Номер 810, страница 105 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

37. Работа и мощность тока. Глава VIII. Законы постоянного тока. Электродинамика - номер 810, страница 105.

Условие.

810. Почему спирали электронагревательных приборов делают из материала с большим удельным сопротивлением?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Решение

Работа любого электронагревательного прибора (например, утюга, кипятильника, плитки) основана на тепловом действии электрического тока. Количество теплоты $Q$, которое выделяется в проводнике за время $t$ при прохождении по нему тока силой $I$, определяется законом Джоуля-Ленца:

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

Из этой формулы видно, что для того, чтобы прибор эффективно нагревал (то есть выделял большое количество теплоты $Q$), его основной рабочий элемент — спираль — должен иметь большое электрическое сопротивление $R$.

В свою очередь, электрическое сопротивление проводника зависит от его длины $l$, площади поперечного сечения $S$ и материала, из которого он сделан. Эта зависимость выражается формулой:

$R = \rho \frac{l}{S}$

Здесь $\rho$ — это удельное электрическое сопротивление, являющееся характеристикой материала. Чтобы получить проводник с большим сопротивлением $R$, можно было бы взять очень длинный ($l$) и очень тонкий ($S$) провод. Однако такой проводник был бы непрочным, недолговечным и его было бы трудно компактно разместить в корпусе прибора.

Поэтому для изготовления спиралей электронагревательных приборов выбирают материалы, у которых велико само удельное сопротивление $\rho$. Использование такого материала позволяет получить нагревательный элемент с большим сопротивлением при относительно небольшой длине и достаточной для прочности толщине. Чаще всего для этих целей используют специальные сплавы, например, нихром (сплав никеля и хрома) или фехраль (сплав железа, хрома и алюминия), которые, помимо высокого удельного сопротивления, обладают также высокой температурой плавления и стойкостью к окислению на воздухе при сильном нагреве.

Ответ: Спирали электронагревательных приборов делают из материала с большим удельным сопротивлением для того, чтобы получить большое электрическое сопротивление нагревательного элемента при его компактных и прочных размерах. Согласно закону Джоуля-Ленца, большое сопротивление необходимо для эффективного выделения тепла при прохождении через спираль электрического тока.