãèíà÷і, òî ïðè êîíòàêòі ç íåñïðàâíèì åëåêòðîïðèëàäîì ÷è êàáåëåì є ðèçèê ìèìîâîëі îáõîïèòè íåáåçïå÷íó ïîâåðõíþ. Çðîçóìіëî, ùî êðàùå, ÿêùî êîíòàêò ç óâіìêíåíèì åëåêòðîïðèëàäîì âіäáóâñÿ òèëüíèì áîêîì äîëîíі: óðàæåííÿ ñòðóìîì âñå îäíî ñòàíåòüñÿ, àëå, êîëè ì’ÿçèçãèíà÷і ñêîðîòÿòüñÿ, ðóêà âіäñàõíåòüñÿ âіä äæåðåëà íåáåçïåêè. Ñòðóì ó ìåæàõ 50–350 ìÀ âèêëèêàє ôіáðèëÿöіþ (áåçëàäíі ñêîðî÷åííÿ) ñåðöÿ, òîáòî ðîçëàä ñåðöåâîї äіÿëüíîñòі àæ äî éîãî çóïèíêè. Ñòóïіíü òðàâìàòèçìó çàëåæèòü âіä ìіñöÿ óðàæåííÿ é âіä òîãî, ÷åðåç ÿêі îðãàíè ïðîõîäèòü ñòðóì. Є êіëüêà íàïðÿìêіâ ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó ÷åðåç òіëî ëþäèíè ïî ëіíії: íîãà – íîãà; ðóêà – ðóêà; ðóêà – íîãà. Íàéíåáåçïå÷íіøå, êîëè ñòðóì ïðîõîäèòü ÷åðåç ñåðöå. Ñòóïіíü óðàæåííÿ çàëåæèòü і âіä ÷àñó äії ñòðóìó íà îðãàíіçì. Ñóòòєâå çíà÷åííÿ ïðè åëåêòðîòðàâìàòèçìі ìàє ñòàí íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà. Âîëîãіñòü, ñòðóìîïðîâіäíà ïіäëîãà – óñå öå çáіëüøóє äіþ ñòðóìó íà îðãàíіçì ëþäèíè. Îñîáëèâî íåáåçïå÷íî êîðèñòóâàòèñÿ åëåêòðîïðèëàäàìè â ïіäñîáíèõ ïðèìіùåííÿõ і íàäâîðі. Íàñëіäêè åëåêòðîòðàâì çàëåæàòü і âіä ñòàíó îðãàíіçìó ïîñòðàæäàëîãî. Ñï’ÿíіííÿ, õâîðîáëèâèé ñòàí ëþäèíè, þíèé âіê, ïñèõîëîãі÷íèé ñòðåñ çìåíøóþòü îïіð îðãàíіçìó і çáіëüøóþòü ñòóïіíü óðàæåííÿ. Çðîçóìіëî, ùî ïåâíèé îäÿã, íàïðèêëàä ãóìîâі ðóêàâèöі àáî ãóìîâå âçóòòÿ, ìîæóòü çàõèñòèòè ÷è ñóòòєâî ïîñëàáèòè âïëèâ ñòðóìó íà îðãàíіçì ëþäèíè. Íîðìàìè âñòàíîâëåíî çíà÷åííÿ íàéáіëüøîї äîïóñòèìîї íàïðóãè òîðêàííÿ ïðîòÿãîì äîñèòü òðèâàëîãî ÷àñó її äії: äëÿ ïîñòіéíîãî ñòðóìó – 8 Â (ñòðóì ïðîòіêàííÿ 1 ìÀ); äëÿ çìіííîãî ñòðóìó – 2 Â (ñòðóì ïðîòіêàííÿ 0,3 ìÀ). Âèõîäÿ÷è ç òîãî ùî çíà÷åííÿ åëåêòðè÷íîãî îïîðó ëþäñüêîãî òіëà ìîæå êîëèâàòèñÿ â ìåæàõ âіä ñòà îìіâ äî êіëüêîõ äåñÿòêіâ êіëîîìіâ, áåçïå÷íîþ ââàæàþòü ïîñòіéíó íàïðóãó 25 Â. Ó ïðèìіùåííÿõ ç ïіäâèùåíîþ âîëîãіñòþ áåçïå÷íîþ ââàæàþòü íàïðóãó 15 Â. 165

ÐÎÇÄІË 2

Íàâ÷àëüíèé ôіçè÷íèé êàáіíåò ó øêîëі íàëåæèòü äî ïðèìіùåíü ç ïіäâèùåíîþ íåáåçïåêîþ. Ïіä ÷àñ âèêîíàííÿ ëàáîðàòîðíèõ òà іíøèõ ðîáіò ó÷íі ìàþòü ñóâîðî äîòðèìóâàòèñÿ ïðàâèë åëåêòðîáåçïåêè, ðîçìіùåíèõ ó êîæíîìó êàáіíåòі ôіçèêè íà ñïåöіàëüíîìó ïëàêàòі. Óñіì, õòî êîðèñòóєòüñÿ åëåêòðè÷íèì îáëàäíàííÿì, îáñëóãîâóє ÷è ðåìîíòóє éîãî, çàâæäè òðåáà ïàì’ÿòàòè ïðî òàêå: 1. Äóæå íåáåçïå÷íî îäíî÷àñíî òîðêàòèñÿ îáîìà ðóêàìè äî äâîõ îãîëåíèõ ïðîâîäіâ. 2. Íàéíåáåçïå÷íіøå òîðêàòèñÿ äî îãîëåíîãî ïðîâîäó, ñòîÿ÷è íà çåìëі, íà âîëîãіé àáî áåòîííіé ïіäëîçі. 3. Íåáåçïå÷íî êîðèñòóâàòèñÿ çіïñîâàíèìè åëåêòðè÷íèìè ïðèëàäàìè. їõ ïîâèííі ïåðіîäè÷íî ïåðåâіðÿòè ôàõіâöі. 4. Íå ìîæíà çáèðàòè, ðîçáèðàòè ÷è âèïðàâëÿòè áóäü-ùî â åëåêòðîïðèëàäі, íå âіä’єäíàâøè éîãî âіä äæåðåëà ñòðóìó. 5. Íå ìîæíà ðîçáèðàòè âèìèêà÷і, ðîçåòêè òà іíøó àðìàòóðó åëåêòðîìåðåæі, íå âèêðóòèâøè çàïîáіæíèêè. Íà çàñòåðåæíèõ çíàêàõ (ìàë. 216), çîáðàæåíî, ÷îãî êàòåãîðè÷íî íå ìîæíà ðîáèòè. Îáîâ’ÿçêîâî äîòðèìóéòåñÿ öèõ çàñòîðîã! ßê íàäàòè ïåðøó äîïîìîãó óðàæåíіé åëåêòðè÷íèì ñòðóìîì ëþäèíі? Çàïàì’ÿòàéòå: ïіä ÷àñ óðàæåííÿ åëåêòðîñòðóìîì âàæëèâà êîæíà õâèëèíà, ñëіä íåãàéíî ðîçïî÷àòè ðÿòóâàëüíі çàõîäè, íàäàòè óðàæåíîìó ïåðøó äîïîìîãó. Íàñàìïåðåä ïîòðіáíî çâіëüíèòè ëþäèíó âіä êîíòàêòó ç ïðîâîäîì ïіä íàïðóãîþ, ïî ÿêîìó ïðîõîäèòü ñòðóì. ßêùî öå âіäáóëîñÿ â ïðèìіùåííі, äå є âèìèêà÷ àáî øòåïñåëü, ïîòðіáíî âèìêíóòè ñòðóì âèìèêà÷åì àáî âèòÿãíóòè øòåïñåëüíó âèëêó. ßêùî âèïàäîê ñòàâñÿ ó ïðèìіùåííі, äå íåìàє âèìèêà÷à, ïîòðіáíî âèêðóòèòè çàïîáіæíèêè àáî âèìêíóòè ãîëîâíèé âèìèêà÷ (ðóáèëüíèê), ùî є áіëÿ ëі÷èëüíèêà. Ó ðàçі, êîëè âèìèêà÷і ðîçìіùåíî äóæå äàëåêî, à ëþäèíà ïåðåáóâàє ïіä äієþ ñòðóìó, òî ðÿòóâàëüíèêîâі íàñàìïåðåä íåîáõіäíî îäÿãòè ãóìîâå âçóòòÿ àáî ãóìîâі ðóêàâèöі, ñêèíóòè ç ïîòåðïіëîãî ñóõîþ äåðåâ’ÿíîþ (÷è ç іíøîãî іçîëÿöіéíîãî ìàòåðіàëó) ïàëèöåþ ïðîâіä àáî ïåðåðіçàòè éîãî íîæåì, ïåðåðóáàòè ñîêèðîþ, «ïåðåêóñèòè» ãîñòðîçóáöÿìè. Âàðòî îäíàê ïàì’ÿòàòè, ùî â óñіõ ïåðåëі÷åíèõ іíñòðóìåíòàõ ðó÷êè ìàþòü áóòè âèãîòîâëåíі ç іçîëÿöіéíîãî ìàòåðіàëó. Çâіëüíèâøè ïîòåðïіëîãî âіä äії ñòðóìó, òðåáà ïîêëàñòè éîãî íà ñïèíó, çâіëüíèòè ãðóäè âіä îäÿãó, âèêëèêàòè ëіêàðÿ àáî «øâèäêó äîïîìîãó», à ÿêùî öå íåìîæëèâî, òî íåîáõіäíî çðîáèòè éîìó øòó÷íå äèõàííÿ. Мал. 216 166

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО 1. Якщо вийняти з води увімкнений електричний кип’ятильник, то його спіраль може перегоріти. Відповідь поясніть. 2. Поясніть, чи можна замість запобіжника вставити товстий провід або пучок тонких мідних провідничків. 3. Поясніть, чи можна наливати воду в електрочайник, увімкнутий у мережу. 4. Чи можна знімати провід з потерпілого за допомогою мокрої палиці або металевого стержня? 5. Чому електромонтери працюють у гумових рукавицях і гумовому взутті?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ Ðîçâ’ÿçóєìî ðàçîì 1. ×îìó åëåêòðîëіòè ìàþòü éîííó ïðîâіäíіñòü? Âіäïîâіäü: òîìó ùî íîñіÿìè ñòðóìó â åëåêòðîëіòàõ є éîíè îáîõ çíàêіâ; âіëüíèõ åëåêòðîíіâ ó åëåêòðîëіòàõ íåìàє. 2. Óíàñëіäîê ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó êðіçü ðîç÷èí ìіäíîãî êóïîðîñó íà êàòîäі âèäіëèëîñÿ 52,8 ã ìіäі. ßêèé çàðÿä ïðîéøîâ êðіçü åëåêòðîëіò, ÿêùî åëåêòðîõіìі÷íèé åêâіâàëåíò ìіäі äîðіâíþє 0,33 ∙ 10–6 êã/Êë? Äàíî: ò  52,8 ã  0,0528 êã k  0,33 ∙ 10–6 êã/Êë q–?

Ðîçâ’ÿçàííÿ Ùîá âèçíà÷èòè çàðÿä, ÿêèé ïðîéøîâ êðіçü åëåêòðîëіò, ñêîðèñòàєìîñÿ ôîðìóëîþ: q  It.

Ó ôîðìóëі, ùî âèðàæàє çàêîí Ôàðàäåÿ ò  kІt, çàìіíèìî äîáóòîê It íà q і îäåðæèìî âèðàç äëÿ çàðÿäó: . Ïіäñòàâèâøè çíà÷åííÿ ôіçè÷íèõ âåëè÷èí, îòðèìàєìî: q  0,0528 êã : 0,33 ∙ 10–6 êã/Êë  160 000 Êë  160 êÊë. Âіäïîâіäü: ÷åðåç åëåêòðîëіò ïðîéäå çàðÿä 160 êÊë. 3. ×îìó åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó ãàçàõ íàçâàëè «åëåêòðè÷íèì ðîçðÿäîì»? Âіäïîâіäü: òîìó ùî ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó êðіçü ãàç ìіæ äâîìà ðіçíîéìåííî çàðÿäæåíèìè òіëàìè âîíè ðîçðÿäæàþòüñÿ. Ðіâåíü À 286. ×îìó îïіð åëåêòðîëіòіâ çìåíøóєòüñÿ ç ïіäâèùåííÿì òåìïåðàòóðè? 287. ×îìó â åëåêòðîëіòàõ ó òâåðäîìó ñòàíі íåìàє âіëüíèõ åëåêòðîíіâ? 288. ×îìó, ïåðø íіæ ðîáèòè ãàëüâàíі÷íå ïîêðèòòÿ, âèðîáè ðåòåëüíî çíåæèðþþòü і ïðîìèâàþòü? 289. ×îìó äëÿ ãàëüâàíі÷íîãî ïîêðèòòÿ âèðîáó íàé÷àñòіøå çàñòîñîâóþòü íіêåëü і õðîì? 290. ×îìó ñàìå âîäíі ðîç÷èíè ñîëåé, êèñëîò і ëóãіâ є ïðîâіäíèêàìè? 291. Êîëè â ïîñóäèíі ç åëåêòðîëіòîì, äå є íîñії ñòðóìó îáîõ çíàêіâ, ñòðóìó íåìàє? 167

