Відповідність між явищами, законами і приладами

У завданнях на відповідність тобі пропонуватимуть зіставити назву приладу з фізичним явищем, яке лежить в основі його роботи. Щоб упоратися швидко, треба знати кілька ключових груп.

Електромагнітна індукція

Явище виникнення індукційного струму в замкненому контурі за зміни магнітного потоку крізь нього називають електромагнітною індукцією. На ньому працюють:

• генератор змінного струму — обертання рамки в магнітному полі створює змінну ЕРС індукції;

• трансформатор — змінний струм в одній котушці наводить ЕРС в іншій через спільне осердя;

• індукційна плита — змінне магнітне поле котушки наводить вихрові струми в металевому посуді;

• мікрофон із котушкою — звукові коливання мембрани рухають котушку в магнітному полі, і виникає індукційний струм.

Дія магнітного поля на струм (сила Ампера)

На провідник зі струмом у магнітному полі діє сила Ампера. Це явище використовують у:

• електродвигуні — сила Ампера обертає рамку зі струмом у магнітному полі;

• стрілочному електровимірювальному приладі (амперметрі, вольтметрі) — струм у котушці взаємодіє з полем постійного магніту й відхиляє стрілку.

Фотоефект

Виривання електронів із речовини під дією світла — зовнішній фотоефект. Утворення вільних носіїв заряду всередині напівпровідника під дією світла — внутрішній фотоефект. На фотоефекті ґрунтуються:

• вакуумний фотоелемент — світло вириває електрони з катода (зовнішній фотоефект), і в колі виникає струм;

• напівпровідниковий фотоелемент і сонячна батарея — світло створює пари «електрон — дірка» в p–n переході, і виникає напруга (внутрішній фотоефект);

• датчик освітлення — зміна освітленості змінює струм фотоелемента або опір фоторезистора.

Напівпровідникові прилади

Опір напівпровідників сильно залежить від зовнішніх умов:

• терморезистор — опір зменшується з підвищенням температури (від'ємний температурний коефіцієнт); використовують у термометрах і системах захисту від перегріву;

• фоторезистор — опір зменшується зі збільшенням освітлення; застосовують у датчиках світла;

• напівпровідниковий діод — має односторонню провідність завдяки p–n переходу; пропускає струм тільки в одному напрямку (випрямляє змінний струм).

Гідро- й аеростатика

• закон Паскаля — тиск у рідині або газі передається в усі напрямки без змін; на ньому працює гідравлічний прес;

• сполучені посудини — однорідна рідина встановлюється на однаковому рівні; застосовують у шлюзах і водопроводі;

• закон Архімеда — на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила; на ньому ґрунтуються ареометр (вимірювання густини) і плавання суден;

• атмосферний тиск — барометр-анероїд вимірює тиск за деформацією герметичної металевої коробки.

Теплові вимірювання й механіка

• психрометр — визначає вологість повітря за різницею показів сухого й вологого термометрів (випаровування води охолоджує вологий термометр);

• калориметр — прилад для вимірювання кількості теплоти (теплообмін між тілами в теплоізольованій посудині);

• динамометр — вимірює силу за деформацією пружини; ґрунтується на законі Гука (F = kx).

Запам'ятай ці пари — зіставлення приладу з явищем, на якому ґрунтується його дія, може трапитися в завданнях на відповідність (у демоваріанті 2026 року — завдання № 16 про напівпровідникові прилади).

У завданнях на відповідність можуть попросити зіставити прізвище вченого з його відкриттям або дослідом. Нижче — перелік ключових імен за програмою НМТ.

Електродинаміка

Атомна й квантова фізика

Механіка, гідро- й аеростатика, молекулярна фізика

Газові закони

Зверни увагу: у довідкових матеріалах НМТ цих імен немає — їх треба знати напам'ять.

Електромагнітні хвилі охоплюють величезний діапазон частот і довжин хвиль. Їхня шкала — це послідовність діапазонів, упорядкованих за довжиною хвилі. Усі вони мають спільну природу й поширюються у вакуумі зі швидкістю c ≈ 3·10⁸ м/с.

