Электрические… — Задание 5 Физика 8 Класс №00050330
Электрические Явления
№2. Задание 5
ID: 00050330
Клеточная мембрана — это молекулярная структура, состоящая из белков и жиров. Основная функция мембраны — «барьерная» — отделять содержимое живой клетки от внешней среды, обеспечивать целостность клетки.

Известно, что при небольших напряжениях, приложенных к мембране, она ведёт себя как резистор и подчиняется закону Ома. При слишком больших напряжениях мембрана перестаёт подчиняться закону Ома: при увеличении напряжения ток резко возрастает, и мембрана разрушается.
1) Рассчитайте сопротивление мембраны исходя из следующих оценок её параметров:
— средняя толщина мембраны составляет $8\cdot10^{-9}\text{ м}$;
— удельное сопротивление мембраны равно $10^7\text{ Ом}\cdot\text{м}$;
— площадь поверхности мембраны примерно равна $1{,}6\cdot10^{-12}\text{ м}^2$.
2) Рассчитайте силу тока, проходящего через стенку мембраны, к которой приложено напряжение $40\text{ мВ}$. Считайте, что при таком напряжении закон Ома выполняется. Ответ выразите в пикоамперах ($1\text{ пА}=10^{-12}\text{ А}$).
3) При растяжении мембраны под действием осмотического давления происходит увеличение площади её поверхности. Мембрана при этом становится тоньше. Во сколько раз изменится сила тока, текущего через мембрану, если площадь поверхности мембраны увеличится на $10\%$? Считайте, что объём мембраны и приложенное к ней напряжение остаются неизменными.
Источник: ВПР 2022
Решение
Мембрана — очень тонкая стенка, и ток идёт сквозь неё поперёк. Поэтому роль длины проводника здесь играет толщина мембраны. Числа в задаче совсем маленькие и очень большие, так что следи за степенями десяти.
Вопрос 1. Сопротивление проводника через удельное сопротивление:
$$R=\rho\dfrac{d}{S}$$
Здесь $d$ — это толщина, а $S$ — площадь. Сначала верх дроби:
$$\rho d=10^7\cdot8\cdot10^{-9}=8\cdot10^{-2}$$
Теперь делим на площадь, показатели степени при этом вычитаются:
$$R=\dfrac{8\cdot10^{-2}}{1{,}6\cdot10^{-12}}=5\cdot10^{10}\text{ Ом}$$
Вопрос 2. Переведём напряжение: $40\text{ мВ}=0{,}04\text{ В}$. По условию при таком напряжении закон Ома выполняется:
$$I=\dfrac{U}{R}=\dfrac{0{,}04}{5\cdot10^{10}}=8\cdot10^{-13}\text{ А}$$
В пикоамперах: $8\cdot10^{-13}=0{,}8\cdot10^{-12}$, то есть:
$$I=0{,}8\text{ пА}$$
Вопрос 3. Объём стенки равен $V=Sd$, и он не меняется. Площадь стала в $1{,}1$ раза больше, значит, толщина стала в $1{,}1$ раза меньше. Подумай, что делает каждое изменение в формуле $R=\rho\dfrac{d}{S}$: верх уменьшился в $1{,}1$ раза и низ вырос в $1{,}1$ раза. Оба уменьшают сопротивление:
$$\dfrac{R}{R'}=1{,}1\cdot1{,}1=1{,}21$$
Напряжение прежнее, поэтому ток растёт во столько же раз, во сколько падает сопротивление. Ток увеличится в $1{,}21$ раза.
Пересчитаем прямо числами. Новая площадь $1{,}76\cdot10^{-12}\text{ м}^2$, новая толщина $\dfrac{8}{1{,}1}\cdot10^{-9}\approx7{,}27\cdot10^{-9}\text{ м}$. Тогда $R'\approx4{,}13\cdot10^{10}$ Ом, и $5:4{,}13\approx1{,}21$.
Ответ
Другие задания по теме «Электрические Явления» (8)
- Задание 5 №00049648 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049647 — Клеточная мембрана — это молекулярная структура, состоящая из белков и жиров.…
- Задание 5 №00049578 — В электрическом чайнике мощностью 700Вт можно за 20 минут вскипятить 1,5 литра…
- Задание 5 №00049577 — На уроке физики при выполнении лабораторной работы ученик исследовал две тонкие…
- Задание 5 №00049576 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049575 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049574 — В электрическом чайнике мощностью 800Вт можно за 15 минут вскипятить 1,5 литра…
- Задание 5 №00049573 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…