ÐÎÇÄІË 2

292. ×îìó ç ïіäâèùåííÿì òåìïåðàòóðè åëåêòðîëіòó êіëüêіñòü éîíіâ îáîõ çíàêіâ çáіëüøóєòüñÿ? 293. ×îìó åëåêòðîëіò ó ðîç÷èíі ÷è ðîçïëàâі є åëåêòðè÷íî íåéòðàëüíèé, õî÷à âіí ìіñòèòü âåëè÷åçíó êіëüêіñòü éîíіâ îáîõ çíàêіâ? 294. ×îìó ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó êðіçü åëåêòðîëіò íà åëåêòðîäàõ âèäіëÿєòüñÿ ÷èñòà ðå÷îâèíà, ùî âõîäèòü äî ñêëàäó åëåêòðîëіòó? 295. ×îìó ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó êðіçü åëåêòðîëіòè âіäáóâàþòüñÿ ïåðåìіùåííÿ і âіäêëàäàííÿ ðå÷îâèí íà åëåêòðîäàõ? 296. ×îìó ìіæ âóãіëüíèìè åëåêòðîäàìè çà íåâèñîêîї íàïðóãè âèíèêàє ãàçîâèé ðîçðÿä – åëåêòðè÷íà äóãà? 297. ×îìó äëÿ «çàïàëþâàííÿ» åëåêòðè÷íîї äóãè íà її åëåêòðîäè ïîäàþòü âèñîêó íàïðóãó, à äëÿ ïіäòðèìàííÿ ñòðóìó â äóçі òàêà íàïðóãà íå ïîòðіáíà? 298. ×îìó åëåêòðîñêîï, ðîçìіùåíèé íåäàëåêî âіä ïîëóì’ÿ ñâі÷êè, äóæå øâèäêî ðîçðÿäæàєòüñÿ? 299. Êîëè âèíèêàє êîðîííèé ðîçðÿä? 300. ×îìó îñîáëèâî íåáåçïå÷íî äîòîðêàòèñÿ äî ïðîâîäіâ çі ñòðóìîì ìîêðèìè ðóêàìè? 301. ßê óòâîðþєòüñÿ áëèñêàâêà ìіæ ãðîçîâîþ õìàðîþ і ïîâåðõíåþ Çåìëі? 302. Äîù çàñòàâ âàñ ó ïîëі. Íåïîäàëіê ðîñòå âèñîêå äåðåâî ç ìîãóòíüîþ êðîíîþ. ×è âàðòî áіãòè äî íüîãî, ùîá ñõîâàòèñÿ âіä äîùó? 303. Ïðîâіäíèêè, ùî ç’єäíóþòü ãðîìîâіäâіä (áëèñêàâêîâіäâіä) іç çàçåìëåíîþ ïëàñòèíîþ, âèÿâèëèñÿ ïîðâàíèìè. ×è çìîæå âіí çàõèñòèòè âіä áëèñêàâêè? Ðіâåíü Á 304. Ó ðîç÷èíі Àðґåíòóì (І) íіòðàòó âíàñëіäîê ïðîõîäæåííÿ çàðÿäó 1 Êë íà êàòîäі âèäіëÿєòüñÿ 1,118 ìã ñðіáëà. Âèçíà÷òå, ÿêà ìàñà ñðіáëà âèäіëèòüñÿ âíàñëіäîê ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó 500 Êë. 305. Ïіä ÷àñ åëåêòðîëіçó ðîç÷èíó öèíê ñóëüôàòó âèäіëèëîñÿ 2,45 ã öèíêó. Âèçíà÷òå åëåêòðîõіìі÷íèé åêâіâàëåíò öüîãî ìåòàëó, ÿêùî êðіçü åëåêòðîëіò ïðîòÿãîì 60 õâ ïðîõîäèâ åëåêòðè÷íèé ñòðóì 2 À. 306. ßêîþ áóëà ñèëà ñòðóìó ïіä ÷àñ åëåêòðîëіçó ðîç÷èíó ìіäíîãî êóïîðîñó, ÿêùî çà 50 õâ íà êàòîäі âèäіëèëîñÿ 1,98 ã ìіäі? 307. Íàéáіëüøó êіëüêіñòü åëåêòðèêè, ÿêó îäåðæóþòü ïіä ÷àñ ðîçðÿäæàííÿ àêóìóëÿòîðà àáî ãàëüâàíі÷íîãî åëåìåíòà, íàçèâàþòü єìíіñòþ і âèìіðþþòü â àìïåð-ãîäèíàõ. Âèçíà÷òå, ÿêîї ñèëè ñòðóì ïðîõîäèâ êðіçü ëóæíèé àêóìóëÿòîð єìíіñòþ 42 À ∙ ãîä ïіä ÷àñ éîãî çàðÿäæàííÿ ïðîòÿãîì 2,8 ãîä. 308. Óíàñëіäîê åëåêòðîëіçó ðîç÷èíó õëîðèäíîї (ñîëÿíîї) êèñëîòè ÍÑl íà êàòîäі çà äåÿêèé ÷àñ âèäіëèëîñÿ 75 ã âîäíþ. Ñêіëüêè õëîðó âèäіëèëîñÿ çà öåé ñàìèé ÷àñ íà àíîäі? Åëåêòðîõіìі÷íі åêâіâàëåíòè âîäíþ і õëîðó âіäïîâіäíî äîðіâíþþòü 0,0104 і 0,367 ìã/Êë. 309. Åëåêòðîëіçîì äîáóòî 3,3 êã ìіäі. Ñêіëüêè ñðіáëà ìîæíà îäåðæàòè, ÿêùî ïðîïóñòèòè êðіçü âіäïîâіäíèé åëåêòðîëіò òàêèé ñàìèé çàðÿä? 310. Êðіçü ðîç÷èí ñіð÷àíîї êèñëîòè ïðîéøëî 2 ∙ 106 Êë åëåêòðèêè, ùîá âèäіëåíèì ïіä ÷àñ åëåêòðîëіçó âîäíåì çàïîâíèòè çà íîðìàëüíèõ óìîâ ïîâіòðÿíó êóëþ. ßêèé âàíòàæ çìîæå ïіäíÿòè öÿ êóëÿ? Åëåêòðîõіìі÷íèé åêâіâàëåíò âîäíþ äîðіâíþє 0,0104 ìã/Êë. åê 168

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

ІСТОРИЧНА ДОВІДКА Луїджі Гальвані (1737–1798) – італійський фізик і фізіолог. Народився в Болоньї. У 1759 р. закінчив Болонський університет, де згодом став професором. Свої перші електрофізіологічні досліди проводив, анатомічно вивчаючи рухи м’язів жаб. Після 11 років досліджень і експериментів зробив відкриття, як він вважав, «тваринної» електрики – на прикладі досліджуваних короткочасних імпульсів електричного струму в м’язових тканинах жаби. Результати своїх досліджень учений опублікував 1791 р. у «Трактаті про сили електрики при м’язовому русі». З’єднуючи металевим провідником м’язи і нерви препарованої жаби, Гальвані дослідив скорочення її м’язів. Скорочення стають сильнішими і тривалішими, якщо провідник Луїджі Гальвані складається із двох різнорідних металів, наприклад заліза й міді або срібла. Гальвані зробив висновок, що скорочення м’язів жаби зумовлені виникненням у них електричного струму. Однак причину цього Гальвані помилково вбачав у наявності в кожній тварині так званої власної – «тваринної» електрики. Хибність цих поглядів незабаром довів А. Вольта. Л. Гальвані ж був одним з основоположників вчення про електрику, досліди якого дали початок новому науковому напряму – електрофізіології. Алессандро Вольта (1745–1827) – італійський фізик, винахідник гальванічного елемента. Народився в м. Комо, поблизу Мілана. Навчався у школі ордену єзуїтів. З раннього дитинства цікавився природничими науками, зокрема вивченням електричних явищ. З 1779 р. був професором Павійського університету, а в 1815–1819 pp. – деканом філософського факультету Падуйського університету. У 1769 р. А. Вольта опублікував працю про лейденську банку – найпростіший конденсатор, а в 1775 р. – про винайдений смоляний електрофор – прилад, що став прообразом електрофорної машини. У 1781 р. побудував чутливий електроскоп із Алессандро соломинками і запровадив його у практику вимірювань. Вольта А. Вольта повторив і розвинув досліди та спостереження Л. Гальвані з «Трактату про сили електрики при м’язовому русі». У результаті власних експериментів А. Вольта прийшов до висновку, що явища, які спостерігав Гальвані, пов’язані з наявністю кола з двох різнорідних металів і рідини. Тобто причиною скорочення м’язів препарованої жаби була не «тваринна» електрика, а контакт різнорідних металів. Щоб довести власну правоту, Вольта повністю виключив фізіологічні об’єкти, замінивши лапку жаби своїм електрометром. Так було вперше утворено замкнене коло електричного струму. У галузі ж фізіології А. Вольта вперше довів, що нерви тварин і людини мають велику електричну збуджуваність. Петро Леонідович Капиця (1894–1984) Родина Капиців (по матері) походить з українських волинських дворян Стебницьких. Батько – генерал Леонід Капиця – також виходець із Волині. Відомий у світі фізик Петро Леонідович Капиця народився в Кронштадті у військово-морській фортеці, де служив його батько, генерал-лейтенант інженерного корпусу. Мати – Ольга Капиця (Стебницька) була відомим педагогом і збирачем фольклору. Після закінчення гімназії у Кронштадті Петро Капиця вступив на факультет інженерів-електриків Петербурзького політехнічного інституту, який закінчив у 1918 р.

169

ÐÎÇÄІË 2

У 1921 р. П. Капиця за сприяння українського фізика А. Йоффе виїхав до Англії у Кавендішську лабораторію в Кембриджі, якою керував Е. Резерфорд. Досліджував відхилення α- і β-частинок у магнітному полі. Із часом П. Капиця зайнявся вивченням проблем фізики низьких температур. Важливим його винаходом було створення в 1934 р. ефективної установки для зрідження газів, у тому числі й гелію за температури 4,3 К. За проведення циклу фундаментальних досліджень у Кембриджі Капиця у 1923 р. отримав премію імені Дж. Максвелла та ступінь доктора філософії, став заступником директора Кавендішської лабораторії з магнітних досліджень. У 1929 р. П. КапиПетро Леонідович ця був обраний дійсним членом Лондонського королівського Капиця товариства. Академія наук СРСР присвоїла П. Капиці вчений ступінь доктора фізико-математичних наук і обрала його своїм членом-кореспондентом, а також консультантом Українського фізико-технічного інституту (УФТУ) у Харкові, де в 1933 р. спеціально для П. Капиці було урочисто відкрито нову лабораторію, і він став її першим директором, не полишаючи роботи в Кембриджі і проживання в Англії. У 1934 р. П. Капиця приїхав у відпустку в СРСР, а повернутися назад до Кембриджу йому вже не дозволили. У 1935 р. він став директором спеціально створеного Інституту фізичних проблем у Москві, дійсним членом Академії наук СРСР. Він став засновником таких галузей досліджень, як фізика низьких температур та фізика сильних магнітних полів. З 1935 р. П. Капиця – «невиїзний» науковець СРСР, а за виступи проти створення атомної бомби в 1945 р. його було усунено з посади директора Інституту фізичних проблем, і протягом восьми років він перебував під домашнім арештом. Проте 1955 р. його знову було призначено директором Інституту фізичних проблем. Лауреат Нобелівської премії з фізики (1978 р.) «за фундаментальні відкриття і винаходи в галузі фізики низьких температур». П. Капиця був членом 25 наукових товариств Швеції, Польщі, Голландії, Німеччини, США, Індії тощо. Лев Давидович Ландау (1908–1968) Народився у м. Баку (Азербайджан) у родині інженера-нафтовика. Його надзвичайна обдарованість проявилась уже в дитинстві. У 18 років він написав першу друковану статтю. Закінчивши фізико-математичний факультет Ленінградського університету, навчався в аспірантурі, працював науковим співробітником Ленінградського фізикотехнічного інституту. У 1929 р. був направлений на стажування в Данію (Інститут Нільса Бора), а згодом в Англію і Швейцарію. Повернувшись із Європи, у 1932 р. Л. Ландау очолив теоретичний відділ Українського фізико-технічного інституту в Харкові. Згодом працював в Інституті фізичних проблем АН України, став академіком. У 1937 р., рятуючись від чекістських репресій («справа фізиків» у Харкові), він прийняв запрошення П. Капиці і став керівником теоретичного відділу Інституту фізичних проблем. Однак уже в 1938 р. його заарештували за антирадянську агітацію. У в’язниці провів 1 рік і був звільнений завдяки надзвичайним зусиллям Капиці, який узяв Ландау «на поруки». Л. Ландау вважався легендарною фігурою в історії світової і радянської науки. Він зробив визначні наукові відкриття в галузі квантової механіки, фізики твердого тіла, магнетизму, фізики низьких температур, фізики космічних променів, гідродинаміки, квантової теорії поля, фізики атомного ядра і елементарних Лев Давидович частинок, фізики плазми. Ландау

170

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

За визначні досягнення в теорії конденсованих середовищ, зокрема теорії рідкого гелію, у 1962 р. Ландау було присуджено Нобелівську премію з фізики. Того самого року Л. Ландау, на жаль, потрапив у автокатастрофу. Отримав дуже серйозні травми і близько двох місяців був у комі. Фізики всього світу брали участь у порятунку Ландау. Життя вдалося врятувати, однак після травм Ландау перестав займатися науковою діяльністю.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ Êîíòðîëüíі çàïèòàííÿ 1. Чому для створення електричного струму в провіднику має бути джерело струму? 2. Виконання водночас яких умов необхідне для існування струму в електричному колі? 3. Чому метали мають електронну провідність? 4. Ми можемо точно визначити у якому провіднику проходить струм, хоча руху частинок у провіднику не бачимо. Як це пояснити? 5. Чому магнітна дія струму, на відміну від хімічної або теплової, є основною дією струму? 6. Чому амперметр роблять з дуже малим опором, а вольтметр – з дуже великим? 2

7. Чому три формули для визначення роботи сили струму (А = UІt, А = І Rt,

8. 9. 10. 11. 12.

)

можна використати для розрахунку кількості теплоти, що виділяється у провіднику під час проходження в ньому струму? Чому в двох провідниках з однакового матеріалу однакової довжини, але різного поперечного перерізу, які з’єднано послідовно, за той самий час виділяється різна кількість теплоти? Які досліди доводять йонну теорію провідності розчинів і розплавів електролітів? Дистильована вода не є провідником. Чому ж водопровідна, а також річкова і морська вода є гарним провідником? Поясніть, у чому полягає відмінність між негативним іоном в електроліті й електроном. Щоб газ став провідником, потрібен процес іонізації газу. Поясніть чому.

