на электрон, находящийся в электрическом поле, действует электрическая сила \( модуль которой мы определим таким образом:
\[f = ee\]
здесь \(e\) — модуль заряда электрона (элементарный заряд), равный 1,6·10-19 кл. напряженность поля между пластинами \(e\) связана с напряжением \(u\) и расстоянием между пластинами \(d\) следующей формулой:
\[e = \frac{u}{d}\]
тогда имеем:
\[f = \frac{{ue}}{d}\]
работу электрического поля \(a\) по перемещению заряда на расстояние \(s\) найдём так:
\[a = fs\]
\[a = \frac{{ues}}{d}\; \; \; \; (
также работу поля можно определить как изменение кинетической энергии электрона. так как = то:
\[a = \frac{{{m_e}{\upsilon ^2}}}{2}\; \; \; \; (
здесь \(m_e\) — масса электрона, равная 9,1·10-31 кг. теперь приравняем (1) и (2), тогда получим:
{{{m_e}{\upsilon ^2}}}{2} = \frac{{ues}}{d}\]
нам осталось только выразить искомую скорость ):
= \sqrt {\frac{{2ues}}{{{m_e}d}}} \]
произведём вычисления:
= \sqrt {\frac{{2 \cdot 120 \cdot 1,6 \cdot {{10}^{ — 19}} \cdot 0,003}}{{9,1 \cdot {{10}^{ — 31}} \cdot 0,02}}} = 2,52 \cdot {10^6}\; м/с = 2520\; км/с\]
Определим, для начала, величину одинаковых сопротивлений.
Так как минимальный ток в цепи, при постоянном напряжении, будет зафиксирован, согласно закону Ома, при максимальном сопротивлении этой цепи, то, очевидно, значение тока I(min) = 0,625 A соответствует последовательному соединению всех трех сопротивлений с нагрузкой.
Тогда: U = I · (3R + Rh) = I · (2R + 30)
2R = U/I - 30 = 30 : 0,625 - 30 = 18
R = 9 (Ом)
Сопротивление нагревателя, таким образом:
Rh = 30 - 9 = 21 (Ом)
------------------------------------
Максимальное показание вольтметра будет при величине сопротивления группы резисторов R, стремящейся к нулю. Из всех типов соединений данной группы одинаковых резисторов, минимальное сопротивление группы будет при их параллельном соединении:
R' = R/3 = 9 : 3 = 3 (Ом)
В этом случае имеем два резистора, соединенных последовательно, сопротивлением 3 Ом и 21 Ом, соответственно.
Ток в цепи: I(max) = U : (R' + Rh) = 30 : 24 = 1,25 (A)
Напряжение на нагревателе (показание вольтметра):
U(max) = I(max) · Rh = 1,25 · 21 = 26,25 (B)
---------------------
Минимальное показание вольтметра будет при величине сопротивления группы резисторов R, стремящейся к бесконечности. Из всех типов соединений данной группы одинаковых резисторов, максимальное сопротивление группы будет при их последовательном соединении:
R'' = 3R = 3·9 = 27 (Ом)
В этом случае имеем два резистора, соединенных последовательно, сопротивлением 27 Ом и 21 Ом, соответственно.
Ток в цепи: I(min) = U : (R'' + Rh) = 30 : 48 = 0,625 (A)
Напряжение на нагревателе (показание вольтметра):
U(min) = I(min) · Rh = 0,625 · 21 = 13,125 (B)
----------------------------
Минимальный интервал времени для нагрева воды будет при максимальном токе в нагревателе.
Количество теплоты, необходимое для нагрева 5 л (5 кг) воды:
Q = cm(t₂ - t₁) = 4200·5·90 = 1,89·10⁶ (Дж)
Количество теплоты, образованное при прохождении максимального тока через нагреватель (закон Джоуля-Ленца):
Учитывая 1 ч. = 3600 с, получим:
t = 57600 : 3600 = 16 (ч)
