Номер 5, страница 172 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

5. Что понимают под полезной работой электрического тока? полной работой источника тока?

Полезная работа электрического тока

Под полезной работой электрического тока, обозначаемой как $A_{\text{полезная}}$, понимают работу, совершаемую электрическим полем на внешнем участке электрической цепи. Эта работа представляет собой энергию, которая передается от источника тока потребителям (нагрузке) и преобразуется в них в другие виды энергии: тепловую (в нагревательных приборах), световую (в лампах), механическую (в электродвигателях) и т.д.

Полезная работа может быть вычислена по нескольким формулам:
1. Через напряжение на внешнем участке цепи $U$, силу тока $I$ и время $t$:
$A_{\text{полезная}} = UIt$
2. Используя закон Ома для участка цепи ($U = IR$, где $R$ — сопротивление внешней цепи), можно выразить полезную работу через силу тока или напряжение:
$A_{\text{полезная}} = I^2 R t$
$A_{\text{полезная}} = \frac{U^2}{R} t$

Таким образом, полезная работа — это энергия, потребляемая внешней цепью.

Ответ: Полезная работа электрического тока — это работа, совершаемая на внешнем участке цепи, то есть энергия, отдаваемая источником во внешнюю цепь и преобразуемая в другие виды энергии в потребителях.

Полная работа источника тока

Под полной работой источника тока, обозначаемой как $A_{\text{полная}}$, понимают работу, совершаемую сторонними силами внутри источника по перемещению электрических зарядов по всей замкнутой цепи. Эта работа равна сумме работ, совершаемых на внешнем и на внутреннем участках цепи.

Сторонние силы (например, химические процессы в батарейке) совершают работу против сил электрического поля, разделяя заряды и создавая разность потенциалов, то есть электродвижущую силу (ЭДС, $\mathcal{E}$). Полная работа источника определяется именно его ЭДС:
$A_{\text{полная}} = \mathcal{E} I t$

Согласно закону сохранения энергии, полная работа источника расходуется на:
1. Полезную работу $A_{\text{полезная}}$ на внешнем участке цепи с сопротивлением $R$.
2. Работу на внутреннем участке цепи, которая идет на нагрев самого источника тока, обладающего внутренним сопротивлением $r$. Эту работу можно рассчитать как $A_{\text{внутренняя}} = I^2 r t$.

Следовательно, полная работа равна:
$A_{\text{полная}} = A_{\text{полезная}} + A_{\text{внутренняя}} = I^2 R t + I^2 r t = I^2(R+r)t$
Это соответствует закону Ома для полной цепи $\mathcal{E} = I(R+r)$, подставив который в формулу $A_{\text{полная}} = \mathcal{E}It$, мы получим то же самое выражение.

Ответ: Полная работа источника тока — это работа сторонних сил по перемещению зарядов по всей замкнутой цепи (внешнему и внутреннему участкам), численно равная произведению ЭДС источника, силы тока в цепи и времени.