Ùî ÿ çíàþ і âìіþ ðîáèòè Я знаю, які існують джерела струму. 1. Назвіть, які джерела струму зображено на малюнку 217.

Мал. 217

171

ÐÎÇÄІË 2

Я вмію конструювати та виготовляти прості гальванічні елементи. 2. У лимон, солоний огірок або яблуко вставте мідну й сталеву пластини з відводами (мал. 218). Приєднайте відводи до гальванометра. Що він показуватиме? Чому?

Мал. 218

Мал. 219

Я вмію складати електричні кола та креслити їхні схеми. 3. Розкажіть, як працює кишеньковий ліхтарик (мал. 219). Назвіть його основні частини. Накресліть схему електричного кола. 4. На малюнку 220 зображено прилади. Які електричні кола можна скласти за допомогою цих приладів? Користуючись таблицею «Умовні позначення елементів електричних кіл» (див. с. 107–108), накресліть схеми цих кіл. Ви маєте джерело струму напругою 12 В і чотири електричні лампи, кожна розрахована на напругу 3,5 В. Як потрібно їх з’єднати, щоб вони працювали в нормальному режимі? Накресліть схему такого електричного кола.

Мал. 220 Я вмію пояснювати фізичні явища. 5. Користуючись малюнком 221, поясніть явище, яке відбувається під час досліду. 6. Електричний вугор може паралізувати свою здобич. За рахунок чого і як він це робить (мал. 222)? 7. На малюнку 223 зображено ялинкову гірлянду, яка складається з багатьох маленьких ламп. Як пояснити те, що лампи світяться неоднаково? Як ці лампи з’єднані між собою?

172

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 221

Мал. 222

Мал. 223 Я вмію вимірювати фізичні величини за допомогою приладів. 8. Який прилад і шкали яких приладів зображено на малюнку 224? Як їх називають? Які фізичні величини можна ними вимірювати? Запишіть у зошит покази цих приладів. Я вмію визначати силу струму в електричному колі. 9. Через першу електричну лампу проходить заряд 1350 Кл за кожні 15 хв, а через другу – 30 Кл за 10 с. У якій електричній лампі сила струму більша? У скільки разів?

Мал. 224 10. Визначте силу струму в колі, якщо 24 Кл електричного заряду проходять у ньому за 10 с? 1 хв? 11. Який струм у провіднику, якщо крізь його поперечний переріз за 2 хв проходить заряд 30 Кл? Яка кількість електронів проходить при цьому крізь переріз провідника? Я вмію обчислювати роботу та потужність електричного струму. 12. У нижній частині електропраски є написи (мал. 225). Що вони означають? Яка потужність електропраски? Яку роботу виконає електричний струм, що проходить по її спіралі, за 10 хв?

Мал. 225

173

ÐÎÇÄІË 2

13. Сила струму під час розряду блискавки дорівнює 100 кА, а напруга між хмарою та Землею – 30 MB. Обчисліть потужність блискавки. Я знаю, як виготовляють електричні лампи розжарювання. 14. Використовуючи малюнок 226, розкажіть про основні етапи виготовлення електричної лампи розжарювання. 15. Розгляньте всі наявні у вас електричні лампи і дайте відповідь на такі запитання: 1) чи різняться ці лампи своєю будовою; 2) на яку напругу вони розраховані. Користуючись малюнком 227, укажіть основні параметри електричної лампи.

Мал. 226

Мал. 227

Я знаю, які електричні прилади використовують у побуті. 16. Назвіть, які електричні прилади зображено на малюнку 228 і для чого їх використовують.

Мал. 228 Я вмію виготовляти прилади і пристрої. 17. Виготовте саморобний гальванічний елемент. Для цього використайте розчин оцту (2 столові ложки на склянку води), один електрод – мідний або вугільний, другий – цинковий або залізний. Якщо торкнутись язиком електродів, відчуватиметься солонуватий присмак. Якщо у вас є вольтметр з межею вимірювання до 5 В, виміряйте напругу на полюсах виготовленого гальванічного елемента. Який електрод є анодом; катодом? Я знаю, як побудована в будинку електромережа. 18. За малюнком 229 визначте запобіжники, які потрібні для споживачів електричного струму. Назвіть ці споживачі. Якого поперечного перерізу провідники використовують у мережі? ю

174

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍІ ßÂÈÙÀ. ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

Мал. 229

175

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ Âàðіàíò 1 1. Сила струму в колі електричної лампи дорівнює 0,3 А. Скільки електронів проходить крізь поперечний переріз спіралі за 5 хв? А 56 ∙ 1020 Б 5,6 ∙ 1020 В 5600 Г 56 2. Як називають прилад, призначений для вимірювання напруги на ділянці кола? А омметр Б ваттметр В вольтметр Г амперметр 3. Яка фізична величина завжди є однаковою для різних провідників у колі, з’єднаних послідовно? А сила струму Б напруга В опір Г потужність 4. Сила струму в залізному провіднику завдовжки 150 см і площею поперечного перерізу 0,02 мм2 дорівнює 250 мА. Яка напруга на кінцях провідника? А2В Б 20 В В 0,2 В Г 200 В 5. Яка сила струму в нитці розжарювання катода телевізійної трубки (кінескопа), якщо її опір дорівнює 0,6 Ом, а до кінців прикладено напругу 0,3 В? А5А Б 0,5 А В 0,2 А Г 1,8 А 6. На спеціальному верстаті дріт протягують так, що він стає вдвічі довший і тонший. Як змінюється його опір? А збільшується в 4 рази Б збільшується у 2 рази Г не змінюється В зменшується у 2 рази 7. Яка формула є правильною для визначення кількості теплоти, яку виділяє провідник зі струмом? 2 2 А Q = I Rt Б Q = IRt В Q = U Rt ГQ= 8. Чи виконуватиметься закон Ома в умовах невагомості? A так, тому що опір провідників не залежить від їх ваги Б ні, тому що закон Ома виконується на Землі B правильної відповіді немає 9. Чому за допомогою контактного зварювання не можна з’єднати мідні чи срібні деталі? A тому що деталі мають великий питомий опір, і в місці контакту неможливо досягти температури, достатньої для їх з’єднання Б тому що деталі мають малий питомий опір, і в місці контакту неможливо досягти температури, достатньої для їх з’єднання B тому що деталі не мають опору, і в місці контакту неможливо досягти температури, достатньої для з’єднання 10. Що є вільними носіями заряду в розчинах електролітів? A йони обох знаків Б позитивні йони B електрони та йони Г вільні електрони 11. В електролітичній ванні, що містить розчин AgNO3, проходить струм 10 мА. Скільки атомів Аргентуму виділиться на катоді за 1 с, якщо kАl = 1,12 ∙ 10–6 кг/Кл? А 16 ∙ 1022 Б 0,16 ∙ 1016 В 6,25 ∙ 1022 Г 6,0 ∙ 1016 12. Як називають вид газового розряду, що супроводжується світінням поблизу загострених предметів? А дуговий Б іскровий В коронний Г тліючий

176

ÍÎÂІÒÍІ ÄÎÑßÃÍÅÍÍß ÍÀÓÊÈ І ÒÅÕÍІÊÈ

Âàðіàíò 2 1. Сила струму в колі електричної лампи дорівнює 0,3 А. За який час крізь поперечний переріз спіралі проходить 5,6 ∙ 1020 електронів? А 3 хв Б 300 с В 500 с Г 30 хв 2. Як називають прилад, призначений для вимірювання сили струму? А омметр Б ваттметр В вольтметр Г амперметр 3. Яка фізична величина завжди є однаковою для всіх провідників у колі, з’єднаних паралельно? А сила струму Б напруга В опір Г потужність 4. Яка напруга на кінцях спіралі електричної лампи, що має опір 110 Ом, а амперметр показує 0,2 А? А 110 В Б 20 В В 22 В Г правильної відповіді немає 5. Визначте опір стартера автомобіля, якщо при напрузі 12 В сила струму в ньому 600 А. А 0,2 Ом Б 0,02 Ом В 50 Ом Г правильної відповіді немає 6. В освітлювальну мережу кімнати ввімкнено дві електричні лампи, опори яких 200 і 300 Ом. Напруга в мережі 220 В. Визначте силу струму до розгалуження. А2А Б1А В 1,8 А Г 0,18 А 7. Два провідники з однаковими опорами з’єднано спочатку послідовно, а потім паралельно і в обох випадках увімкнено при однаковій напрузі. У якому випадку робота електричного струму за той самий час більша і в скільки разів? А при послідовному з’єднанні робота електричного струму в рази більша Б робота електричного струму в обох випадках однакова В при паралельному з’єднанні робота електричного струму в 4 рази більша Г при паралельному з’єднанні робота електричного струму у 8 разів більша 8. Яка формула є правильною для визначення кількості теплоти, яку виділяє провідник зі струмом? 2

А Q = I Rt

Б Q = IRt

ВQ=

ГQ=

9. Що є вільними носіями заряду в металевих провідниках? A негативно заряджені йони Б позитивно заряджені йони B йони обох знаків Г електрони 10. При силі струму 1,6 А на катоді за 10 хв відклалася мідь масою 0,316 г. Визначте електрохімічний еквівалент міді. А 3,04 ∙ 106 кг/Кл Б 3,3 ∙ 10–7 кг/Кл В 3,94 ∙ 106 кг/Кл Г 3,94 ∙ 107 кг/Кл 11. Чому кажуть, що блискавка може «знаходити» зариті під землею скарби? A блискавка найчастіше влучає в те місце, де під землею є дорогоцінне каміння Б вона найчастіше влучає у те місце, де у ґрунті є метали – провідники струму B блискавка найчастіше влучає в те місце, де у ґрунті є неметали Г вона найчастіше влучає в те місце, де у ґрунті є тільки благородні метали 12. Чому при дуговому розряді для проходження струму крізь газовий проміжок не потрібна висока напруга? A є вільні заряджені частинки Б наявність вільних електричних зарядів забезпечується високою температурою B електроди йонізують газ навколо себе Г наявність носіїв заряду забезпечується електронною емісією

177

ÔІÇÈ×ÍІ ÇÀÄÀ×І ÍÀÂÊÎËÎ ÍÀÑ 1. ×îìó ïðè íåäîñòàòíüîìó çìàùåííі âèõîäÿòü ç ëàäó øàòóííі é êîðіííі ïіäøèïíèêè òðàêòîðà? 2. ×èì ïîÿñíþєòüñÿ çíà÷íå íàãðіâàííÿ êîëіñ àâòîìîáіëÿ ïіä ÷àñ äîâãîòðèâàëîї ïîїçäêè? 3. Ìåõàíіçàòîðè ïіä ÷àñ çáèðàííÿ âðîæàþ óâàæíî ñòåæàòü, ùîá ñîëîìà íå íàêðó÷óâàëàñÿ íà âàëè êîìáàéíà. ×îìó? 4. Êîëè àâòîìîáіëü áіëüøå çàòðà÷àє ïàëüíîãî: ïіä ÷àñ ïîїçäêè áåç çóïèíîê ÷è іç çóïèíêàìè? 5. ×îìó çîâíіøíі ÷àñòèíè íàäçâóêîâèõ ëіòàêіâ äîâîäèòüñÿ îõîëîäæóâàòè çà äîïîìîãîþ ñïåöіàëüíèõ àïàðàòіâ? 6. Êîëè êîñìі÷íèé êîðàáåëü áіëüøå íàãðіâàєòüñÿ: ïіä ÷àñ çàïóñêó ÷è ïîñàäêè íà Çåìëþ? 7. Ó ÿêіé ïîñóäèíі – ìіäíіé ÷è ÷àâóííіé – ÷àñòіøå ïіäãîðÿþòü ïðîäóêòè ïіä ÷àñ їõ ïðèãîòóâàííÿ? ×îìó? 8. ×îìó ìåòàëåâà ÷àøêà іç ÷àєì îáïіêàє ãóáè, à ïîðöåëÿíîâà – íі? 9. Çà ÿêîї òåìïåðàòóðè і äåðåâî, і ìåòàë çäàâàòèìóòüñÿ íà äîòèê îäíàêîâî íàãðіòèìè? 10. ßêèé ґðóíò ïðîãðієòüñÿ ñîíÿ÷íèì ïðîìіííÿì øâèäøå: âîëîãèé ÷è ñóõèé? 11. ßêå ïðèçíà÷åííÿ òîâñòîãî øàðó ïіäøêіðíîãî æèðó â êèòіâ, òþëåíіâ òà іíøèõ òâàðèí, ùî æèâóòü ó ïîëÿðíèõ âîäàõ? 12. Ëþäèíà íå âіä÷óâàє ïðîõîëîäè íà ïîâіòðі çà òåìïåðàòóðè 20 Ñ, à ó âîäі âіä÷óâàє її çà òåìïåðàòóðè 25 Ñ. ×îìó? 13. Ó ÿêîìó ðàçі øâèäøå îõîëîíå ÷àéíèê ç îêðîïîì: ÿêùî âіí ñòîїòü íà ëüîäó ÷è ÿêùî ëіä ïîêëàñòè íà êðèøêó ÷àéíèêà? 14. ×îìó òîíêà ïîëіåòèëåíîâà ïëіâêà çàõèùàє ðîñëèíè âіä íі÷íèõ çàìîðîçêіâ? 15. ×îìó ëèñòÿ îñèêè «òðіïî÷å» íàâіòü çà áåçâіòðÿíîї ïîãîäè? 16. ×îìó òðóáà, ïî ÿêіé âîäà ïîâåðòàєòüñÿ â êîòåë âîäÿíîãî îïàëåííÿ, ïіäâîäèòüñÿ äî íüîãî çíèçó, à íå çâåðõó? 17. ×è åêîíîìі÷íî âèãîòîâëÿòè ðàäіàòîðè ïàðîâîãî îïàëåííÿ äîáðå âіäïîëіðîâàíèìè ÷è êðàùå їõ ôàðáóâàòè â ÷îðíèé êîëіð? 18. ×îìó â õîëîäíó ïîãîäó äåÿêі òâàðèíè ñïëÿòü, çãîðíóâøèñü ó êëóáî÷îê? 19. ×îìó òåðìîñè âèãîòîâëÿþòü êðóãëîãî, à íå êâàäðàòíîãî ïåðåðіçó? 20. Çåìëÿ áåçïåðåðâíî âèïðîìіíþє åíåðãіþ â êîñìі÷íèé ïðîñòіð. ×îìó æ Çåìëÿ íå çàìåðçàє? 21. ßê ñêîðèñòàòèñÿ äëÿ âèìіðþâàííÿ òåìïåðàòóðè ïîâіòðÿ òåðìîìåòðîì, íà øêàëі ÿêîãî çáåðåãëèñÿ òіëüêè äâі ïîäіëêè: 20 і 40 Ñ? 22. Êëіìàò îñòðîâіâ ïîìіðíіøèé і ðіâíіøèé, íіæ êëіìàò âåëèêèõ ìàòåðèêіâ. ×îìó? 23. ×îìó â ïóñòåëÿõ óäåíü ñïåêîòíî, à âíî÷і òåìïåðàòóðà ïîâіòðÿ ïàäàє íèæ÷å âіä 0 Ñ? 24. ßêі ïåðåâàãè ìàє ðòóòü ïåðåä іíøèìè ðіäèíàìè (ñïèðò, åôіð), ùî äàþòü çìîãó çàñòîñîâóâàòè її â òåðìîìåòðàõ? 25. ×îìó âíóòðіøíі ïîñóäèíè êàëîðèìåòðіâ âèãîòîâëÿþòü ç òîíêîї ëàòóíі àáî àëþìіíіþ, à íå çі ñêëà? ò 178

