Определение предмета и раздела
Это задание относится к физике, а конкретно к разделу электродинамики, подраздел удельное электрическое сопротивление материалов.
Теоретическая справка
Удельное электрическое сопротивление (\(\rho\)) — это физическая характеристика вещества, показывающая его способность препятствовать протеканию электрического тока.
Формула для удельного сопротивления:
\[ \rho = R \cdot \frac{S}{L} \]
где:
- \(\rho\) – удельное сопротивление (Ом·м),
- \(R\) – сопротивление проводника,
- \(S\) – площадь поперечного сечения (м²),
- \(L\) – длина проводника (м).
Значения удельного сопротивления зависят от материала, его состояния (твердое, жидкое и т.д.), а также от внешних условий (температура, давление).
Решение
Для требуемых веществ — свинца, слюды, воды и раствора сульфата меди — удельное сопротивление при нормальных условиях (20 °C, 760 мм рт. ст.) можно найти в таблицах справочников.
Удельное электрическое сопротивление для каждого вещества:
- Свинец (\(\text{Pb}\)):
- Твердый металл с высокой электропроводностью, но хуже, чем, например, у меди.
- Удельное сопротивление \(\rho_{\text{свинец}} = 2.2 \cdot 10^{-7} \, \Omega \cdot \text{м}\).
- Слюда:
- Диэлектрик (изолятор), имеет чрезвычайно высокое сопротивление.
- Удельное сопротивление \(\rho_{\text{слюда}} \sim 10^{15} \, \Omega \cdot \text{м}\).
- Вода (\(\text{H}_2\text{O}\)):
- Чистая дистиллированная вода — плохой проводник, почти изолятор.
- Удельное сопротивление \(\rho_{\text{вода}} \sim 2.5 \cdot 10^{5} \, \Omega \cdot \text{м}\).
- Раствор сульфата меди (\(\text{CuSO}_4\)):
- Водный раствор — хороший проводник из-за присутствия свободных ионов.
- Удельное сопротивление зависит от концентрации раствора. Для 1М раствора \(\rho_{\text{CuSO}_4} \sim 2 \cdot 10^{-1} \, \Omega \cdot \text{м}\).
Итоговые значения
| Материал |
Удельное сопротивление, \(\rho\) (\(\Omega \cdot \text{м}\)) |
| Свинец (\(\text{Pb}\)) |
\(2.2 \cdot 10^{-7}\) |
| Слюда |
\(10^{15}\) |
| Вода (\(\text{H}_2\text{O}\)) |
\(2.5 \cdot 10^{5}\) |
| Раствор сульфата меди (\(\text{CuSO}_4\)) |
\(2 \cdot 10^{-1}\) |
Пояснение
- Свинец имеет низкое сопротивление, так как это металл, который хорошо проводит электрический ток.
- Слюда используется как изолирующий материал в электротехнике, так как она имеет крайне высокое сопротивление.
- Чистая вода изолирует, но в природе вода обычно содержит соли, что сильно снижает сопротивление.
- Раствор сульфата меди содержит ионы, которые переносят заряд, поэтому он проводит ток гораздо лучше, чем чистая вода.