Номер 12, страница 151, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VIII. Постоянный электрический ток. Параграф 41. Работа и мощность тока - номер 12, страница 151.

Условие.

12. Нагревательный элемент электрочайника сильно нагревается, а последовательно соединённые с ним провода имеют при этом температуру, близкую к комнатной. Какой вывод отсюда можно сделать о соотношении сопротивлений нагревательного элемента и проводов?

Решение 2.

Решение

Нагревательный элемент электрочайника и соединительные провода соединены последовательно. Главной особенностью последовательного соединения является то, что сила тока $\text{I}$ во всех элементах цепи одинакова.

Количество теплоты $\text{Q}$, которое выделяется в проводнике при прохождении через него электрического тока, описывается законом Джоуля-Ленца:

$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

где $\text{I}$ — сила тока, $\text{R}$ — сопротивление проводника, а $\text{t}$ — время прохождения тока.

Так как сила тока $\text{I}$ и время его прохождения $\text{t}$ для нагревательного элемента и для проводов одинаковы, то количество выделяемой в них теплоты прямо пропорционально их электрическому сопротивлению: $Q \propto R$.

Из условия задачи мы знаем, что нагревательный элемент сильно нагревается, а провода сохраняют температуру, близкую к комнатной. Это означает, что количество теплоты, выделяемое в нагревательном элементе ($Q_{н}$), значительно превышает количество теплоты, выделяемое в проводах ($Q_{п}$):

$Q_{н} \gg Q_{п}$

Исходя из прямой пропорциональности между теплотой и сопротивлением, мы можем сделать вывод о соотношении их сопротивлений. Если $Q_{н} \gg Q_{п}$, то и сопротивление нагревательного элемента ($R_{н}$) должно быть значительно больше сопротивления проводов ($R_{п}$):

$R_{н} \gg R_{п}$

Именно поэтому для изготовления нагревательных элементов используют материалы с высоким удельным сопротивлением (например, сплав нихром), а для соединительных проводов — материалы с очень низким удельным сопротивлением (например, медь).

Ответ: Сопротивление нагревательного элемента электрочайника намного больше, чем сопротивление соединительных проводов.