Номер 1153, страница 126 - 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 1153, страница 126.

Решение.

Нет, заменять перегоревшую свинцовую проволочку в электрическом предохранителе медной проволочкой такой же длины и сечения категорически нельзя.

Электрический предохранитель — это устройство защиты, предназначенное для разрыва электрической цепи, когда сила тока в ней превышает допустимое значение. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка (в данном случае свинцовая проволочка), которая перегорает (плавится) при определённой силе тока, размыкая цепь и защищая электроприборы и проводку от повреждения.

Для понимания причины необходимо сравнить ключевые физические свойства свинца и меди. Важнейшими параметрами являются удельное электрическое сопротивление ($\rho$) и температура плавления ($T_{пл}$).

Удельное сопротивление свинца ($\rho_{св} \approx 0,22 \frac{Ом \cdot мм^2}{м}$) примерно в 13 раз больше, чем у меди ($\rho_{м} \approx 0,017 \frac{Ом \cdot мм^2}{м}$).

Температура плавления свинца ($T_{пл. св} = 327,5 ^{\circ}C$) значительно ниже, чем у меди ($T_{пл. м} = 1084,6 ^{\circ}C$).

Решение

Сопротивление проволочки вычисляется по формуле $R = \rho \frac{l}{S}$, где $\text{l}$ — длина, а $\text{S}$ — площадь поперечного сечения.

Поскольку по условию задачи длина $\text{l}$ и сечение $\text{S}$ у обеих проволочек одинаковы, их сопротивления напрямую зависят от удельного сопротивления материала. Так как $\rho_{св} > \rho_{м}$, то и сопротивление свинцовой проволоки будет значительно больше сопротивления медной: $R_{св} > R_{м}$.

Количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении тока, определяется законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 R t$.

При возникновении в цепи тока перегрузки (резком увеличении силы тока $\text{I}$), в свинцовой проволочке из-за её высокого сопротивления $R_{св}$ выделяется достаточное количество теплоты $\text{Q}$, чтобы нагреть её до температуры плавления ($327,5 ^{\circ}C$) и расплавить. Цепь разрывается, и бытовая техника или проводка оказываются защищены.

Если же установить медную проволочку, то произойдет следующее: из-за её крайне низкого сопротивления $R_{м}$ при той же силе тока $\text{I}$ выделится гораздо меньше теплоты. Этого тепла будет абсолютно недостаточно, чтобы нагреть медь до её очень высокой температуры плавления ($1084,6 ^{\circ}C$). В результате медная проволочка не перегорит и не разорвет цепь. Ток, опасный для электроприборов и проводки, продолжит течь, что может привести к перегреву изоляции, выходу из строя дорогостоящей техники и, что самое опасное, к пожару.

Таким образом, замена свинцовой проволоки на медную лишает предохранитель его защитной функции.

Ответ: Заменять свинцовую проволочку в предохранителе на медную такой же длины и сечения нельзя, так как у меди значительно ниже удельное сопротивление и значительно выше температура плавления. В результате такой «предохранитель» не сработает при перегрузке сети, что может привести к порче электроприборов и пожару.