Номер 1145, 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 1145, страница 125.

Решение.

Принцип работы кипятильника основан на законе Джоуля-Ленца, согласно которому при прохождении электрического тока через проводник выделяется количество теплоты, равное $Q = I^2Rt$. Нагревательный элемент кипятильника (спираль) спроектирован так, чтобы выделять большое количество тепла за короткое время.

1. Работа кипятильника в воде. Когда нагревательный элемент погружен в воду, вся выделяемая им теплота эффективно передается воде. Вода обладает очень высокой теплоёмкостью, что означает, что она может поглотить большое количество энергии, прежде чем её температура значительно повысится. За счет процессов конвекции и последующего кипения вода постоянно отводит тепло от спирали, не давая ей перегреться. Температура спирали в этом случае ненамного превышает температуру кипения воды (100 °C).

2. Работа кипятильника без воды (в воздухе). Если кипятильник включить без воды, его нагревательный элемент будет окружен воздухом. Воздух, в отличие от воды, является очень плохим проводником тепла (теплоизолятором) и имеет низкую теплоёмкость. Теплоотвод от раскаленной спирали в окружающий воздух происходит крайне медленно.

В результате этого практически вся выделяемая энергия аккумулируется в самой спирали, что приводит к её стремительному нагреву. Температура элемента быстро достигает нескольких сотен градусов, он раскаляется докрасна и в итоге достигает своей температуры плавления. Металл, из которого сделана спираль (обычно сплав нихром), плавится, электрическая цепь разрывается — кипятильник перегорает.

Ответ: Если кипятильник включён без воды, выделяемое его спиралью тепло не отводится эффективно, так как воздух является плохим проводником тепла. Из-за этого спираль быстро перегревается, раскаляется и достигает температуры плавления, что приводит к её разрушению (перегоранию).