Номер 6.9, страница 30 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

VI. Расчёт характеристик электрических цепей - номер 6.9, страница 30.

Условие.

6.9 Почему при изготовлении реостатов используют материалы с большим удельным сопротивлением? Назовите недостатки реостата, если его обмотку сделать из медной проволоки.

Решение.

Почему при изготовлении реостатов используют материалы с большим удельным сопротивлением?

Реостат — это прибор, который используется для плавного изменения сопротивления в электрической цепи, что позволяет регулировать силу тока и напряжение. Сопротивление $\text{R}$ проводника зависит от его геометрических размеров и материала, из которого он изготовлен, согласно формуле:

$R = \rho \frac{l}{S}$

где $\rho$ — удельное электрическое сопротивление материала, $\text{l}$ — длина проводника, а $\text{S}$ — площадь его поперечного сечения.

Для того чтобы реостат был эффективным и при этом компактным, он должен обладать большим сопротивлением при относительно небольшой длине $\text{l}$ проволоки. Как видно из формулы, при фиксированных размерах ($\text{l}$ и $\text{S}$) сопротивление $\text{R}$ прямо пропорционально удельному сопротивлению $\rho$. Поэтому, используя материалы с высоким значением $\rho$ (например, специальные сплавы, такие как нихром или константан), можно создать устройство с большим диапазоном сопротивлений, которое не будет слишком громоздким. Если бы использовался материал с низким $\rho$, для получения такого же сопротивления потребовалась бы либо очень длинная, либо очень тонкая проволока, что сделало бы прибор непрактичным, громоздким или ненадежным (тонкая проволока легко перегревается и перегорает).

Ответ: Материалы с большим удельным сопротивлением используются для того, чтобы получить реостат со значительным сопротивлением при компактных размерах (умеренной длине и толщине проволоки).

Назовите недостатки реостата, если его обмотку сделать из медной проволоки.

Медь является отличным проводником и имеет одно из самых низких значений удельного сопротивления среди доступных металлов. Использование медной проволоки для изготовления реостата привело бы к двум основным недостаткам:

1. Огромные размеры. Из-за очень низкого удельного сопротивления меди для создания реостата с практически полезным сопротивлением (например, 10–100 Ом) потребовалась бы проволока огромной длины, исчисляемой сотнями или даже тысячами метров. Такой прибор был бы чрезвычайно громоздким и неудобным в использовании.

2. Нестабильность работы. У меди довольно высокий температурный коэффициент сопротивления. Это означает, что ее сопротивление заметно увеличивается при нагревании. Во время работы реостата через него протекает ток, который, согласно закону Джоуля-Ленца, вызывает нагрев проводника. Нагрев медной обмотки привел бы к изменению ее сопротивления, в результате чего показания прибора стали бы нестабильными и зависящими от времени работы и силы тока. Это делает такой реостат непригодным для точной регулировки цепи.

Ответ: Главными недостатками реостата из медной проволоки были бы его гигантские размеры для достижения нужного сопротивления и нестабильность работы, так как его сопротивление сильно зависело бы от температуры, меняющейся при прохождении тока.