Номер 1143, страница 125 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

8 класс. Электрические явления. 45. Работа и мощность электрического тока. Единицы работы электрического тока. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля—Ленца. Конденсатор* - номер 1143, страница 125.

Решение.

При работе утюга происходит два одновременных процесса: выделение теплоты в его нагревательном элементе (обмотке) и отдача этой теплоты в окружающую среду.

1. Выделение теплоты. Когда электрический ток проходит через обмотку, обладающую сопротивлением, электрическая энергия преобразуется в тепловую. Мощность тепловыделения постоянна (при постоянном напряжении в сети) и определяется законом Джоуля-Ленца: $P_{ген} = \frac{U^2}{R}$, где $\text{U}$ – напряжение в сети, а $\text{R}$ – сопротивление обмотки.

2. Отдача теплоты. Нагретый утюг отдает тепло в окружающую среду (воздуху, гладильной доске, белью) путем теплопроводности, конвекции и излучения. Скорость (мощность) теплоотдачи $P_{отд}$ тем больше, чем выше температура утюга по сравнению с температурой окружающей среды.

После включения в сеть температура утюга начинает расти. По мере роста температуры увеличивается и мощность теплоотдачи. Нагрев продолжается до тех пор, пока не наступит состояние теплового равновесия, при котором мощность генерируемого тепла становится равной мощности тепла, отдаваемого в окружающую среду: $P_{ген} = P_{отд}$. С этого момента температура утюга перестает расти и остается постоянной.

Обмотка утюга специально спроектирована и изготовлена из материалов (например, из сплава нихром), которые способны выдерживать эту установившуюся рабочую температуру, не плавясь и не перегорая.

Кроме того, в современных утюгах устанавливается терморегулятор (термостат), который автоматически отключает нагревательный элемент при достижении заданной температуры и снова включает его при остывании, тем самым поддерживая температуру в безопасных пределах и предотвращая перегрев.

Ответ: Обмотка утюга не перегорает, потому что в процессе работы устанавливается тепловое равновесие, при котором вся выделяемая в обмотке тепловая энергия успевает рассеиваться в окружающую среду. В результате температура стабилизируется на рабочем значении, которое безопасно для материала обмотки.