Номер 2, страница 31 - гдз по физике 8 класс самостоятельные работы Генденштейн, Орлов

Самостоятельная работа 4. Закон Ома для участка цепи. Вариант 4 - номер 2, страница 31.

Условие.

2*. Как изменяется сила тока в лампе накаливания в первые моменты после включения? Ответ поясните.

Решение.

В первые моменты после включения сила тока в лампе накаливания является максимальной, после чего она резко уменьшается до своего номинального (рабочего) значения.

Это явление объясняется сильной зависимостью электрического сопротивления материала нити накала (обычно вольфрама) от температуры.
1. В холодном состоянии (при комнатной температуре) нить накаливания имеет очень низкое сопротивление.
2. Сила тока $\text{I}$ связана с напряжением $\text{U}$ и сопротивлением $\text{R}$ законом Ома: $I = \frac{U}{R}$. В момент включения к лампе прикладывается напряжение сети $\text{U}$ (которое можно считать постоянным). Поскольку сопротивление холодной нити мало, начальный (пусковой) ток очень велик. Он может в 10-15 раз превышать рабочий ток лампы.
3. В соответствии с законом Джоуля–Ленца, количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально квадрату силы тока ($Q = I^2Rt$). Большой пусковой ток вызывает очень быстрый разогрев нити накаливания.
4. Для металлов, в том числе и для вольфрама, электрическое сопротивление увеличивается с ростом температуры. Эта зависимость приближенно описывается формулой $R = R_0(1 + \alpha \Delta T)$, где $R_0$ – сопротивление в холодном состоянии, $\alpha$ – температурный коэффициент сопротивления (для вольфрама он положителен), а $\Delta T$ – изменение температуры.
5. По мере раскаливания нити ее сопротивление $\text{R}$ значительно возрастает. Согласно закону Ома ($I = \frac{U}{R}$), увеличение сопротивления при постоянном напряжении приводит к уменьшению силы тока.
6. Сила тока уменьшается до тех пор, пока нить не нагреется до своей рабочей температуры (2500–3000 K) и не установится тепловое равновесие (мощность нагрева сравняется с мощностью теплоотдачи). В этот момент сопротивление достигает своего максимального рабочего значения, а сила тока стабилизируется на номинальном, значительно меньшем, уровне.

Именно по причине этого большого броска тока при включении лампы накаливания чаще всего и перегорают.

Ответ: В первые моменты после включения сила тока в лампе накаливания максимальна, а затем она быстро уменьшается до своего номинального рабочего значения.