ÔІÇÈ×ÍІ ÇÀÄÀ×І ÍÀÂÊÎËÎ ÍÀÑ

26. Ó ÿêіé êàñòðóëі, àëþìіíієâіé ÷è ÷àâóííіé, øâèäøå çâàðèòüñÿ êàðòîïëÿ, ÿêùî ìàñè êàðòîïëі é êàñòðóëі îäíàêîâі? 27. Êîëè íà ðîçïå÷åíó ïëèòó ïîòðàïëÿє îëіÿ, її ïîñèïàþòü ñіëëþ. Ïîÿñíіòü ÷îìó. 28. ×îìó ñіëü, ÿêó êèíóëè íà ðîçæàðåíå âóãіëëÿ, òðіùèòü? 29. ßê íàéïðîñòіøå âèçíà÷èòè, ÿêå іç äâîõ òіë òâåðäіøå? 30. ×è ðîçïëàâèòüñÿ íåâåëèêèé øìàòîê îëîâà, ÿêùî éîãî êèíóòè â òèãåëü ç ðîçïëàâëåíèì ñâèíöåì? 31. Äå íîãè ó âçóòòі çàìåðçàþòü áіëüøå: íà çàñíіæåíîìó òðîòóàðі ÷è íà òàêîìó ñàìîìó òðîòóàðі, àëå ïîñèïàíîìó ñіëëþ? 32. ×îìó ëіä, ùî óòâîðþєòüñÿ іç ñîëîíîї ìîðñüêîї âîäè, ó ïîäàëüøîìó ñòàє ìàéæå çîâñіì ïðіñíèì? 33. ×îìó ìîêðі ïàëüöі âçèìêó ïðèìåðçàþòü äî ìåòàëåâèõ ïðåäìåòіâ і íå ïðèìåðçàþòü äî äåðåâ’ÿíèõ? 34. ßê ïîÿñíèòè, ùî íà ïî÷àòêó îñåíі â ðі÷êàõ òà îçåðàõ âîäà íå çàìåðçàє, õî÷à òåìïåðàòóðà ïîâіòðÿ íà êіëüêà ãðàäóñіâ íèæ÷à âіä 0 Ñ? 35. ×îìó òåïëîãî çèìîâîãî äíÿ ëèæі çàëèøàþòü íà ñâіæîìó ñíіãó ëèæíþ? 36. ×è ïðèñêîðèòüñÿ ïðîöåñ òàíåííÿ ëüîäó â òåïëіé êіìíàòі, ÿêùî íàêðèòè éîãî øóáîþ? 37. ×îìó ïіä ÷àñ ñèëüíèõ ìîðîçіâ äëÿ âіäíîâëåííÿ ãëàäêîñòі ëüîäó êîâçàíêó ïîëèâàþòü ãàðÿ÷îþ âîäîþ? 38. ×èì ïîÿñíèòè, ùî ïіä ÷àñ ñèëüíèõ ìîðîçіâ ó ëіñі òðіùàòü äåðåâà? 39. Äëÿ îñóøåííÿ áîëіò ó ñóáòðîïіêàõ ñàäæàþòü åâêàëіïòè. Êóäè äіâàєòüñÿ âîäà, ÿêó âîíè ïîãëèíàþòü? 40. ×îìó ãëèíà, áîðîøíÿíå òіñòî ïіä ÷àñ íàãðіâàííÿ íå ñòàþòü ì’ÿêèìè, à òâåðäíóòü? 41. Ùî îõîëîäæóєòüñÿ øâèäøå â îäíàêîâèõ óìîâàõ: æèðíèé ñóï ÷è ÷àé? 42. Ùîá ìîëîêî íå ñêèñëî ó ñïåêîòíèé äåíü, ïîñóäèíó ñëіä ïîìіñòèòè ó âîäó і íàêðèòè ñåðâåòêîþ, êðàї ÿêîї çàíóðåíî ó âîäó. Íà ÷îìó ґðóíòóєòüñÿ öåé ñïîñіá çáåðіãàííÿ ìîëîêà? 43. ×îìó â ñóõîìó ïîâіòðі ëþäèíà âèòðèìóє òåìïåðàòóðó, ùî ïåðåâèùóє 100 Ñ? 44. ×îìó âëіòêó íà ëóçі ïіñëÿ çàõîäó Ñîíöÿ òóìàí ñïî÷àòêó ç’ÿâëÿєòüñÿ â íèçèíàõ? 45. Äëÿ ÷îãî â êðèøöі ÷àéíèêà ðîáëÿòü äіðî÷êó? 46. ×èì ïîÿñíèòè, ùî òðèâàëіñòü âàðіííÿ êàðòîïëі, ïî÷èíàþ÷è ç ìîìåíòó çàêèïàííÿ, íå çàëåæèòü âіä ïîòóæíîñòі íàãðіâíèêà? 47. ×îìó ïèòîìà òåïëîòà çãîðÿííÿ ïàëèâà ñèðèõ äðîâ ìåíøà, íіæ ñóõèõ òієї ñàìîї ïîðîäè? 48. ×îìó ìè ñèëüíî äìåìî íà ïîëóì’ÿ ñіðíèêà, ñâі÷êè, êîëè õî÷åìî їõ çàãàñèòè? 49. ßêùî ïîêëàñòè ðîçæàðåíå âóãіëëÿ íà ìåòàëåâó ïëàñòèíêó, òî âîíî øâèäêî ãàñíå, à ÿêùî íà äåðåâ’ÿíó äîøêó – ïðîäîâæóє òëіòè. ×îìó? 50. Ó ÿêîìó âèïàäêó ãàç ó öèëіíäðі äâèãóíà ìàє áіëüøó âíóòðіøíþ åíåðãіþ: ïіñëÿ ïðîñêàêóâàííÿ іñêðè ÷è â êіíöі ðîáî÷îãî õîäó? 51. ×è ìîæíà òåðòÿì íàåëåêòðèçóâàòè åáîíіòîâó ïàëè÷êó ÿê ïîçèòèâíî, òàê і íåãàòèâíî? 52. ×è ìîæíà íàåëåêòðèçóâàòè ìіäíèé ñòåðæåíü, òðèìàþ÷è éîãî â ðóöі? і? 179

ÔІÇÈ×ÍІ ÇÀÄÀ×І ÍÀÂÊÎËÎ ÍÀÑ

53. ßêà îñíîâíà ïðè÷èíà ïîÿâè åëåêòðè÷íèõ ðîçðÿäіâ ó àòìîñôåðі ïіä ÷àñ ãðîçè? 54. Îäíієþ ç ïðè÷èí ñèëüíîї ãðîçè є ïîòóæíèé âåðòèêàëüíèé ïîòіê ïîâіòðÿ. ×îìó? 55. Ëþäÿì, ÿêі ïåðåáóâàþòü ó ãîðàõ ïіä ÷àñ ãðîçè, іíîäі äîâîäèòüñÿ ñïîñòåðіãàòè òàêå ÿâèùå: âîëîññÿ íà ãîëîâі ñòàє äèáêè, і íàâêîëî ãîëîâè âèíèêàє ñâіòіííÿ. ßê ïîÿñíèòè öå ÿâèùå? 56. Â Àíòàðêòèäі ïіä ÷àñ ñíіãîâèõ áóð ÷àñòî ìîæíà ñïîñòåðіãàòè ïîÿâó â ïîâіòðі åëåêòðè÷íèõ іñêîð çàâäîâæêè äî 50 ñì. ×îìó âîíè âèíèêàþòü? 57. ßêùî є ïîçèòèâíî çàðÿäæåíèé іçîëüîâàíèé ïðîâіäíèê, òî ÿê ìîæíà çàðÿäèòè äâі іçîëüîâàíі ìåòàëåâі êóëі çà äîïîìîãîþ öüîãî ïðîâіäíèêà, íå çìåíøóþ÷è éîãî çàðÿäó, і ïðè öüîìó íà îäíіé êóëі îòðèìàòè ïîçèòèâíèé çàðÿä, à íà äðóãіé – íåãàòèâíèé? 58. Äîù çàñòàâ âàñ ó ïîëі. Íåïîäàëіê ñòîїòü âèñîêå äåðåâî ç âåëèêîþ êðîíîþ. ×è ìîæíà âèêîðèñòàòè äåðåâî äëÿ çàõèñòó âіä äîùó? 59. Íà ìàëþíêó 230 çîáðàæåíî íàéïðîñòіøі ñàìîðîáíі åëåêòðîñêîïè. Âèãîòîâòå åëåêòðîñêîï, âèêîðèñòàâøè ñêëÿíó Ф ïîñóäèíó Ï, ìåòàëåâèé ñòåðæåíü ñ, çіãíóòèé íà êіíöі, äâі òîíêі ñìóæêè ìåòàëåâîї ôîëüãè Ô, ïëàñòìàñîâèé êîðîê K (äëÿ П äðóãîãî åëåêòðîñêîïà). Âèïðîáóéòå äіþ Ф åëåêòðîñêîïà çà äîïîìîãîþ íàåëåêòðèçîс âàíîãî òіëà. ßêі äîñëіäè âè ìîæåòå ïîêàК çàòè, âèêîðèñòîâóþ÷è åëåêòðîñêîï? Мал. 230 60. Ðîçðіæòå ñèðó êàðòîïëèíó íàâïіë і â îäíó ç її ïîëîâèíîê íà âіäñòàíі 1–2 ñì çàñòðîìіòü ãîëêè. Ïðèєäíàéòå їõ äî ïîëþñіâ ãàëüâàíі÷íîãî åëåìåíòà. Ñïîñòåðіãàéòå çà çìіíîþ êîëüîðó êàðòîïëі áіëÿ ãîëîê і çðîáіòü âèñíîâîê ñòîñîâíî êîæíîãî åëåêòðîäà (êàòîäà é àíîäà). ×è ìîæíà çà äîïîìîãîþ öüîãî ìåòîäó âèÿâèòè íàÿâíіñòü íіòðàòіâ ó êàðòîïëі? ßêèé òóò òèï åëåêòðîïðîâіäíîñòі? 61. Ðîçãëÿíüòå ãàëüâàíі÷íі åëåìåíòè äî êèøåíüêîâîãî ëіõòàðèêà àáî òðàíçèñòîðíîãî ïðèéìà÷à. Çàïèøіòü íàïðóãó êîæíîãî åëåìåíòà. Âñòàíîâіòü, ÿê öі åëåìåíòè ç’єäíàíî ó âàøîìó ïðèëàäі, і íàêðåñëіòü ñõåìó. Ïðèєäíàéòå âîëüòìåòð ñïî÷àòêó äî îäíîãî åëåìåíòà, à ïîòіì äî áàòàðåї åëåìåíòіâ, ïîðіâíÿéòå âèìіðÿíі íàïðóãè. 62. ßêùî â ïðèìіùåííі âìèêàþòü ïðèëàä âåëèêîї ïîòóæíîñòі, íàïðèêëàä ïîòóæíó åëåêòðîïëèòêó (åëåêòðîïðàñêó), òî ðîçæàðåííÿ åëåêòðîëàìï ñëàáøàє. Ïîÿñíіòü ÷îìó. 63. Ïðîòÿãîì ðîêó íà Çåìëі âèíèêàє áëèçüêî 8 ìëí áëèñêàâîê. Îá÷èñëіòü ñóìàðíó ïîòóæíіñòü áëèñêàâîê, ÿêùî ñèëà ñòðóìó ïіä ÷àñ ðîçðÿäó ñòàíîâèòü ïðèáëèçíî 10 000 À, à íàïðóãà – 100 ìëí âîëüò. 64. Іíêîëè ïåðåãîðіëó åëåêòðè÷íó ëàìïó ìîæíà «îæèâèòè» ñòðóøóâàííÿì – íèòêà ðîçæàðþâàííÿ çíîâó çàìèêàєòüñÿ, àëå ñòàє êîðîòøîþ. ×îìó òàêà ëàìïà ñâіòèòü ÿñêðàâіøå? 65. ×îìó òåìïåðàòóðà íàãðіâàëüíîãî åëåìåíòà åëåêòðîïëèòêè, óâіìêíåíîї íà äîâãèé ÷àñ, íå ïіäâèùóєòüñÿ áåçìåæíî, õî÷à ïëèòêà ñïîæèâàє åëåêòðîåíåðãіþ? 66. ×îìó іíîäі ñèëüíî íàãðіâàþòüñÿ âèìèêà÷і, ðîçåòêè, âèëêè? 180

