Номер 57.2, страница 204 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 57. Тепловое действие тока. Глава 7. Электрические явления - номер 57.2, страница 204.

57.2 [н] Как объяснить тот факт, что работа поля источника тока в электрической лампе проявляется как в увеличении температуры лампы, так и в её свечении?

Решение

Работа поля источника тока в электрической лампе проявляется и как нагрев, и как свечение из-за последовательного преобразования энергии. Этот процесс можно объяснить следующим образом.

Когда через нить накала лампы, обладающую электрическим сопротивлением, проходит ток, электрическое поле совершает работу по перемещению свободных электронов. Эти электроны, ускоренные полем, сталкиваются с ионами кристаллической решетки материала нити. При каждом таком столкновении электроны передают часть своей кинетической энергии ионам, заставляя их колебаться с большей интенсивностью. Увеличение энергии колебательного движения ионов в решетке макроскопически проявляется как увеличение внутренней энергии нити, а следовательно, и ее температуры. Этот процесс превращения работы тока $A$ в теплоту $Q$ описывается законом Джоуля-Ленца. Таким образом, работа поля напрямую вызывает нагрев лампы.

В свою очередь, любое нагретое тело излучает электромагнитные волны — это явление называется тепловым излучением. Характеристики этого излучения, в частности его интенсивность и спектр, зависят от температуры. Нить накала в лампе разогревается до очень высокой температуры (порядка 2000–3000 °C). При такой температуре атомы вещества нити часто переходят в возбужденное состояние. Возвращаясь обратно в более стабильные состояния с меньшей энергией, атомы испускают фотоны. При высокой температуре нити значительная часть этих фотонов имеет энергию, соответствующую видимому диапазону электромагнитного спектра. Это излучение и воспринимается человеческим глазом как свечение лампы. Одновременно излучается и большое количество энергии в невидимом инфракрасном диапазоне, которое мы ощущаем как тепло.

Таким образом, нагрев и свечение — это два взаимосвязанных проявления одного и того же процесса. Работа поля источника тока сначала преобразуется во внутреннюю энергию нити (нагрев), а затем эта внутренняя энергия преобразуется в энергию электромагнитного излучения (свет и тепло).

Ответ: Работа поля источника тока при прохождении через нить накала лампы преобразуется во внутреннюю энергию нити из-за столкновений движущихся электронов с ионами её кристаллической решетки, что приводит к сильному нагреву (увеличению температуры). В свою очередь, сильно нагретая нить излучает энергию в виде электромагнитных волн, часть из которых находится в видимом для глаза диапазоне, что и является её свечением.