Порядок діапазонів

За зменшенням довжини хвилі (і відповідно зростанням частоти й енергії фотона) діапазони розташовуються так:

• радіохвилі (λ > 1 мм)

• мікрохвилі (приблизно 1 мм < λ < 1 м; найкоротші радіохвилі, НВЧ-діапазон)

• інфрачервоне випромінювання (ІЧ)

• видиме світло

• ультрафіолетове випромінювання (УФ)

• рентгенівське випромінювання

• γ-випромінювання (найкоротші хвилі)

Запам'ятати порядок допомагає мнемонічне правило: «Рак Місяць Іде Вити У Рів Гамівно» — перші літери відповідають діапазонам від радіохвиль до γ-випромінювання.

Застосування діапазонів

Що треба знати для НМТ

Шкалу електромагнітних хвиль не подають у довідкових матеріалах тесту — її потрібно знати напам'ять. У завданнях на відповідність тобі можуть запропонувати зіставити діапазон із його властивістю (наприклад, «найбільша довжина хвилі» → радіохвилі) або застосуванням («використовують у тепловізорах» → ІЧ).

Важливо: частота й енергія фотона зростають у міру переходу від радіохвиль до γ-випромінювання. Довжина хвилі, навпаки, зменшується. Це обернено пропорційна залежність: λ = c / ν.

Носії електричного струму залежать від середовища, у якому він протікає. Це окрема тема для логічних пар: тобі можуть запропонувати зіставити середовище з носіями заряду або з типовим явищем.

Метали

У металах струм створюють вільні електрони — вони не прив'язані до окремих атомів і можуть рухатися по всьому об'єму провідника. Опір металу зростає з підвищенням температури: теплові коливання йонів кристалічної ґратки частіше розсіюють електрони, тому напрямлений рух ускладнюється.

Електроліти

В електролітах (розчинах і розплавах солей, кислот, лугів) носіями струму є йони — додатні та від'ємні. Під час проходження струму на електродах виділяються речовини — це явище електролізу описують закони Фарадея. На електролізі ґрунтуються гальваностегія — нанесення тонких металевих покриттів (нікелювання, хромування, сріблення) — і гальванопластика — отримання точних металевих копій рельєфних предметів.

Гази

У газах носії струму — йони й електрони, які з'являються внаслідок іонізації. Розрізняють несамостійний розряд (існує, поки діє зовнішній іонізатор) і самостійний розряд (підтримується без зовнішнього впливу). Приклади самостійного розряду — блискавка, електрична дуга, іскра.

Вакуум

У вакуумі немає вільних носіїв, тому струм можливий лише тоді, коли електрони вилітають із нагрітого катода — це термоелектронна емісія. На ній працюють вакуумний діод та електронно-променева трубка.

Напівпровідники

У напівпровідниках носії — електрони й дірки. Власна провідність виникає за рахунок генерації пар «електрон — дірка», а домішкова — завдяки донорним (n-тип, основні носії — електрони) або акцепторним (p-тип, основні носії — дірки) домішкам. На відміну від металів, опір напівпровідника з підвищенням температури зменшується: теплова енергія створює більше вільних носіїв.

Опорна таблиця

Ця таблиця — твій швидкий орієнтир: спершу визнач середовище, потім згадай носії, а далі — явище чи прилад, які з ними пов'язані.

Розв'яжемо кілька типових завдань на встановлення відповідності (логічні пари). Стратегія проста: спершу зістав очевидні пари, а решту заповни виключенням.

Приклад 1. Прилад — явище

Установи відповідність між приладом (1–3) і фізичним явищем, на якому ґрунтується його дія (А–Д).

1 трансформатор

2 електродвигун

3 фотоелемент

А електромагнітна індукція

Б дія магнітного поля на провідник зі струмом (сила Ампера)

В фотоефект

Г самоіндукція

Д теплова дія струму

Розв'язання:

• Трансформатор працює на явищі електромагнітної індукції: змінний струм у первинній обмотці створює змінний магнітний потік в осерді, який наводить ЕРС у вторинній обмотці. Отже, 1 → А.