ÔІÇÈ×ÍІ ÇÀÄÀ×І ÍÀÂÊÎËÎ ÍÀÑ

67. ×îìó íà âóëèöÿõ ìіñòà ñïàëàõóþòü óñі ëіõòàðі îäíî÷àñíî, õî÷à ëіõòàðі і äæåðåëî ñòðóìó ìîæóòü áóòè ðîçòàøîâàíі îäèí âіä îäíîãî íà âіäñòàíі êіëüêîõ êіëîìåòðіâ, à øâèäêіñòü íàïðÿìëåíîãî ðóõó åëåêòðîíіâ óñåðåäèíі ïðîâіäíèêà âêðàé ìàëà (ïîðÿäêó 0,01 ì/ñ)? 68. ×îìó íå ïðîõîäèòü ñòðóì ó äèñòèëüîâàíіé âîäі? 69. ×è ìàє çíà÷åííÿ äëÿ õіìі÷íîї äії íàïðÿìîê åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó? 70. ×è ìîæíà ñòâîðèòè ãàëüâàíі÷íèé åëåìåíò, îïóñòèâøè â ðîç÷èí êèñëîòè àáî ñîëі äâі öèíêîâі ïëàñòèíêè? 71. Íàêðåñëіòü ñõåìó åëåêòðè÷íîãî êîëà, ùî ñêëàäàєòüñÿ ç áàòàðåї і äâîõ ëàìï, êîæíó ç ÿêèõ ìîæíà âìèêàòè íåçàëåæíî îäíó âіä îäíîї. 72. Ó ëіêàðíі â êіìíàòі ÷åðãîâîї ñåñòðè є åëåêòðè÷íèé äçâіíîê. Íàêðåñëіòü ñõåìó êîëà, ÿêå äàє çìîãó âìèêàòè äçâіíîê õâîðèì, ùî ëåæàòü ó òðüîõ ðіçíèõ ïàëàòàõ. 73. Â îäíó é òó ñàìó ìåðåæó âìèêàþòü ðіçíі ïîáóòîâі ïðèëàäè: ëàìïó, ïëèòêó, âåíòèëÿòîð òîùî. ×îìó ñèëà ñòðóìó â öèõ ïðèëàäàõ ðіçíà? 74. Ó ìåðåæó íàïðóãîþ 120 Â óâіìêíåíî åëåêòðè÷íèé ÷àéíèê і íàñòіëüíó ëàìïó. Îïіð ñïіðàëі ÷àéíèêà äîðіâíþє 22 Îì, îïіð íèòêè ðîçæàðþâàííÿ ëàìïè – 240 Îì. Âèçíà÷òå ñèëó ñòðóìó â êîæíîìó ç ïðèëàäіâ. 75. Çà ïàðàìåòðàìè, íàïèñàíèìè íà öîêîëі ëàìïî÷êè êèøåíüêîâîãî ëіõòàðèêà, âèçíà÷òå íîìіíàëüíèé îïіð ëàìïè. 76. Åëåêòðè÷íà ëàìïà, îïіð ÿêîї äîðіâíþє 240 Îì, ñâіòèòüñÿ ïîâíèì ðîçæàðåííÿì ïðè ñèëі ñòðóìó 0,5 À. ßêà íàïðóãà íà çàòèñêà÷àõ ëàìïè? 77. Ïîÿñíіòü õàðàêòåðèñòèêè, ÿêі âêàçàíî íà åëåêòðè÷íіé ëàìïі, åëåêòðîïðàñöі, åëåêòðîïëèòöі. ×îìó íàâåäåíî ñàìå öі äàíі? 78. ßê âèçíà÷èòè, ÷è ìîæå åëåêòðîëі÷èëüíèê, óñòàíîâëåíèé ó êâàðòèðі, âèòðèìàòè íàâàíòàæåííÿ âñіõ íàÿâíèõ åëåêòðîñïîæèâà÷іâ? 79. Ïіä ÷àñ ëіêóâàííÿ åëåêòðè÷íèì ñòðóìîì ëþäèíà ïðîòÿãîì ñåàíñó (15 õâ) îòðèìóє áåç íåãàòèâíèõ íàñëіäêіâ äëÿ çäîðîâ’ÿ åëåêòðè÷íèé çàðÿä áëèçüêî 10 Êë. Ïіä äієþ áëèñêàâêè ÷åðåç òіëî ëþäèíè ïðîõîäèòü ïðèáëèçíî òàêà æ êіëüêіñòü åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ùî ñòàє ñìåðòåëüíîþ äëÿ ëþäèíè. ×îìó? 80. Âèçíà÷òå ñèëó і ïîòóæíіñòü ñòðóìó, ÿêùî ÷åðåç ïðîâіäíèê îïîðîì 20 êÎì ïðîòÿãîì 0,01 ñ ïðîõîäèòü åëåêòðè÷íèé çàðÿä 10 Êë. 81. Є ëàìïî÷êè äëÿ ÿëèíêîâîї ãіðëÿíäè, êîæíà ç ÿêèõ ìàє îïіð 20 Îì і ðîçðàõîâàíà íà ñèëó ñòðóìó 0,3 À. Ñêіëüêè òàêèõ ëàìïî÷îê òðåáà ç’єäíàòè ïîñëіäîâíî â ãіðëÿíäó, ùîá її ìîæíà áóëî ââіìêíóòè â ìåðåæó 220 Â? 82. ßêі ëàìïè, óâіìêíóòі â ìåðåæó, ñâіòèòèìóòüñÿ ÿñêðàâіøå – ç áіëüøèì ÷è ç ìåíøèì îïîðîì? 83. Ç’ÿñóéòå, ó ÿêèõ íà ñüîãîäíі ïîáóòîâèõ åëåêòðîïðèëàäàõ âèêîðèñòîâóþòü ïëàâêі çàïîáіæíèêè. Íàâåäіòü ïðèêëàäè. Çàïèøіòü ãðàíè÷íі çíà÷åííÿ ñòðóìіâ ïëàâêèõ âñòàâîê. Íàêðåñëіòü ñõåìó åëåêòðè÷íîãî êîëà ïðèєäíàííÿ åëåêòðîñïîæèâà÷à іç ïëàâêèì çàïîáіæíèêîì. 84. ×îìó çàáîðîíÿєòüñÿ çàìіñòü ïðîìèñëîâèõ ïëàâêèõ çàïîáіæíèêіâ çàñòîñîâóâàòè ìіäíі ïðîâіäíèêè («æó÷êè»)? 85. Ó ïðàâèëàõ ç áåçïåêè æèòòєäіÿëüíîñòі íàãîëîøóєòüñÿ ïðî òå, ùî ïðîâіäíèêè, ÿêі çàãîðіëèñÿ ïіä ÷àñ êîðîòêîãî çàìèêàííÿ, íå ìîæíà ãàñèòè âîäîþ, à ïîòðіáíî çàêèäàòè ïіñêîì àáî çåìëåþ. Ïîÿñíіòü ÷îìó. 86. ×îìó ïðàêòè÷íî íå âіäîìі âèïàäêè, ùîá áëèñêàâêà «âäàðÿëà» ïîâç ãðîìîâіäâіä? 181

ÑËÎÂÍÈÊ ÔІÇÈ×ÍÈÕ ÒÅÐÌІÍІÂ

Àêóìóëÿòîð – öå äæåðåëî ñòðóìó ïåðіîäè÷íîї äії, çäàòíå íàãðîìàäæóâàòè åëåêòðè÷íó åíåðãіþ âíàñëіäîê ïðîïóñêàííÿ êðіçü êèñëîòíèé àáî ëóæíèé ðîç÷èí åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. 1 àìïåð (1 À) – ñèëà ñòðóìó, ÿêèé, ïðîõîäÿ÷è ó äâîõ ïàðàëåëüíèõ ïðÿìîëіíіéíèõ íåñêіí÷åííîї äîâæèíè òîíêèõ ïðîâіäíèêàõ, ùî ðîçìіùåíі ó âàêóóìі íà âіäñòàíі 1 ì îäèí âіä îäíîãî, ñïðè÷èíÿє íà êîæíіé äіëÿíöі ïðîâіäíèêà çàâäîâæêè 1 ì ñèëó âçàєìîäії 2 ∙ 10–7 Í. Àìïåðìåòð – åëåêòðîâèìіðþâàëüíèé ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ ñèëè ñòðóìó; â åëåêòðè÷íå êîëî âìèêàєòüñÿ ïîñëіäîâíî. Øêàëè àìïåðìåòðіâ ìîæóòü áóòè ïðîãðàäóéîâàíі â àìïåðàõ, ìіëіàìïåðàõ, ìіêðîàìïåðàõ. Áàòàðåÿ – ñóêóïíіñòü îäíàêîâèõ ïðèëàäіâ (ãàëüâàíі÷íèõ åëåìåíòіâ, àêóìóëÿòîðіâ, òåðìîåëåìåíòіâ, êîíäåíñàòîðіâ), îá’єäíàíèõ ó ïåâíó ñèñòåìó äëÿ ñïіëüíîї äії. Áëèñêàâêà – ÿâèùå âèíèêíåííÿ êîðîòêî÷àñíîãî ãіãàíòñüêîãî іñêðîâîãî ðîçðÿäó â àòìîñôåðі (ìіæ õìàðàìè àáî ìіæ õìàðàìè і Çåìëåþ). Áóðøòèí – âèêîïíà ñêàì’ÿíіëà ñìîëà õâîéíèõ äåðåâ, äîáðèé іçîëÿòîð, äóæå äîáðå åëåêòðèçóєòüñÿ. 1 âàò (1 Âò) – îäèíèöÿ ïîòóæíîñòі åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó, âіäïîâіäàє ïîòóæíîñòі ñòðóìó ñèëîþ 1 À ïðè íàïðóçі íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà 1 Â. Âàòìåòð – ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ ïîòóæíîñòі â åëåêòðè÷íîìó êîëі. Âèïðîìіíþâàííÿ – âèä òåïëîîáìіíó, ÿêèé íå ïîòðåáóє ïðîìіæíîãî ñåðåäîâèùà ìіæ òіëàìè і çóìîâëåíèé âèïóñêàííÿì і ïîãëèíàííÿì íèìè òåïëîâîãî ïðîìіííÿ. Âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ òіëà – åíåðãіÿ ðóõó òà âçàєìîäії ìіæ ñîáîþ ÷àñòèíîê, ç ÿêèõ ñêëàäàєòüñÿ òіëî. Âíóòðіøíþ åíåðãіþ òіëà ìîæíà çìіíèòè øëÿõîì âèêîíàííÿ ðîáîòè àáî òåïëîîáìіíó. 1 âîëüò (1 Â) – îäèíèöÿ åëåêòðè÷íîї íàïðóãè, âіäïîâіäàє íàïðóçі íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà, ïðè ÿêіé ðîáîòà ç ïåðåìіùåííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó îäèí êóëîí (1 Êë) ïî öüîìó ïðîâіäíèêó äîðіâíþє îäíîìó äæîóëþ (1 Äæ). Âîëüòìåòð – åëåêòðîâèìіðþâàëüíèé ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ íàïðóãè ìіæ äâîìà òî÷êàìè åëåêòðè÷íîãî êîëà; âìèêàєòüñÿ â êîëî ïàðàëåëüíî äіëÿíöі, íà ÿêіé âèìіðþєòüñÿ íàïðóãà. Ãàçîâèé ðîçðÿä – ïðîöåñ ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó êðіçü ãàç.

Ãàëüâàíі÷íèé åëåìåíò – äæåðåëî ñòðóìó, â ÿêîìó åíåðãіÿ, ùî âèäіëÿєòüñÿ ïіä ÷àñ õіìі÷íîї ðåàêöії, ïåðåòâîðþєòüñÿ áåçïîñåðåäíüî â åëåêòðè÷íó. Ãàëüâàíîìåòð – åëåêòðîâèìіðþâàëüíèé âèñîêî÷óòëèâèé ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ ìàëèõ ñòðóìіâ, íàïðóã àáî êіëüêîñòі åëåêòðèêè.

Äâèãóíè òåïëîâі – ìàøèíè, ó ÿêèõ âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ïàëèâà ïåðåòâîðþєòüñÿ â ìåõàíі÷íó åíåðãіþ. Äî òåïëîâèõ äâèãóíіâ íàëåæàòü: ïàðîâà ìàøèíà, äâèãóí âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ (êàðáþðàòîðíèé, äèçåëüíèé), ïàðîâà òà ãàçîâà òóðáіíè, ðåàêòèâíèé äâèãóí. ð 182

ÑËÎÂÍÈÊ ÔІÇÈ×ÍÈÕ ÒÅÐÌІÍІÂ

Äæåðåëî åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó – ïðèñòðіé, ó ÿêîìó âèêîíóєòüñÿ ðîáîòà ç ðîçäіëåííÿ ïîçèòèâíî і íåãàòèâíî çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê. Äіåëåêòðèê – ðå÷îâèíà, ùî íå ïðîâîäèòü åëåêòðè÷íèé ñòðóì.

