Номер 6.39, страница 33 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

VI. Расчёт характеристик электрических цепей - номер 6.39, страница 33.

Условие.

6.39 Объясните, почему нагревательные элементы утюга или электроплитки не перегорают, несмотря на непрерывное выделение тепла этими устройствами.

Решение.

Решение

Нагревательные элементы в утюгах и электроплитках работают на основе закона Джоуля-Ленца, согласно которому при прохождении электрического тока через проводник с сопротивлением выделяется тепло. Мощность тепловыделения определяется формулой $P = I^2 \cdot R$, где $\text{I}$ — сила тока, а $\text{R}$ — сопротивление элемента.

Несмотря на то что тепло выделяется непрерывно, пока прибор включен, нагревательный элемент не перегорает, потому что одновременно с процессом нагрева происходит и процесс теплоотдачи в окружающую среду. Этот процесс осуществляется тремя способами: теплопроводностью (тепло передается от нагревательного элемента к корпусу прибора и далее к нагреваемому объекту), конвекцией (тепло передается окружающему воздуху) и излучением (нагретое тело испускает тепловые электромагнитные волны).

С повышением температуры нагревательного элемента скорость теплоотдачи в окружающую среду возрастает. В определенный момент наступает состояние теплового равновесия, когда количество теплоты, выделяемое в элементе за единицу времени (мощность нагрева), становится равным количеству теплоты, отдаваемому им в окружающую среду за то же время (мощность теплоотдачи). С этого момента температура элемента перестает расти и остается постоянной. Эта рабочая температура рассчитана так, чтобы быть достаточно высокой для выполнения функций прибора, но при этом значительно ниже температуры плавления материала, из которого сделан нагревательный элемент (обычно это сплавы с высоким сопротивлением и высокой температурой плавления, например, нихром).

Кроме того, во многих современных приборах, таких как утюги, для предотвращения перегрева и поддержания заданной температуры используется терморегулятор (термостат). Он автоматически размыкает и замыкает электрическую цепь, отключая нагрев при достижении нужной температуры и включая его снова при остывании. Это обеспечивает дополнительную защиту от перегорания и позволяет точно контролировать температуру.

Ответ: Нагревательные элементы не перегорают, так как при их работе устанавливается тепловое равновесие: количество выделяемого тепла в единицу времени становится равным количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду за то же время. В результате температура элемента стабилизируется на безопасном рабочем уровне, который значительно ниже температуры его плавления. Во многих приборах дополнительную защиту от перегрева обеспечивает терморегулятор.