Номер ?2, страница 98, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 69. Лабораторные и исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?2, страница 98.

Условие.

Почему вспомогательные части цепей (клеммы, контакты и т. д.) производят из меди, причём изготавливают данные элементы короткими и толстыми?

Решение.

Решение

Основное требование к вспомогательным частям электрической цепи, таким как клеммы, контакты и соединительные провода, — это минимально возможное электрическое сопротивление. Это необходимо для уменьшения потерь энергии (в виде тепла) и падения напряжения на этих элементах, что обеспечивает эффективность и стабильность работы всей цепи. Сопротивление проводника ($\text{R}$) зависит от свойств материала и его геометрических размеров, что описывается формулой:

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

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

Анализируя эту формулу, можно ответить на поставленный вопрос.

Почему вспомогательные части цепей производят из меди?

Выбор материала для проводника определяется его удельным сопротивлением $\rho$. Чтобы общее сопротивление $\text{R}$ было как можно меньше, необходимо использовать материал с низким значением $\rho$. Медь является одним из лучших проводников электричества с очень низким удельным сопротивлением. Лучшей проводимостью обладает только серебро, но оно значительно дороже, что делает его массовое применение экономически нецелесообразным. Медь же представляет собой оптимальное сочетание высокой электропроводности, доступной стоимости, хорошей механической прочности и коррозионной стойкости. Поэтому она широко используется для изготовления проводов, клемм и контактов.

Почему данные элементы изготавливают короткими и толстыми?

Геометрические размеры, а именно длина ($\text{L}$) и площадь поперечного сечения ($\text{S}$), также напрямую влияют на сопротивление:

1. Длина ($\text{L}$): Сопротивление прямо пропорционально длине проводника. Это означает, что чем короче проводник, тем меньше его сопротивление. Поэтому для минимизации потерь вспомогательные элементы стараются делать максимально короткими.

2. Толщина (площадь сечения $\text{S}$): Сопротивление обратно пропорционально площади поперечного сечения. Чем толще проводник, тем больше площадь его сечения $\text{S}$ и, соответственно, тем меньше его сопротивление. Толстый проводник можно представить как множество параллельно соединенных тонких проводников, что обеспечивает больше "путей" для движения электрического тока и снижает общее сопротивление.

Таким образом, изготовление клемм и контактов из меди, а также придание им малой длины и большой толщины, является комплексным решением для достижения минимального сопротивления, что уменьшает нежелательный нагрев (согласно закону Джоуля — Ленца $Q = I^2Rt$) и падение напряжения на этих участках цепи.

Ответ:

Вспомогательные части цепей производят из меди, потому что медь обладает очень низким удельным электрическим сопротивлением (то есть является отличным проводником) и имеет оптимальное соотношение цены и качества. Их делают короткими и толстыми для того, чтобы минимизировать их собственное сопротивление: сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Уменьшение длины и увеличение толщины приводит к снижению сопротивления, что уменьшает потери энергии на нагрев и падение напряжения в цепи.