Номер 17.3, страница 87 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 17. Работа и мощность тока - номер 17.3, страница 87.

Условие.

17.3. Почему нить накала электрической лампы делают из вольфрама?

Решение.

Решение

Принцип работы лампы накаливания основан на тепловом действии электрического тока. Когда ток проходит через тонкую проволоку (нить накала), она разогревается до высокой температуры и начинает испускать видимый свет. Чтобы лампа светила ярко и имела высокую светоотдачу, температура нити должна быть очень высокой, порядка $2500–3000$ °C.

Вольфрам является практически идеальным материалом для изготовления нитей накала по следующим причинам:

1. Высочайшая температура плавления. Вольфрам — самый тугоплавкий из всех металлов. Его температура плавления составляет около $3422$ °C. Это позволяет нагревать вольфрамовую нить до очень высоких температур без риска её расплавления. Чем выше температура, тем ярче свет и тем больше доля видимого излучения в спектре, что делает лампу более эффективной.

2. Высокое удельное электрическое сопротивление. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество выделяемой теплоты пропорционально сопротивлению проводника: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$. Вольфрам обладает достаточно высоким удельным сопротивлением. Это позволяет изготовить нить, которая будет одновременно тонкой и не слишком длинной (для компактности её сворачивают в спираль), но при этом будет иметь достаточно большое сопротивление для сильного разогрева проходящим током.

3. Низкая скорость испарения. При высоких температурах любой материал начинает испаряться. Вольфрам, даже будучи нагретым до $2500$ °C, испаряется очень медленно. Это свойство обеспечивает долговечность лампы. Если бы материал нити испарялся быстро, она бы со временем истончилась и перегорела, а испарившийся металл осел бы на внутренней стороне стеклянной колбы, сделав её тёмной и уменьшив яркость.

4. Механическая прочность. После специальной обработки вольфрам становится достаточно пластичным, чтобы из него можно было вытянуть тончайшую проволоку, и в то же время достаточно прочным, чтобы выдерживать вибрации и сотрясения во время эксплуатации лампы.

Именно это уникальное сочетание физических свойств делает вольфрам незаменимым материалом для нитей накала.

Ответ: Нить накала электрической лампы делают из вольфрама, потому что он обладает уникальным сочетанием свойств: является самым тугоплавким металлом (что позволяет раскалять его до очень высоких температур для яркого свечения), имеет высокое удельное электрическое сопротивление (что обеспечивает эффективный нагрев током) и очень медленно испаряется при рабочих температурах (что гарантирует долгий срок службы лампы).