Номер 7, страница 42 - гдз по физике 8 класс самостоятельные работы Генденштейн, Орлов

Самостоятельная работа 6. Работа и мощность электрического тока. Вариант 1 - номер 7, страница 42.

Условие.

7*. К источнику тока подключён нагревательный элемент в виде спирали. На часть раскалённой спирали попала вода. Как изменятся сопротивление всей спирали и накал того участка спирали, на который вода не попала?

А. Сопротивление уменьшится, накал увеличится.

Б. Сопротивление увеличится, накал увеличится.

В. Сопротивление уменьшится, накал уменьшится.

Г. Сопротивление увеличится, накал уменьшится.

Решение.

Решение

Данную задачу можно проанализировать, разбив на два этапа: изменение общего сопротивления спирали и изменение накала сухого участка.

1. Изменение сопротивления всей спирали.

Сопротивление проводников (в данном случае, материала спирали) зависит от температуры. Для металлов и большинства сплавов, используемых в нагревательных элементах, сопротивление увеличивается с ростом температуры. Эта зависимость может быть выражена формулой $R = R_0(1 + \alpha \Delta T)$, где $\alpha$ — положительный температурный коэффициент сопротивления.

Когда на часть раскалённой спирали попадает вода, эта часть резко охлаждается, так как тепловая энергия интенсивно расходуется на испарение воды. Снижение температуры этого участка приводит к уменьшению его электрического сопротивления.

Всю спираль можно представить как два последовательно соединённых резистора: участок, на который попала вода ($R_1$), и сухой участок ($R_2$). Общее сопротивление спирали равно их сумме: $R_{общ} = R_1 + R_2$.

Поскольку сопротивление охлаждённого участка $R_1$ уменьшилось, то и общее сопротивление всей спирали $R_{общ}$ также уменьшится.

2. Изменение накала сухого участка спирали.

Накал (яркость свечения) определяется мощностью, которая выделяется на данном участке. Мощность теплового действия тока определяется законом Джоуля-Ленца: $P = I^2 R$.

Спираль подключена к источнику тока с постоянным напряжением $\text{U}$. Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока в спирали определяется как $I = U / R_{общ}$.

Как мы выяснили в первом пункте, общее сопротивление $R_{общ}$ уменьшилось. Следовательно, сила тока $\text{I}$ в цепи возрастёт.

Этот возросший ток протекает через всю спираль, включая и сухой участок. Мощность, выделяемая на сухом участке, равна $P_2 = I^2 R_2$. Так как сила тока $\text{I}$ увеличилась, то и мощность $P_2$, выделяемая на сухом участке, возрастёт. Увеличение мощности приведёт к более сильному нагреву этого участка, и, как следствие, его накал увеличится.

Таким образом, общее сопротивление спирали уменьшится, а накал сухого участка увеличится.

Ответ: А. Сопротивление уменьшится, накал увеличится.