Номер 2, страница 34 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 11. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля - Ленца. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 2, страница 34.

2. Чему равно количество теплоты, получаемое кристаллической решёткой проводника от направленно движущихся заряженных частиц?

Решение

Количество теплоты, которое получает кристаллическая решётка проводника при прохождении через него электрического тока, является результатом преобразования энергии электрического поля во внутреннюю энергию проводника. Этот процесс описывается законом Джоуля-Ленца.

Механизм этого явления следующий:

1. Под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике (например, электроны в металлах) приходят в упорядоченное (направленное) движение, образуя электрический ток. При этом электрическое поле совершает работу, сообщая частицам дополнительную кинетическую энергию.
2. Двигаясь по проводнику, эти частицы сталкиваются с ионами, расположенными в узлах кристаллической решётки.
3. Во время столкновений заряженные частицы передают часть своей кинетической энергии ионам решётки.
4. В результате этой передачи энергии амплитуда колебаний ионов кристаллической решётки увеличивается.
5. Увеличение энергии колебательного движения ионов решётки и есть увеличение внутренней энергии проводника, которое макроскопически наблюдается как его нагревание.

По закону сохранения энергии, работа $A$, совершаемая электрическим током, полностью переходит в количество теплоты $Q$, выделяемое в проводнике (если на этом участке цепи не совершается механическая работа и не идут химические реакции).

$Q = A$

Работа электрического тока и, следовательно, количество выделяемой теплоты, могут быть вычислены по формулам закона Джоуля-Ленца:

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

Также можно использовать другие формы записи, используя закон Ома для участка цепи ($U = I \cdot R$):

$Q = U \cdot I \cdot t$

$Q = \frac{U^2}{R} \cdot t$

где:

• $Q$ — количество теплоты, Дж;
• $I$ — сила тока в проводнике, А;
• $R$ — сопротивление проводника, Ом;
• $U$ — напряжение на концах проводника, В;
• $t$ — время протекания тока, с.

Ответ: Количество теплоты, получаемое кристаллической решёткой проводника, равно работе электрического тока и определяется законом Джоуля-Ленца. Его можно рассчитать по формуле $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $I$ – сила тока, $R$ – сопротивление проводника, $t$ – время протекания тока.