Номер 1, страница 65, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 62. Работа электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Вопросы и задания - номер 1, страница 65.

Условие.

1. Как можно объяснить нагревание проводников электрическим током?

Решение.

Решение

Нагревание проводников при прохождении через них электрического тока объясняется на микроскопическом уровне взаимодействием носителей заряда (в металлах — свободных электронов) с кристаллической решеткой проводника.

Процесс можно описать следующими этапами:

1. Электрический ток в металлическом проводнике — это упорядоченное движение свободных электронов под действием внешнего электрического поля.

2. Металлический проводник состоит из положительно заряженных ионов, которые образуют кристаллическую решетку, и свободных электронов, хаотически движущихся между этими ионами.

3. Когда электроны начинают двигаться направленно, они сталкиваются с ионами кристаллической решетки, которые мешают их движению. Эти столкновения являются причиной электрического сопротивления.

4. Во время этих столкновений электроны, обладающие кинетической энергией, полученной от электрического поля, передают часть этой энергии ионам решетки.

5. Получив дополнительную энергию, ионы начинают колебаться с большей амплитудой и частотой вокруг своих положений равновесия. Интенсивность теплового движения частиц вещества возрастает.

6. Увеличение средней кинетической энергии колебательного движения ионов решетки означает увеличение внутренней энергии проводника. Макроскопически это проявляется как повышение его температуры, то есть нагревание.

Таким образом, работа электрического поля по перемещению зарядов (электрическая энергия) переходит во внутреннюю (тепловую) энергию проводника.

Количественно этот эффект описывается законом Джоуля — Ленца, который гласит, что количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока $\text{I}$, сопротивлению проводника $\text{R}$ и времени $\text{t}$, в течение которого ток протекал по проводнику:

$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

Ответ: Нагревание проводника объясняется тем, что свободные электроны, движущиеся под действием электрического поля, сталкиваются с ионами кристаллической решетки и передают им часть своей кинетической энергии. Это приводит к увеличению интенсивности колебаний ионов, что, в свою очередь, вызывает рост внутренней энергии проводника и повышение его температуры.