Номер 9, страница 83, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

9. Почему провода, подводящие ток к электроплитке, не нагреваются так же сильно, как спираль в плитке?

Подводящие провода и нагревательная спираль электроплитки соединены последовательно. При последовательном соединении сила тока $\text{I}$ во всех участках цепи одинакова.

Количество теплоты $\text{Q}$, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2Rt$. В этой формуле $\text{I}$ — сила тока, $\text{R}$ — сопротивление проводника, а $\text{t}$ — время прохождения тока.

Так как сила тока $\text{I}$ и время его протекания $\text{t}$ для проводов и спирали одинаковы, то количество выделяемой теплоты $\text{Q}$ будет прямо пропорционально сопротивлению $\text{R}$ участка цепи.

В свою очередь, сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров и материала: $R = \rho \frac{l}{S}$, где $\rho$ — удельное электрическое сопротивление материала, $\text{l}$ — длина проводника, $\text{S}$ — площадь его поперечного сечения.

Нагревательную спираль электроплитки целенаправленно изготавливают с большим сопротивлением, чтобы она выделяла много тепла. Для этого её делают из специального сплава с высоким удельным сопротивлением (например, из нихрома), а также делают её очень длинной и тонкой (малая площадь поперечного сечения $\text{S}$).

Подводящие же провода, наоборот, должны обладать как можно меньшим сопротивлением, чтобы минимизировать потери энергии и нагрев. Для этого их изготавливают из материалов с очень низким удельным сопротивлением (например, из меди) и делают достаточно толстыми (большая площадь поперечного сечения $\text{S}$).

В результате сопротивление спирали $R_{спирали}$ во много раз превышает сопротивление подводящих проводов $R_{проводов}$. Поскольку $Q \propto R$, на спирали выделяется значительно большее количество теплоты, что и приводит к её сильному нагреву (раскаливанию), в то время как провода остаются практически холодными.

Ответ: Нагревательная спираль и подводящие провода соединены последовательно, поэтому сила тока в них одинакова. Однако спираль специально изготавливают из материала с большим удельным сопротивлением, делая её длинной и тонкой, чтобы её общее сопротивление было большим. Провода же, наоборот, делают из материала с малым сопротивлением (меди) и достаточной толщины, чтобы их сопротивление было малым. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению, поэтому почти вся энергия выделяется на спирали, а не на проводах.