Åáîíіò – òâåðäà ãóìà, ïðîäóêò âóëêàíіçàöії íàòóðàëüíèõ і ñèíòåòè÷íèõ êàó÷óêіâ і çíà÷íîї äîìіøêè ñіðêè. Õàðàêòåðèçóєòüñÿ âèñîêîþ ìіöíіñòþ ïіä ÷àñ ðîçòÿãó, ïіäâèùåíîþ òâåðäіñòþ, äîáðèìè åëåêòðîіçîëÿöіéíèìè âëàñòèâîñòÿìè. Åëåêòðèçàöіÿ – ôіçè÷íå ÿâèùå, çóìîâëåíå іñíóâàííÿì, âçàєìîäієþ òà ðóõîì åëåêòðè÷íèõ çàðÿäіâ. Åëåêòðè÷íà äóãà – ÿâèùå âèíèêíåííÿ ÿñêðàâîãî ñâіòíîãî ñòîâïà ãàçó ìіæ äâîìà âóãіëüíèìè åëåêòðîäàìè. Åëåêòðè÷íà ñèëà – ñèëà, ç ÿêîþ åëåêòðè÷íå ïîëå äіє íà åëåêòðè÷íі çàðÿäè, ùî ïåðåáóâàþòü ó öüîìó ïîëі. Åëåêòðè÷íå ïîëå – öå îñîáëèâèé âèä ìàòåðії, ÿêèé âіäðіçíÿєòüñÿ âіä ðå÷îâèíè òà іñíóє íàâêîëî áóäü-ÿêèõ çàðÿäæåíèõ òіë. Åëåêòðè÷íèé çàðÿä – äæåðåëî åëåêòðîìàãíіòíîãî ïîëÿ; ôіçè÷íà âëàñòèâіñòü ÷àñòèíîê àáî òіëà. Åëåêòðè÷íèé ñòðóì – öå âïîðÿäêîâàíèé (íàïðÿìëåíèé) ðóõ çàðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê. Åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó ìåòàëàõ (ìåòàëåâèõ ïðîâіäíèêàõ) – öå âïîðÿäêîâàíèé ðóõ åëåêòðîíіâ ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ, ÿêå ñòâîðþє äæåðåëî åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Åëåêòðè÷íèé ñòðóì ó ðîç÷èíàõ åëåêòðîëіòіâ – öå âïîðÿäêîâàíèé ðóõ éîíіâ ïіä äієþ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ, ÿêå ñòâîðþє äæåðåëî åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Åëåêòðîëіç – ïðîöåñ âèäіëåííÿ ðå÷îâèíè íà åëåêòðîäàõ ïіä ÷àñ ïðîõîäæåííÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó êðіçü ðîç÷èíè àáî ðîçïëàâè åëåêòðîëіòіâ. Åëåêòðîëіò – ðå÷îâèíà, ÿêà ïіä äієþ ðîç÷èííèêà àáî íàãðіâàííÿ äèñîöіþє (ðîçïàäàєòüñÿ) íà éîíè. Åëåêòðîñêîï – ïðèëàä, çà äîïîìîãîþ ÿêîãî âèÿâëÿþòü íàåëåêòðèçîâàíіñòü òіëà. Åíåðãіÿ – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî âèçíà÷àє çäàòíіñòü òіë âèêîíóâàòè ðîáîòó. Îäèíèöåþ åíåðãії â ÑІ є îäèí äæîóëü (1 Äæ). Çàêîí Äæîóëÿ–Ëåíöà: êіëüêіñòü òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ ïðîâіäíèêîì çі ñòðóìîì, âèçíà÷àєòüñÿ äîáóòêîì êâàäðàòà ñèëè ñòðóìó, îïîðó ïðîâіäíèêà é ÷àñó ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó. Çàêîí çáåðåæåííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó: ó çàìêíóòіé ñèñòåìі àëãåáðàї÷íà ñóìà çàðÿäіâ óñіõ ÷àñòèíîê çàëèøàєòüñÿ íåçìіííîþ (ñòàëîþ). Çàêîí çáåðåæåííÿ åíåðãії: åíåðãіÿ íå çíèêàє òà íå ñòâîðþєòüñÿ ç íі÷îãî. Âîíà òіëüêè ïåðåòâîðþєòüñÿ ç îäíîãî âèäó â іíøèé, ïðè öüîìó ïîâíå çíà÷åííÿ її çáåðіãàєòüñÿ. Çàêîí Êóëîíà: ñèëà âçàєìîäії ìіæ äâîìà íåðóõîìèìè òî÷êîâèìè åëåêòðè÷íèìè çàðÿäàìè ïðÿìî ïðîïîðöіéíà äîáóòêó öèõ çàðÿäіâ і îáåðíåíî ïðîïîðöіéíà êâàäðàòó âіäñòàíі ìіæ íèìè. Іñêðîâèé ðîçðÿä – ðîçðÿä, ÿêèé âèíèêàє çà âèñîêîї íàïðóãè ìіæ åëåêòðîäàìè â ïîâіòðі і ìàє âèãëÿä ïó÷êà ÿñêðàâèõ çèãçàãîïîäіáíèõ ñìóæîê, ùî âіäãàëóæóþòüñÿ âіä òîíêîãî êàíàëó. 183

ÑËÎÂÍÈÊ ÔІÇÈ×ÍÈÕ ÒÅÐÌІÍІÂ

Êàëîðèìåòð – ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ êіëüêîñòі òåïëîòè, ÿêà âèäіëÿєòüñÿ àáî ïîãëèíàєòüñÿ ïіä ÷àñ ÿêîãî-íåáóäü ôіçè÷íîãî ïðîöåñó. Êèïіííÿ – іíòåíñèâíå âèïàðîâóâàííÿ ðіäèíè íå òіëüêè ç її âіëüíîї ïîâåðõíі, à é ç óñüîãî îá’єìó âñåðåäèíó áóëüáàøîê ïàðè, ÿêі ïðè öüîìó âèíèêàþòü. Êіëüêіñòü òåïëîòè – ìіðà âíóòðіøíüîї åíåðãії, ïåðåäàíîї ïіä ÷àñ òåïëîîáìіíó âіä îäíîãî òіëà äî іíøîãî áåç âèêîíàííÿ ðîáîòè. Âîíà çàëåæèòü âіä ðå÷îâèíè, ç ÿêîї âèãîòîâëåíî òіëî, âіä ìàñè öüîãî òіëà òà ðіçíèöі éîãî êіíöåâîї і ïî÷àòêîâîї òåìïåðàòóð. Îäèíèöåþ êіëüêîñòі òåïëîòè, ÿê і åíåðãії, є îäèí äæîóëü (1 Äæ). Êîåôіöієíò êîðèñíîї äії (ÊÊÄ) òåïëîâîãî äâèãóíà – âіäíîøåííÿ òієї ÷àñòèíè åíåðãії, ÿêà çàòðà÷àєòüñÿ íà âèêîíàííÿ êîðèñíîї ðîáîòè òåïëîâèì äâèãóíîì, äî âñієї åíåðãії, ùî âèäіëÿєòüñÿ âíàñëіäîê çãîðÿííÿ ïàëèâà. Êîíâåêöіÿ – ïðîöåñ ïåðåíåñåííÿ åíåðãії ñòðóìåíÿìè ðіäèíè àáî ãàçó. Êîíäåíñàöіÿ ïàðè – ôіçè÷íèé ïðîöåñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç ãàçóâàòîãî ñòàíó (çà òåìïåðàòóðè êîíäåíñàöії) ó ðіäêèé âíàñëіäîê її îõîëîäæåííÿ. Êîðîííèé ðîçðÿä – ðîçðÿä, ñâіòíà äіëÿíêà ÿêîãî íàãàäóє êîðîíó, âèíèêàє çà àòìîñôåðíîãî òèñêó ïîáëèçó çàãîñòðåíèõ ÷àñòèí ïðîâіäíèêà, ùî ìàє âåëèêèé åëåêòðè÷íèé çàðÿä. Êîðîòêå çàìèêàííÿ – ç’єäíàííÿ êіíöіâ äіëÿíêè êîëà ïðîâіäíèêîì, îïіð ÿêîãî äóæå ìàëèé ïîðіâíÿíî ç îïîðîì äіëÿíêè êîëà. Êðèñòàëіçàöіÿ – ôіçè÷íèé ïðîöåñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç ðіäêîãî ñòàíó (çà òåìïåðàòóðè êðèñòàëіçàöії) ó òâåðäèé âíàñëіäîê її îõîëîäæåííÿ. Ëàìïà ðîçæàðþâàííÿ – äæåðåëî ñâіòëà, ó ÿêîìó ñâіòëî âèïðîìіíþє òóãîïëàâêèé ïðîâіäíèê (âîëüôðàì), ðîçæàðåíèé åëåêòðè÷íèì ñòðóìîì. Íàãðіâàëüíèé åëåìåíò – öå ïðîâіäíèê ç âåëèêèì îïîðîì, ÿêèé çäàòíèé âèòðèìóâàòè, íå ðóéíóþ÷èñü, íàãðіâàííÿ äî âèñîêîї òåìïåðàòóðè (1000–1200 Ñ). Íàïðóãà åëåêòðè÷íà – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî õàðàêòåðèçóє åëåêòðè÷íå ïîëå, ÿêå ñòâîðþє ñòðóì, âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì ðîáîòè ñòðóìó íà ïåâíіé äіëÿíöі êîëà äî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ùî ïðîéøîâ ïî öіé äіëÿíöі. 1 îì (1 Îì) – îäèíèöÿ åëåêòðè÷íîãî îïîðó, äîðіâíþє îïîðó òàêîãî ïðîâіäíèêà, ó ÿêîìó ïðè íàïðóçі íà êіíöÿõ îäèí âîëüò (1 Â) ñèëà ñòðóìó äîðіâíþє îäíîìó àìïåðó (1 À). Îììåòð – ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ åëåêòðè÷íîãî îïîðó. Îïіð åëåêòðè÷íèé – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî õàðàêòåðèçóє âëàñòèâіñòü ïðîâіäíèêà ïðîòèäіÿòè íàïðÿìëåíîìó ïåðåìіùåííþ çàðÿäіâ, âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì íàïðóãè íà êіíöÿõ ïðîâіäíèêà äî ñèëè ñòðóìó â íüîìó. Ïàðàëåëüíå ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ – öå ç’єäíàííÿ ñïîæèâà÷іâ åëåêòðè÷íîї åíåðãії (ïðîâіäíèêіâ), çà ÿêîãî âèâîäè êîæíîãî ç íèõ ïðèєäíóþòü äî ñïіëüíîї äëÿ âñіõ ïàðè çàòèñêà÷іâ (òî÷îê àáî âóçëіâ êîëà). Ïàðîóòâîðåííÿ – ôіçè÷íèé ïðîöåñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç ðіäêîãî ñòàíó â ãàçóâàòèé, äëÿ çäіéñíåííÿ ÿêîãî ðå÷îâèíі ïîòðіáíî íàäàòè ïåâíîї êіëüêîñòі òåïëîòè. 184

ÑËÎÂÍÈÊ ÔІÇÈ×ÍÈÕ ÒÅÐÌІÍІÂ

Ïèòîìèé îïіð ðå÷îâèíè – öå ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî ïîêàçóє, ÿêèé îïіð ìàє âèãîòîâëåíèé іç öієї ðå÷îâèíè ïðîâіäíèê çàâäîâæêè 1 ì і ïëîùåþ ïîïåðå÷íîãî ïåðåðіçó 1 ì2. Ïëàâëåííÿ – ôіçè÷íèé ïðîöåñ ïåðåõîäó ðå÷îâèíè ç êðèñòàëі÷íîãî (òâåðäîãî) ñòàíó (çà òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ) â ðіäêèé, ÿêèé ñóïðîâîäæóєòüñÿ ïîãëèíàííÿì åíåðãії. Ïîñëіäîâíå ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ – öå ç’єäíàííÿ ñïîæèâà÷іâ åëåêòðè÷íîї åíåðãії (ïðîâіäíèêіâ) ó êîëі ïî ÷åðçі îäèí çà îäíèì áåç ðîçãàëóæåíü ïðîâîäіâ ìіæ íèìè. Ïîñòіéíèé ñòðóì – åëåêòðè÷íèé ñòðóì, ùî íå çìіíþєòüñÿ іç ÷àñîì íі çà çíà÷åííÿì, íі çà íàïðÿìêîì. Ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó íà äіëÿíöі êîëà äî ÷àñó ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó â öіé äіëÿíöі.

Ðåîñòàò – ïðèëàä äëÿ ðåãóëþâàííÿ ñèëè ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîëі. Ðîáîòà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî õàðàêòåðèçóє ïåðåòâîðåííÿ åëåêòðè÷íîї åíåðãії â іíøі âèäè åíåðãії. Ðóõ òåïëîâèé – áåçëàäíèé ðóõ ìîëåêóë і àòîìіâ, ÿêèé âèçíà÷àє òåìïåðàòóðó òіëà. Ñèëà ñòðóìó – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ÿêà âèçíà÷àєòüñÿ âіäíîøåííÿì åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó, ùî ïðîéøîâ êðіçü ïîïåðå÷íèé ïåðåðіç ïðîâіäíèêà, äî ÷àñó éîãî ïðîõîäæåííÿ. Ñèëîâі ëіíії åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ – öå ëіíії, íàïðÿìîê ÿêèõ ó êîæíіé òî÷öі ïîëÿ çáіãàєòüñÿ ç íàïðÿìêîì ñèëè, ùî äіє ç áîêó öüîãî ïîëÿ íà ðîçìіùåíå â íüîìó çàðÿäæåíå òіëî. Ñõåìà åëåêòðè÷íîãî êîëà – êðåñëåííÿ, íà ÿêîìó çîáðàæàþòü ñïîñîáè ç’єäíàííÿ åëåìåíòіâ åëåêòðè÷íîãî êîëà. Òåìïåðàòóðà òіëà – ôіçè÷íà âåëè÷èíà, ùî õàðàêòåðèçóє іíòåíñèâíіñòü òåïëîâîãî ðóõó ìîëåêóë òіëà і ïðîïîðöіéíà ñåðåäíіé êіíåòè÷íіé åíåðãії õàîòè÷íîãî ðóõó ìîëåêóë òіëà. Òåïëîîáìіí – ïðîöåñ çìіíè âíóòðіøíüîї åíåðãії òіë áåç âèêîíàííÿ ðîáîòè íàä íèìè òà áåç âèêîíàííÿ ðîáîòè ñàìèìè òіëàìè. Òåïëîïðîâіäíіñòü – ïåðåäà÷à òåïëà âіä áіëüø íàãðіòîї äî ìåíø íàãðіòîї ÷àñòèíè òіëà âíàñëіäîê òåïëîâîãî ðóõó òà âçàєìîäії ÷àñòèíîê òіëà. Òåðìîìåòð – ïðèëàä äëÿ âèìіðþâàííÿ òåìïåðàòóðè øëÿõîì éîãî êîíòàêòó ç äîñëіäæóâàíèì ñåðåäîâèùåì. Òî÷êîâèé çàðÿä – çàðÿä, ðîçïîäіëåíèé íà òіëі, ðîçìіðè ÿêîãî çíà÷íî ìåíøі, íіæ áóäü-ÿêі âіäñòàíі ìіæ çàðÿäæåíèìè òіëàìè, ùî âçàєìîäіþòü â óìîâàõ ïåâíîї çàäà÷і.