• Електродвигун використовує силу Ампера: на рамку зі струмом у магнітному полі діє обертальний момент. Отже, 2 → Б.

• Фотоелемент перетворює світло на електричний струм завдяки фотоефекту — вириванню електронів під дією світла. Отже, 3 → В.

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В. Варіанти Г (самоіндукція) і Д (теплова дія струму) — зайві.

Чому не Г? Самоіндукція — окремий випадок електромагнітної індукції, коли зміна струму в котушці наводить ЕРС у тій самій котушці. Трансформатор використовує взаємну індукцію (дві котушки), тому правильна загальна назва — електромагнітна індукція.

Приклад 2. Учений — відкриття

Установи відповідність між ученим (1–3) і його відкриттям (А–Д).

1 Ерстед

2 Фарадей

3 Столєтов

А електромагнітна індукція

Б магнітна дія струму

В закони фотоефекту

Г тиск світла

Д взаємодія паралельних струмів

Розв'язання:

• Ерстед відкрив, що електричний струм створює магнітне поле (стрілка компаса відхиляється біля проводу). Отже, 1 → Б.

• Фарадей відкрив електромагнітну індукцію — виникнення струму в замкненому контурі за зміни магнітного потоку. Отже, 2 → А.

• Столєтов дослідив закони зовнішнього фотоефекту. Отже, 3 → В.

Відповідь: 1–Б, 2–А, 3–В. Варіанти Г (тиск світла — Лебедєв) і Д (взаємодія струмів — Ампер) — зайві.

Приклад 3. Діапазон ЕМ хвиль — застосування

Установи відповідність між діапазоном електромагнітного випромінювання (1–3) і його застосуванням (А–Д).

1 рентгенівське випромінювання

2 інфрачервоне випромінювання

3 радіохвилі

А тепловізори й пульти дистанційного керування

Б медична діагностика (рентгенографія)

В знезараження води й повітря

Г радіозв'язок і телебачення

Д мікрохвильова піч

Розв'язання:

• Рентгенівське випромінювання проникає крізь м'які тканини, тому його використовують у медичній діагностиці. Отже, 1 → Б.

• Інфрачервоне випромінювання — теплове; його випромінюють нагріті тіла, тому його вловлюють тепловізори, а пульти використовують ІЧ-світлодіоди. Отже, 2 → А.

• Радіохвилі забезпечують радіозв'язок і телебачення. Отже, 3 → Г.

Відповідь: 1–Б, 2–А, 3–Г. Варіанти В (знезараження — УФ) і Д (мікрохвильова піч — мікрохвилі) — зайві.

Приклад 4. Середовище — носії струму

Установи відповідність між середовищем (1–3) і носіями електричного струму в ньому (А–Д).

1 метал

2 електроліт

3 напівпровідник

А вільні електрони

Б додатні й від'ємні йони

В електрони й дірки

Г електрони, що вилітають із нагрітого катода

Д йони й електрони

Розв'язання:

• У металах носії — вільні електрони. Отже, 1 → А.

• В електролітах носії — додатні й від'ємні йони. Отже, 2 → Б.

• У напівпровідниках носії — електрони й дірки. Отже, 3 → В.

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В. Варіанти Г (вакуум, термоелектронна емісія) і Д (гази) — зайві.

Розробники НМТ часто вставляють у завдання на відповідність варіанти, які здаються правильними через схожість слів, але насправді не відповідають фізичному змісту. Ось найпоширеніші пастки.

• Вибирати варіант за схожістю слів, а не за фізичним змістом. Наприклад, у завданні «прилад — явище» варіант «самоіндукція» містить слово «індукція», тому деякі учні обирають його для трансформатора. Але трансформатор працює на взаємній індукції, а самоіндукція — це інше явище (ЕРС у тій самій котушці). Завжди перевіряй фізичну суть, а не співзвучність.

• Плутати електромагнітну індукцію (генератор, трансформатор) з дією магнітного поля на струм (двигун). Запам'ятай: генератор перетворює механічну енергію на електричну (індукція), а двигун — електричну на механічну (сила Ампера). Це протилежні процеси.

