Решение: Изменение тока в термоэлементе
Статья к заданиюТермоэлементы
Прочитайте текст и выполните задания.
Термоэлементы
Рассмотрим цепь, составленную из проводников, изготовленных из разных металлов (см. рисунок 1). Если места спаев металлов находятся при одной температуре, то тока в цепи не наблюдается. Положение станет совершенно иным, если нагреть какой-нибудь из спаев, например спай a.
В этом случае гальванометр покажет наличие в цепи электрического тока, протекающего всё время, пока существует разность температур между спаями a и b.
Рисунок 1. Цепь, состоящая из железного и двух медных проводников и гальванометра
Значение силы тока, протекающего в цепи, приблизительно пропорционально разности температур спаев. Направление тока зависит от того, какой из спаев находится при более высокой температуре. Если спай a не нагревать, а охлаждать (поместить, например, в сухой лёд), то ток потечёт в обратном направлении.
Описанное явление было открыто в 1821 г. немецким физиком Зеебеком и получило название термоэлектричества; комбинация проводников из разных металлов, образующих замкнутую цепь, называется термоэлементом. Важная область применения металлических термоэлементов – их использование для измерения температуры.
Используя материал «Термоэлементы» и рисунок 1, ответьте: спай $a$ помещают в сухой лёд при температуре $-78{,}5\ ^\circ\mathrm{C}$, а спай $b$ оставляют при комнатной температуре. Как изменится электрический ток по сравнению с ситуацией, рассмотренной в тексте? Ответ поясните. Известно, что в нижней части пламени спиртовки температура примерно равна $350\ ^\circ\mathrm{C}$, а максимальная температура в $900\ ^\circ\mathrm{C}$ достигается в верхней части пламени.
Решение по шагам
4 шагаВ ситуации, описанной в материале, спай $a$ нагрет пламенем до температуры от $350\ ^\circ\mathrm{C}$ до $900\ ^\circ\mathrm{C}$, а спай $b$ находится при комнатной температуре. Поэтому спай $a$ горячее спая $b$.
После помещения спая $a$ в сухой лёд его температура становится равной $-78{,}5\ ^\circ\mathrm{C}$, тогда как спай $b$ остаётся при комнатной температуре. Теперь спай $a$ холоднее спая $b$.
Разность температур спаев в новом случае меньше, чем при нагревании спая $a$ пламенем, поэтому сила тока уменьшится по модулю.
$$I \sim \left|T_a-T_b\right|$$Поскольку более горячим теперь является спай $b$, а не спай $a$, направление электрического тока изменится на противоположное.
Сила тока уменьшится по модулю и изменит направление на противоположное, поскольку спай $a$ из горячего становится холодным относительно спая $b$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Указать только изменение силы тока и не указать изменение направления.
Считать, что ток исчезнет, хотя температуры спаев остаются различными.
Сравнить температуры спаев, но не связать разность температур с силой тока.