185

ÂІÄÏÎÂÄІ ÄÎ ÇÀÄÀ× І ÂÏÐÀÂ 1. Òîìó ùî ïðè íàëèâàííі îêðîïó ó ñêëÿíêó її âíóòðіøíÿ і çîâíіøíÿ ñòіíêè íåîäíàêîâî ïðîãðіâàþòüñÿ, і âîíà ëîïàєòüñÿ. ßêùî ñòàâèòè ëîæêó, òî âîíà çàáåðå ÷àñòèíó åíåðãії âîäè. 3. Áіìåòàëåâà ïëàñòèíêà ïіä äієþ òåìïåðàòóðè òî âèãèíàєòüñÿ (ðîçðèâàє êîíòàêò), òî ïðîãèíàєòüñÿ (çàìèêàє êîíòàêò). 5. Íі. 7. Òîìó ùî îá’єì ïîâіòðÿ â áàíöі çìåíøóєòüñÿ. 11. Ùîá çíàòè äіéñíèé îá’єì ðіäèíè â íèõ. 14. Òîìó ùî ðіäèíà ïðè ïіäâèùåííі òåìïåðàòóðè ðîçøèðþєòüñÿ і ìîæå ðîçіðâàòè ðàäіàòîð. 16. Âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ ãàðÿ÷îї âîäè áіëüøà, òîìó ùî òåìïåðàòóðà її âèùà. 17. Íі. 19. Ìîæíà îáïåêòè ðóêè. 22. Ùîá åíåðãіÿ âіä âàðåííÿ íå çàáèðàëàñÿ ìåòàëåâîþ ëîæêîþ. 24. Öåãëà. 38. Íі; òàê. 42. Ó ïåðøîìó âèïàäêó âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ çáіëüøèëàñÿ, à â іíøîìó – çìåíøèëàñÿ. 48. Ó öåãëÿíîìó. 49. Äëÿ çáіëüøåííÿ òÿãè. 55. Çìіíèòüñÿ. 56. Íі. Äëÿ íàãðіâàííÿ 1 êã àëþìіíіþ íà 1 Ñ ïîòðіáíî 920 Äæ, 1 êã çàëіçà – 460 Äæ, 1 êã ëàòóíі – 380 Äæ, 1 êã ñâèíöþ – 140 Äæ. 61. Òîìó ùî âîäà ìàє íàéáіëüøó ïèòîìó òåïëîєìíіñòü. 63. 336 êÄæ. 64. 92 êÄæ. 65. 750 êÄæ. 67. 241,92 ÌÄæ. 68. 96,72 ÌÄæ; 767,6 êã. 69. 24 ã. 71. Òîìó ùî îëîâî ìàє íèçüêó òåìïåðàòóðó ïëàâëåííÿ – 232 Ñ. 72. 174,6 êÄæ. 73. 3324 êÄæ. 74. 1,87 êã. 75. 1662 êÄæ. 77. Ìîæíà. 78. 234 êÄæ. 79. 276,4 êÄæ. 80. Íі. 81. Äëÿ ñðіáëà. 84. Ùîá çáіëüøèòè ïîâåðõíþ âèñèõàííÿ. 86. 345 êÄæ. 87. 23 ÌÄæ. 93. 6,147 ÌÄæ. 99. Òîìó ùî ÷àñòèíà åíåðãії éäå íà âèïàðîâóâàííÿ âîäè. 100. 324 ÌÄæ. 101. 6,6 êã. 102. 36,4 ã; 6,8 ã; 54,5 ã âóãëåöþ і 145,6 ã êèñíþ. 103. 8 êã. 104. 510 ÌÄæ; 175 ÌÄæ. 106. à) 28 ÌÄæ; á) 46 ÌÄæ/êã; â) ìåòàí; òâåðäå ðàêåòíå ïàëèâî; ã) 1,8 êã; ä) 1 êã; å) 0,14 êã. 109. Ïіä ÷àñ ðîáîòè äâèãóí íàãðіâàєòüñÿ, і âîäà çàáèðàє âіä íüîãî åíåðãіþ, îõîëîäæóþ÷è éîãî. 112. Äëÿ îõîëîäæåííÿ äâèãóíà. Âîäà ìàє íàéáіëüøó ïèòîìó òåïëîєìíіñòü ñåðåä ðіäèí. 115. Äâèãóí âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ. 116. 4. 117. Êіíåòè÷íó åíåðãіþ ïàðè. 119. 347 ì. 121. Íà çìіíó âíóòðіøíüîї åíåðãії øìàòêà ìåòàëó. 125. ×àñòèíà åíåðãії ïàðè âèòðàòèëàñÿ íà îáåðòàííÿ ëîïàòåé òóðáіíè. 128. Äëÿ ðîáîòè ðåàêòèâíîãî äâèãóíà íå ïîòðіáíå ïîâіòðÿ. 129. 128 îñіá. 130. Íà 24 ò. 136. Òîìó ùî âîíà íàáóâàє òàêîãî ñàìîãî çàðÿäó, ùî і ïàëè÷êà. 137. Öå ïîÿñíþєòüñÿ åëåêòðèçàöієþ òіë. 138. Ñóõå âîëîññÿ, ãðåáіíåöü àáî ðóêà íàáóâàþòü ðіçíèõ çàðÿäіâ і âîíè ïðèòÿãóþòüñÿ ìіæ ñîáîþ. 139. Ìåòàëåâó ïàëè÷êó ïîòðіáíî іçîëþâàòè âіä ðóêè. 141. Ó õóòðі. 146. Åëåêòðèçàöіÿ ÷åðåç âïëèâ. Ëèñòî÷êè îïàäàþòü, òîìó ùî çíèêàє âïëèâ íàåëåêòðèçîâàíîї ïàëè÷êè. 151. Òîìó ùî ïëàñòìàñà àáî ôàðôîð є іçîëÿòîðàìè. 154. 21,3 Í. 156. Ïîçèòèâíî; ïîçèòèâíî. 157. Àâòîöèñòåðíè çàçåìëÿþòü çà äîïîìîãîþ ëàíöþãà. 160. Êóëÿ ç íàäëèøêîì åëåêòðîíіâ – íåãàòèâíî, іíøà – ïîçèòèâíî; ïіñëÿ ç’єäíàííÿ – îáèäâі íåãàòèâíî. 164. Ùîá ïåðåäàòè êóëüöі åëåêòðîñêîïà áіëüøèé çàðÿä. 166. Íі. 170. Ùîá çìåíøèòè їõíþ âîëîãіñòü. 172. Ùîá ïî íüîìó ñòіêàëè çàðÿäè. 174. Åëåêòðèçàöієþ âïëèâîì. 176. Âіäáóâàєòüñÿ ïåðååëåêòðèçàöіÿ òіë. 178. 4 ∙ 109. 179. Òàê. 180. 625 ∙ 1016. 182. 13 íÊë. 183. 3 íÊë. 184. Ìîæå, ÿêùî êîëî çàìêíóòå. 190. Åëåêòðîí і íåãàòèâíèé éîí – äî ïîçèòèâíî çàðÿäæåíîї ïëàñòèíè, ïîçèòèâíèé éîí – äî íåãàòèâíîї. 191. 0,04 ñ; 500 ñ. 192. 21,6 ñì. 197. à) Òåïëîâà; á) ñâіòëîâà; â) õіìі÷íà; ã) òåïëîâà; ä) ìàãí íіòíà. 200. Íі. 202. 840 Êë. 203. 0,6 À. 204. 3,6 ìÊë. 205. 5 ñ. 206. 5 ñ. 186

ÂІÄÏÎÂІÄІ ÄÎ ÇÀÄÀ× І ÂÏÐÀÂ

209. Äðóãèé. 211. 20 Â. 212. 1000 Â. 213. 12 Â. 215. Äðóãèé. 216. Íà 300 Â. 218. Ó ïіä’єäíàííі âîëüòìåòðà é àìïåðìåòðà. 220. 440 Îì. 221. 2,9 À. 222. 0,3 À. 223. 12 êÎì. 224. 240 Îì. 225. 24 êÎì. 226. 8 Â. 227. 1 Â. 228. 8 Â. 229. Îäíàêîâà. 230. 3,125 ∙ 1019. 231.  0,5 À; 3,125 ∙ 1018. 236. Íі. 237. 10 À; 0,9 À. 239. Çáіëüøèòüñÿ â 5 ðàçіâ. 240. Çìåíøèòüñÿ â 9 ðàçіâ. 241. 13,6 ìÎì. 242. 0,3 Îì. 245. 2,5 ì. 246. 5 êì. 248. 0,384 Îì ∙ ìì2/ì. 249. 4. 250. Íà 9 Îì. 251. 6,5 ì. 252. 11,2 ì. 253. 500 Îì; 50 Îì. 254. 44,5 ò. 255. Íå ìåíøå 19. 256. 110 Â. 257. 450 Îì. 259. Çìåíøèòüñÿ. Ïîãіðøèòüñÿ. 261. Ëàìïà, ÿêà ìàє áіëüøèé îïіð. 262. Ïîñëіäîâíî. 266. 24 ëàìïè êіìíàòíîї ÿëèíêè ç’єäíàíі ïîñëіäîâíî, à øêіëüíîї – ïàðàëåëüíî. 268. 26,4 êÄæ. 269. 605 Âò. 270. 55 Âò. 271. 0,45 À. 272. Ïðàâèëüíî. 0,1 êÂò ∙ ãîä. 273. 2,7 À. 274. 64,8 êÄæ. 276. 0,45 À; 0,11 À. Ó ëàìïі ïîòóæíіñòþ 25 Âò. 278. 510,4 êÂò ∙ ãîä; 4 ãðí 56 ê. 279. 0,9 À. 280. Ó ëàìïі îïîðîì 160 Îì. 281. Ó ëàìïі îïîðîì 80 Îì. 282. 5,45 À; 216 êÄæ. Íі. 283. Ëàìïà ïîòóæíіñòþ 40 Âò. 284. 580,8 êÄæ; 1,7 êã. 285. 3124 ñ  52 õâ. 291. ßêùî åëåêòðîëіò íå çíàõîäèòüñÿ â åëåêòðè÷íîìó ïîëі. 304. 559 ìã. 305. 3,4 ∙ 10–7 êã/Êë. 306. 2 À. 307. 15 À. Âіäïîâіäі äî ðóáðèêè «Ùî ÿ çíàþ і âìіþ ðîáèòè» Ðîçäіë 1. 2. Âíóòðіøíÿ åíåðãіÿ 1 êã âîäè çáіëüøèëàñÿ íà 4200 Äæ, à 1 êã çàëіçà – íà 400 Äæ. 3. 324 êÄæ. 4. Ìîæíà. 5. 7908 êÄæ. 6. Âèñòà÷èòü. 9. Íі. 10. Íå çìіíèòüñÿ, ïîêè ëіä íå ðîçòàíå. Ðîçäіë 2. Åëåêòðèçàöіÿ òіë. 1. Íåãàòèâíèé. 2. Ïîçèòèâíî. 4. Ïîçèòèâíèé; íåãàòèâíèé. 6. Áóäóòü. 9. –3 íÊë. 10. 9000 Í. 11. 9 ñì. Åëåêòðè÷íèé ñòðóì. 5. Ïîñëіäîâíî. 10. Ó äðóãіé ëàìïі ñèëà ñòðóìó ó 2 ðàçè áіëüøà. 11. 2,4 À; 0,4 À. 12. 0,25 À; 18,75 ∙ 1019. 14. 3 ÒÂò. Âіäïîâіäі äî ðóáðèêè «Ôіçè÷íі çàäà÷і íàâêîëî íàñ» 1. Ïðè íåäîñòàòíüîìó çìàùåííі ïіäøèïíèêіâ ó ðåçóëüòàòі òåðòÿ ìåõàíі÷íà åíåðãіÿ ïåðåòâîðþєòüñÿ ó âíóòðіøíþ. Òåìïåðàòóðà áàáіòà ïіäíіìàєòüñÿ äî òî÷êè ïëàâëåííÿ, і âіí ïëàâèòüñÿ. 2. Êîëåñà àâòîìîáіëÿ íàãðіâàþòüñÿ і çà ðàõóíîê ðîáîòè ñèëè òåðòÿ ïіä ÷àñ ÷àñòêîâîãî ïðîêîâçóâàííÿ їõ ïî ïîëîòíó äîðîãè, і çà ðàõóíîê ðîáîòè äåôîðìàöії øèí ïіä ÷àñ êî÷åííÿ. 3. Ïіä ÷àñ òåðòÿ ñîëîìà ìîæå ðîçіãðіòèñÿ і ñïàëàõíóòè, ùî ïðèçâåäå äî ïîæåæі. 4. Іç çóïèíêàìè. 5. Òîìó ùî âîíè âòðàòèëè á ñâîþ ìіöíіñòü óíàñëіäîê íàãðіâàííÿ ïіä ÷àñ òåðòÿ îá ïîâіòðÿ. 6. Ïіä ÷àñ ïîñàäêè. 7. Ó ìіäíіé, òîìó ùî òåïëîïðîâіäíіñòü ìіäі áіëüøà, íіæ ÷àâóíó. 8. Àëþìіíіé ìàє áіëüøó òåïëîïðîâіäíіñòü, íіæ ïîðöåëÿíà. 9. Ïðè òåìïåðàòóðі òіëà ëþäèíè. 10. Âîëîãèé. 11. Æèð ìàє íèçüêó òåïëîïðîâіäíіñòü і çàõèùàє îðãàíіçì òâàðèíè âіä íàäìіðíîãî îõîëîäæåííÿ â ïîëÿðíèõ âîäàõ. 12. Âîäà ìàє íàáàãàòî áіëüøó òåïëîïðîâіäíіñòü, íіæ ïîâіòðÿ, òîìó ó âîäі òіëî ëþäèíè îõîëîäæóєòüñÿ øâèäøå. 13. Êîëè ëіä ïîêëàñòè íà êðèøêó ÷àéíèêà. 14. Ïëіâêà çàòðèìóє ïîâіòðÿ ïåâíîї òåìïåðàòóðè áіëÿ ðîñëèí. 15. Çà ðàõóíîê âåðòèêàëüíèõ âèñõіäíèõ ïîòîêіâ ïîâіòðÿ. 16. Ùîá çàáåçïå÷èòè ïðèðîäíó öèðêóëÿöіþ âîäè â ñèñòåìі âîäÿíîãî îïàëåííÿ. 17. Êðàùå ôàðáóâàòè â ÷îðíèé êîëіð. 18. Ùîá çìåíøèòè ïîâåðõíþ âèïðîìіíþâàííÿ òåïëà ç òіëà. 19. Êðóãëèé òåðìîñ ìàє ìåíøó ïîâåðõíþ, òîìó âіí ìåíøîþ ìіðîþ ïîãëèíàє і âіääàє òåïëîòó. 20. Ðàçîì іç ïðîöåñîì ì 187