• Плутати порядок шкали електромагнітних хвиль. Найпоширеніша помилка — вважати, що γ-випромінювання має більшу довжину хвилі, ніж радіохвилі. Насправді все навпаки: γ-випромінювання має найменшу довжину хвилі й найбільшу частоту. Використовуй мнемоніку «Рак Місяць Іде Вити У Рів Гамівно».

• Плутати камеру Вільсона й бульбашкову камеру та прилади реєстрації частинок. Камера Вільсона фіксує треки заряджених частинок у переохолодженій парі, а бульбашкова камера — у перегрітій рідині. Хоча ці прилади рідко трапляються в логічних парах, їх варто розрізняти.

• Не використовувати виключення: залишати рядок порожнім. Якщо ти не знаєш одну пару, не панікуй. Спочатку зістав очевидні варіанти (наприклад, фотоелемент — фотоефект). Тоді з решти варіантів методом виключення знайдеш правильну відповідь. Навіть одна правильна пара вже дає 1 бал.

Завдання на встановлення відповідності (логічні пари) у НМТ з фізики мають номери 15–16. Формат однаковий: три елементи лівої колонки (1–3) треба зіставити з п'ятьма варіантами правої колонки (А–Д). Дві букви завжди зайві. За кожну правильно встановлену пару дають 1 бал, тобто максимум 3 бали за завдання.

У демонстраційному варіанті НМТ 2026 року завдання 16 (тема 3.3) перевіряло знання напівпровідникових приладів і фізичної основи їхньої дії. Отже, тема «прилад — явище» може з'явитися в завданнях на відповідність.

Програма НМТ називає конкретні практичні застосування, які треба знати: психрометр, калориметр, фоторезистор, діод. Також у програмі перелічені досліди Ерстеда, Ампера, Фарадея, Столєтова, Лебедєва. Жодної з цих назв немає в довідкових матеріалах тесту — їх доведеться пам'ятати.

Стратегія виконання

• Спершу зістав очевидні пари — ті, у яких ти впевнений на 100 %. Наприклад, фотоелемент — фотоефект, Ерстед — магнітна дія струму, радіохвилі — радіозв'язок.

• Решту заповни методом виключення: серед варіантів, що лишилися, обирай той, який підходить за змістом, а не за схожістю слів.

• Не залишай рядок порожнім — навіть одна правильна пара вже дає 1 бал.

• Пам'ятай: у правій колонці завжди дві зайві відповіді, тому не намагайся використати всі п'ять.

• Прилад — явище: генератор, трансформатор, індукційна плита → електромагнітна індукція; електродвигун, стрілочний прилад → сила Ампера; фотоелемент, сонячна батарея → фотоефект; терморезистор → залежність опору від температури; фоторезистор → залежність опору від освітлення; діод → одностороння провідність p–n переходу.

• Вчений — відкриття за програмою: Ерстед — магнітна дія струму; Ампер — взаємодія струмів; Фарадей — електромагнітна індукція; Столєтов — закони фотоефекту; Лебедєв — тиск світла; Резерфорд — ядерна модель атома; Торрічеллі — атмосферний тиск; Паскаль — закон Паскаля; Архімед — виштовхувальна сила; Кулон — закон Кулона; Кавендиш — гравітаційна стала; Бор — квантові постулати; Галілей — вільне падіння; Бойль-Маріотт — ізотерма; Шарль — ізохора; Гей-Люссак — ізобара.

• Шкала ЕМ хвиль: від радіохвиль до γ-випромінювання довжина хвилі зменшується, а частота й енергія фотона зростають. Мнемоніка: «Рак Місяць Іде Вити У Рів Гамівно». Шкалу не дають у довідці НМТ.

• Середовище — носії струму — явище: метали → вільні електрони (опір зростає з T); електроліти → йони (електроліз); гази → йони й електрони (самостійний розряд); вакуум → електрони (термоелектронна емісія); напівпровідники → електрони й дірки (опір зменшується з T, p–n перехід).

• Стратегія логічних пар: спершу очевидні пари, решту — виключенням. Одна правильна пара вже дає 1 бал. Не вибирай за схожістю слів — перевіряй фізичний зміст.