Номер 2, страница 78, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 66. Электрические нагревательные приборы. Вопросы и задания - номер 2, страница 78.

Условие.

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

Решение.

Нагревательные элементы утюга или электроплитки не перегорают, потому что в процессе их работы достигается состояние теплового равновесия, а сами элементы изготовлены из специальных материалов, способных выдерживать высокие температуры.

Этот процесс можно объяснить несколькими ключевыми факторами:

1. Баланс между выделением и отдачей тепла.
Когда по нагревательному элементу, обладающему высоким электрическим сопротивлением $\text{R}$, проходит ток $\text{I}$, в нем выделяется тепловая мощность, которая определяется законом Джоуля-Ленца: $P = I^2R$. Это приводит к росту температуры элемента. Одновременно с нагревом, элемент начинает отдавать тепло в окружающую среду (подошве утюга, конфорке плитки, воздуху) путем теплопроводности, конвекции и излучения. Чем выше становится температура элемента, тем интенсивнее он отдает тепло. В определенный момент наступает состояние теплового равновесия: мощность выделяемого тепла становится равной мощности тепла, отдаваемого в окружающую среду. С этого момента температура элемента перестает расти и стабилизируется на определенном рабочем уровне.

2. Свойства материала.
Нагревательные элементы изготавливают из специальных сплавов, чаще всего из нихрома (сплав никеля и хрома). Этот материал выбран не случайно, так как он обладает необходимыми свойствами:
• Высокая температура плавления (около 1400 °C), что значительно выше рабочих температур бытовых приборов.
• Жаростойкость – способность противостоять окислению (сгоранию) при высоких температурах. На поверхности нихрома при нагреве образуется прочная оксидная пленка, которая защищает его от дальнейшего разрушения под действием кислорода воздуха.

3. Наличие терморегулятора.
В большинстве современных утюгов и электроплит для дополнительной безопасности и регулировки температуры установлен термостат (терморегулятор). Это устройство автоматически размыкает электрическую цепь, когда температура достигает заданного пользователем значения, и замыкает ее снова, когда элемент немного остынет. Таким образом, термостат принудительно ограничивает максимальную температуру нагрева, предотвращая перегрев и возможное перегорание элемента.

Таким образом, сочетание физического принципа теплового равновесия, правильного подбора материалов и использования устройств контроля температуры обеспечивает долгую и безопасную работу нагревательных приборов.

Ответ: Нагревательные элементы не перегорают, поскольку при работе устанавливается тепловое равновесие, при котором количество выделяемого тепла равно количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду. В результате их температура стабилизируется на безопасном уровне, который ниже температуры плавления и окисления материала (например, жаростойкого нихрома). Кроме того, в большинстве приборов для предотвращения перегрева используется терморегулятор, который автоматически отключает питание при достижении заданной температуры.