Номер 15.13, страница 72 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 15. Сила тока и напряжение. Закон Ома для участка цепи - номер 15.13, страница 72.

Условие.

15.13. Где используют проводники с большим удельным сопротивлением? Приведите примеры.

Решение.

Проводники с большим удельным сопротивлением используются в тех случаях, когда необходимо преобразовать электрическую энергию в тепловую. Это явление описывается законом Джоуля — Ленца, согласно которому количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально его сопротивлению $\text{R}$, квадрату силы тока $\text{I}$ и времени прохождения тока $\text{t}$:

$Q = I^2Rt$

Сопротивление проводника $\text{R}$, в свою очередь, зависит от его удельного сопротивления $\rho$, длины $\text{l}$ и площади поперечного сечения $\text{S}$:

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

Из этих формул видно, что чем больше удельное сопротивление материала $\rho$, тем большее сопротивление $\text{R}$ будет иметь проводник при тех же размерах, и, следовательно, тем большее количество теплоты он выделит при прохождении через него электрического тока.

Основная область применения таких материалов — изготовление нагревательных элементов для различных электроприборов и промышленных установок. Помимо высокого удельного сопротивления, материалы для нагревательных элементов должны обладать высокой температурой плавления и быть жаростойкими, то есть устойчивыми к окислению при высоких температурах.

Примеры использования проводников с большим удельным сопротивлением:

• Нагревательные элементы в бытовых приборах: спирали в электрических плитках, утюгах, чайниках, тостерах, обогревателях, фенах, бойлерах. Для их изготовления часто используют сплавы, такие как нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (сплав железа, хрома и алюминия).
• Лампы накаливания: нить накала, которая светится при нагревании до высокой температуры, изготавливается из вольфрама. Вольфрам имеет высокое удельное сопротивление и очень высокую температуру плавления (около 3400 °C).
• Резисторы в электронных схемах: это компоненты, предназначенные для создания определённого сопротивления в электрической цепи. Они используются для регулировки силы тока и напряжения. Резисторы изготавливают из различных материалов с высоким удельным сопротивлением, например, из угольных композиций, металлической плёнки или специальной проволоки (проволочные резисторы).
• Плавкие предохранители: тонкая проволочка в предохранителе сделана из сплава с относительно высоким сопротивлением и низкой температурой плавления. При превышении допустимой силы тока она быстро нагревается, плавится и разрывает цепь, защищая приборы от повреждения.
• Реостаты и потенциометры: это регулируемые резисторы, в которых используется проволока с высоким удельным сопротивлением (например, константан или манганин) для плавного изменения сопротивления в цепи.

Ответ: Проводники с большим удельным сопротивлением используются в основном для изготовления нагревательных элементов, так как они эффективно преобразуют электрическую энергию в тепло. Примеры их применения: нагревательные спирали в бытовых приборах (электроплиты, чайники, утюги), нити накала в лампах, резисторы и реостаты в электронных схемах, а также плавкие предохранители.