ÂІÄÏÎÂІÄІ ÄÎ ÇÀÄÀ× І ÂÏÐÀÂ

âèïðîìіíþâàííÿ åíåðãії â êîñìі÷íèé ïðîñòіð âіäáóâàєòüñÿ і ïðîöåñ ïîãëèíàííÿ åíåðãії Ñîíöÿ. 23. Ïіñîê ìàє ìàëó ïèòîìó òåïëîєìíіñòü, òîìó øâèäêî íàãðіâàєòüñÿ і îõîëîäæóєòüñÿ. 24. Ìàëà ïèòîìà òåïëîєìíіñòü, âåëèêà òåïëîïðîâіäíіñòü, íå çìî÷óє ñêëî, ïîðіâíÿíî ëåãêî îäåðæàòè â ÷èñòîìó âèãëÿäі, âèñîêà òåìïåðàòóðà êèïіííÿ, íèæ÷à ïîðіâíÿíî ç âîäîþ, òî÷êà òâåðäíåííÿ. 28. Âîäà âñåðåäèíі ñîëі, ïåðåòâîðþþ÷èñü ó ïàðó, ðîçðèâàє êðèñòàëè. 29. Íàíåñòè ïîäðÿïèíó îäíèì òіëîì íà ïîâåðõíі іíøîãî. 30. Ðîçïëàâèòüñÿ. 31. Íà òðîòóàðі, ïîñèïàíîìó ñіëëþ. 32. Ïіä ÷àñ ìîðîçó ñіëü ó âèãëÿäі ðîç÷èíó «ïîêèäàє» ëіä. 33. Ìåòàë ìàє áіëüøó òåïëîïðîâіäíіñòü, íіæ äåðåâî, òîìó âіí âіäâîäèòü âіä òîíêîї ïëіâêè âîäè òåïëî òàê øâèäêî, ùî âîíà îõîëîäæóєòüñÿ íèæ÷å âіä òî÷êè ïëàâëåííÿ ëüîäó і çàìåðçàє. 34. Âåëèêîþ ïèòîìîþ òåïëîєìíіñòþ âîäè. 35. Ïіä ÷àñ òåðòÿ ëèæ îá ñíіã âіí ïëàâèòüñÿ, à ïîòіì çíîâó òâåðäíå. 36. Íі. 37. Ãàðÿ÷à âîäà «ðîçïëàâëÿє» òîíêèé øàð ëüîäó, íå òàê øâèäêî çàìåðçàє, âñòèãàє ðîçòåêòèñÿ, і ïîâåðõíÿ ëüîäó ñòàє ãëàäêîþ. 38. Âîäà, çàìåðçàþ÷è ïіä ÷àñ ñèëüíèõ ìîðîçіâ, ðîçðèâàє âîëîêíà äåðåâèíè. 39. Âèïàðîâóєòüñÿ ç ïîâåðõíі ëèñòÿ äåðåâ. 40. Óíàñëіäîê âèïàðîâóâàííÿ âîäè. 41. ×àé. 42. Ïîñòіéíå âèïàðîâóâàííÿ âîäè іç ñåðâåòêè ñïðè÷èíÿє îõîëîäæåííÿ ìîëîêà. 43. Ó ñóõîìó ïîâіòðі ïіò âèïàðîâóєòüñÿ і îõîëîäæóє òіëî ëþäèíè. 44. Ó íèçèíàõ òåìïåðàòóðà ïîâіòðÿ íèæ÷à, íіæ íà ïіäâèùåííі. 45. Äëÿ âèõîäó ïàðè. Áåç äіðî÷êè ó êðèøöі ïàðà ìîæå âèòіñíèòè âîäó ÷åðåç íîñèê ÷àéíèêà. 46. Ïîòóæíіñòü íàãðіâíèêà íå âïëèâàє íà òåìïåðàòóðó êèïіííÿ âîäè, ó ÿêіé âàðèòüñÿ êàðòîïëÿ. 47. Äåÿêó êіëüêіñòü òåïëîòè íåîáõіäíî çàòðàòèòè íà âèïàðîâóâàííÿ âîäè, ÿêà ìіñòèòüñÿ â ñèðèõ äðîâàõ. 48. Ïîòіê ïîâіòðÿ çðèâàє ïîëóì’ÿ çі ñâі÷êè і ñіðíèêà, îõîëîäæóє ãîðþ÷і ðå÷îâèíè. 49. Òîìó ùî ìåòàë íàáàãàòî øâèäøå çàáèðàє åíåðãіþ âіä âóãіëëÿ, íіæ äåðåâî. 50. Ïіñëÿ ïðîñêàêóâàííÿ іñêðè. 51. Ìîæíà. 52. Íі. 53. Åëåêòðèçàöіÿ õìàð. 56. Çà ðàõóíîê òåðòÿ âåëèêîї êіëüêîñòі ñíіæèíîê çà íèçüêîї âîëîãîñòі. 57. Ñêîðèñòàòèñÿ ìåòîäîì åëåêòðèçàöії âïëèâîì. 58. Íі. 63. 8 ∙ 1018 Âò. 64. Çìåíøèâñÿ îïіð ñïіðàëі. 65. Òîìó ùî åíåðãіÿ åëåêòðîíàãðіâàëüíîãî åëåìåíòà ïëèòêè âіääàєòüñÿ íàâêîëèøíüîìó ñåðåäîâèùó. 66. Çà ðàõóíîê ïîãàíîãî êîíòàêòó àáî ïåðåâàíòàæåííÿ â åëåêòðîìåðåæі. 68. Íåìàє âіëüíèõ íîñіїâ çàðÿäó. 69. Òàê. 70. Òàê. 73. Ïîáóòîâі ïðèëàäè ìàþòü ðіçíèé åëåêòðè÷íèé îïіð. 74. 5,45 À; 0,5 À. 76. 120 Â. 79. Öå çàëåæèòü âіä ÷àñó ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó. 80. 1000 À; 20 ÌÂò. 81. 37 ëàìïî÷îê. 82. Ç ìåíøèì. 85. Òîìó ùî âîäà (íå äèñòèëüîâàíà) є ïðîâіäíèêîì åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó.

188

ÏÐÅÄÌÅÒÍÎ-ІÌÅÍÍÈÉ ÏÎÊÀÆ×ÈÊ

À Àãðåãàòíі ñòàíè ðå÷îâèí 43–44 Àêóìóëÿòîðè 105 Àìïåð 115 Àìïåð Àíäðå-Ìàðі 115 Àíіîí 153 Àíîä 153

Á Áåíàðäîñ Ìèêîëà 161 Áіìåòàëåâà ïëàñòèíà 10 Áóðøòèí 81

Â Âàò 145 Âàòò Äæåéìñ 68, 75 Âàòìåòð 145 Âîëüò 119 Âèïàðîâóâàííÿ 51 Âèïðîìіíþâàííÿ 22, 25 Âîëüòà Àëåññàíäðî 103, 169 Âîëüòìåòð 120

Ã Ãàëіëåé Ãàëіëåî 6 Ãàëüâàíі Ëóїäæі 103,164 Ãàëüâàíі÷íі åëåìåíòè 103

Ä Äâèãóí âíóòðіøíüîãî çãîðÿííÿ 63 – ðåàêòèâíèé 66 – òåïëîâèé 62–66 Äæåðåëà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó 103 Äæîóëü 31 Äóãà åëåêòðè÷íà 159

Å Åäіñîí Òîìàñ 149 Åëåêòðè÷íèé ñòðóì 102 – ó ãàçàõ 156 – ó ìåòàëàõ 109 – ó ðîç÷èíàõ åëåêòðîëіòіâ 153 Åëåêòðîëіç 155 Åëåêòðîëіò 154 Åëåêòðîñêîï 84

Åëåêòðîòðàâìà 165 Åëåìåíò íàãðіâàëüíèé 151 Åíåðãіÿ âíóòðіøíÿ 19

Ç Çàêîí Äæîóëÿ–Ëåíöà 148 – çáåðåæåííÿ åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó 86–87 – Êóëîíà 91–93 – Îìà 125 – Ôàðàäåÿ 155 Çàïîáіæíèêè 164 Çàðÿä åëåêòðè÷íèé 81, 85 – íåãàòèâíèé 82 – ïîçèâíèé 82 Ç’єäíàííÿ ïðîâіäíèêіâ çìіøàíå 139–140 – ïàðàëåëüíå 139 – ïîñëіäîâíå 137 Çãîðÿííÿ ïàëèâà 57–59

Ê Êàëîðèìåòð 35 Êàòіîí 153 Êèïіííÿ 51 Êіëüêіñòü òåïëîòè 29–33 Êîåôіöієíò êîðèñíîї äії òåïëîâîãî äâèãóíà 70 Êîëî åëåêòðè÷íå 107–108 Êîíâåêöіÿ 22, 24 Êóëîí 86 Êóëîí Øàðëü 86, 97 Êîðîòêå çàìèêàííÿ 163

Ë Ëіíії ñèëîâі 90 Ëі÷èëüíèê åëåêòðè÷íèé 144 Ëîäèãіí Îëåêñàíäð 149

Ì Ìàãíіòíà äіÿ ñòðóìó 111

Í Íàíîìàòåðіàëè 176 Íàïðóãà åëåêòðè÷íà 119 189

ÏÐÅÄÌÅÒÍÎ-ІÌÅÍÍÈÉ ÏÎÊÀÆ×ÈÊ

Î Îì Ãåîðã 124 Îììåòð 134 Îïіð åëåêòðè÷íèé 123–124 – ïèòîìèé 132–133

Ï Ïàðîóòâîðåííÿ 51 Ïàòîí Áîðèñ 162 Ïàòîí Єâãåí 162 Ïèòîìà òåïëîєìíіñòü ðå÷îâèíè 36 – òåïëîòà çãîðÿííÿ ïàëèâà 59 – òåïëîòà ïàðîóòâîðåííÿ ðå÷îâèíè 53 – òåïëîòà ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè 47–48 Ïëàâëåííÿ ðå÷îâèíè 45–49 Ïîëå åëåêòðè÷íå 88 Ïîòóæíіñòü åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó 144–146

Ð Ðåîñòàòè 133 Ðіâíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó 35 Ðіõìàí Ãåîðã 35, 160 Ðîáîòà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó 143 Ðîçðÿä ãàçîâèé 157 – іñêðîâèé 159 – êîðîííèé 159 – íåñàìîñòіéíèé 158 – ñàìîñòіéíèé 158 – òëіþ÷èé 158 Ðîçøèðåííÿ – òâåðäèõ òіë 8–11 – ðіäèí 12–13 – ãàçіâ 14–15

Ñ Ñâіòëîâà äіÿ ñòðóìó 111 Ñèëà Àìïåðà 115

190

Ñèëà åëåêòðè÷íà 115–118 Ñèëà ñòðóìó 115 Ñîíÿ÷íі áàòàðåї 105

Ò Òåìïåðàòóðà êèïіííÿ 51 – êîíäåíñàöії 52 – êðèñòàëіçàöії 45 – ïëàâëåííÿ 45 – òіëà 6 Òåïëîâà äіÿ ñòðóìó 110 Òåïëîâèé áàëàíñ 34–35 Òåïëîâèé ðóõ 5 Òåïëîіçîëÿòîð 23 Òåïëîîáìіí 21 Òåïëîïðîâіäíіñòü 22 Òåðìîìåòð 6 Òåðìîñêîï Ãàëіëåÿ 6 Òåðåçè êðóòèëüíі 92 Òóðáіíà ãàçîâà 65 – ïàðîâà 65

Ô Ôàðåíãåéò Ãàáðіåëü 7 Ôðàíêëіí Áåíäæàìіí 87, 160

Õ Õіìі÷íà äіÿ ñòðóìó 111

Ø Øêàëà Ðåîìþðà 7 – Ôàðåíãåéòà 7 – Öåëüñіÿ 7

ß ßáëî÷êîâ Ïàâëî 149 ßêîáі Áîðèñ 156