1. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников, их закономерности. 2. Фотоэффект, законы Столетова для внешнего фотоэффекта. Уравнения Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта. 3. Задача: На баллоне электрической лампы написано 220 В, 100 Вт. Для измерения сопротивления нити накала в холодном состоянии на лампу подали напряжение 2В, при этом сила тока была 54 мА. Найти приблизительно температуру накала вольфрамовой нити.

1. Электрические цепи

Последовательное соединение:

• Сопротивление: \( R_{общ} = R_1 + R_2 + ... + R_n \)
• Сила тока: \( I = I_1 = I_2 = ... = I_n \)
• Напряжение: \( U = U_1 + U_2 + ... + U_n \)

Параллельное соединение:

• Сопротивление: \( \frac{1}{R_{общ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... + \frac{1}{R_n} \)
• Сила тока: \( I = I_1 + I_2 + ... + I_n \)
• Напряжение: \( U = U_1 = U_2 = ... = U_n \)

2. Фотоэффект

Законы Столетова:

1. Число фотоэлектронов, вырываемых светом с поверхности металла, прямо пропорционально интенсивности падающего света.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, но зависит от его частоты и материала катода.
3. Для каждого вещества существует минимальная частота \( \nu_0 \) (красная граница фотоэффекта), при которой фотоэффект начинается.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

\[ h\nu = A_{вых} + E_{k.max} \]

где \( h \) — постоянная Планка, \( \nu \) — частота света, \( A_{вых} \) — работа выхода, \( E_{k.max} \) — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Применение фотоэффекта: Фотоэлементы (используются в автоматике, сигнализации, телевидении), фотоумножители.

3. Задача

Дано:

• Номинальная мощность лампы: \( P_{ном} = 100 \) Вт
• Номинальное напряжение: \( U_{ном} = 220 \) В
• Напряжение в холодном состоянии: \( U_{хол} = 2 \) В
• Ток в холодном состоянии: \( I_{хол} = 54 \) мА = \( 54 \times 10^{-3} \) А

Найти:

• Температуру накала \( T \)

Решение:

1. Найдем сопротивление нити в горячем состоянии (по номинальным данным):

\[ R_{ном} = \frac{U_{ном}^2}{P_{ном}} = \frac{(220 \text{ В})^2}{100 \text{ Вт}} = \frac{48400}{100} = 484 \text{ Ом} \]

2. Найдем сопротивление нити в холодном состоянии:

\[ R_{хол} = \frac{U_{хол}}{I_{хол}} = \frac{2 \text{ В}}{54 \times 10^{-3} \text{ А}} = \frac{2}{0.054} ≈ 37.04 \text{ Ом} \]

3. Температура нити накала пропорциональна сопротивлению. Для приближенной оценки можем использовать зависимость \( R = R_0 (1 + \alpha (T - T_0)) \), где \( R_0 \) — сопротивление при \( T_0 = 293 \) К (комнатная температура), \( \alpha \) — температурный коэффициент сопротивления.

Примем \( R_0 \) ≈ \( R_{хол} \) = 37.04 Ом, \( T_0 = 293 \) К. Для вольфрама \( \alpha \approx 4.5 \times 10^{-3} \text{ К}^{-1} \).

\( R_{ном} = R_{хол} (1 + \alpha (T - T_0)) \)

\[ 484 = 37.04 (1 + 4.5 \times 10^{-3} (T - 293)) \]

\[ \frac{484}{37.04} = 1 + 4.5 \times 10^{-3} (T - 293) \]

\[ 13.07 = 1 + 4.5 \times 10^{-3} (T - 293) \]

\[ 12.07 = 4.5 \times 10^{-3} (T - 293) \]

\[ T - 293 = \frac{12.07}{4.5 \times 10^{-3}} \approx 2682 \text{ К} \]

\[ T \approx 2682 + 293 \approx 2975 \text{ К} \]

Ответ: Приблизительная температура накала вольфрамовой нити составляет около 2975 К.