Номер 1.105, страница 19 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 1. Электрический ток. Работа и мощность постоянного тока - номер 1.105, страница 19.

Условие.

1.105. Спираль электрической плитки, включённой в сеть, раскалена. Как изменится накал спирали, если на часть её попадёт вода?

Решение.

Решение

Когда вода попадает на часть раскалённой спирали, эта часть интенсивно охлаждается за счёт испарения воды. Температура этого участка падает до температуры кипения воды (около 100°C), что значительно ниже температуры, при которой спираль начинает светиться (накал).

Электрическое сопротивление металлов и сплавов (например, нихрома), из которых изготавливают нагревательные элементы, зависит от температуры. С понижением температуры их сопротивление уменьшается. Следовательно, сопротивление охлаждённого водой участка спирали станет меньше.

Всю спираль можно рассматривать как два последовательно соединённых резистора: сухой участок и участок, на который попала вода. Общее сопротивление спирали равно сумме сопротивлений этих участков: $R_{общ} = R_{сух} + R_{мокр}$. Поскольку сопротивление мокрого участка $R_{мокр}$ уменьшилось, то и общее сопротивление всей спирали $R_{общ}$ также уменьшится.

Плитка подключена к бытовой электросети, напряжение $\text{U}$ в которой можно считать постоянным. Согласно закону Ома для участка цепи, сила тока, протекающего через спираль, равна $I = U / R_{общ}$. Так как общее сопротивление $R_{общ}$ уменьшилось, сила тока $\text{I}$ во всей цепи возрастёт.

Мощность, выделяемая на участке проводника в виде тепла, описывается законом Джоуля–Ленца: $P = I^2 R$.

Для сухого участка спирали: его сопротивление $R_{сух}$ в первый момент времени остаётся прежним, но сила тока $\text{I}$ через него возросла. В результате выделяемая на нём мощность $P_{сух} = I^2 R_{сух}$ увеличится. Это приведёт к тому, что сухая часть спирали нагреется ещё сильнее, и её накал (яркость свечения) возрастёт.

Для мокрого участка спирали: его температура принудительно поддерживается на уровне около 100°C, пока вся вода не испарится. При этой температуре металл не светится, поэтому накал на этом участке пропадёт.

Ответ: Часть спирали, на которую попала вода, охладится и перестанет светиться, а остальная (сухая) часть спирали раскалится сильнее, и её накал увеличится.