Анализируйте, страница 84, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Анализируйте

Ток проходит по стальной проволоке, которая при этом слегка нагревается. Если одну часть проволоки охладить, то как изменится накал другой части? Почему?

Решение

Накал проволоки — это видимое проявление ее нагрева, который происходит за счет выделения теплоты при прохождении электрического тока. Количество выделяемой теплоты в единицу времени (мощность) определяется законом Джоуля-Ленца: $P = I^2R$, где $\text{I}$ — сила тока, а $\text{R}$ — сопротивление проводника.

Сопротивление металлов, включая сталь, зависит от температуры: при охлаждении сопротивление уменьшается. Когда мы охлаждаем часть проволоки, ее сопротивление ($R_{охл}$) становится меньше. Всю проволоку можно считать последовательным соединением двух участков: охлажденного и неохлажденного. Общее сопротивление цепи $R_{общ}$ равно их сумме: $R_{общ} = R_{охл} + R_{неохл}$. Поскольку $R_{охл}$ уменьшилось, общее сопротивление $R_{общ}$ всей проволоки также уменьшается.

Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока $\text{I}$ обратно пропорциональна общему сопротивлению ($I = \frac{U}{R_{общ}}$), при условии постоянства напряжения источника $\text{U}$. Уменьшение общего сопротивления $R_{общ}$ приведет к увеличению силы тока $\text{I}$ во всей цепи, а значит, и в неохлажденной части проволоки.

Мощность, выделяемая на неохлажденном участке, равна $P_{неохл} = I^2R_{неохл}$. Так как сила тока $\text{I}$ возросла, а сопротивление этого участка $R_{неохл}$ не изменилось, то и выделяемая на нем мощность $P_{неохл}$ увеличится. Это приведет к повышению его температуры и, как следствие, к усилению накала.

Ответ: Накал другой, неохлажденной, части проволоки увеличится. Это происходит потому, что при охлаждении одного участка его сопротивление падает, уменьшая общее сопротивление всей проволоки. В результате по закону Ома возрастает общая сила тока. Так как выделяемая мощность пропорциональна квадрату силы тока ($P = I^2R$), на неохлажденном участке с неизменным сопротивлением будет выделяться больше тепла, что и усилит его накал.