Номер 17.40, страница 90 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 17. Работа и мощность тока - номер 17.40, страница 90.

Условие.

17.40. На часть раскаленной спирали электроплитки попала вода. Как изменился накал тех участков спирали, на которые вода не попала? При решении учтите зависимость сопротивления металла от температуры.

Решение.

Решение

Спираль электроплитки можно рассматривать как единый проводник, подключенный к источнику постоянного напряжения (электрической сети). Для анализа разобьем мысленно спираль на два последовательно соединенных участка: участок, на который попала вода (его сопротивление $R_1$), и оставшийся сухой участок (его сопротивление $R_2$). Общее сопротивление всей спирали в таком случае будет равно сумме сопротивлений этих участков: $R_{общ} = R_1 + R_2$.

Когда вода попадает на раскаленную часть спирали, она начинает интенсивно испаряться, отбирая у этого участка большое количество теплоты. В результате температура этого участка ($T_1$) резко понижается.

В задаче указано учесть зависимость сопротивления металла от температуры. Для металлов эта зависимость прямая: с понижением температуры электрическое сопротивление уменьшается. Это можно описать формулой $R = R_0(1 + \alpha(T - T_0))$, где температурный коэффициент сопротивления $\alpha$ для металлов положителен. Таким образом, сопротивление охлажденного водой участка $R_1$ уменьшится.

Поскольку сопротивление $R_1$ уменьшилось, а сопротивление сухого участка $R_2$ в первый момент времени осталось прежним, общее сопротивление всей спирали $R_{общ}$ также уменьшится.

Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока $\text{I}$, протекающего через спираль, обратно пропорциональна ее общему сопротивлению: $I = U / R_{общ}$, где $\text{U}$ — напряжение в сети, которое является постоянным. Так как общее сопротивление $R_{общ}$ уменьшилось, сила тока $\text{I}$ во всей цепи возрастет.

При последовательном соединении сила тока одинакова на всех участках цепи. Следовательно, через сухой участок спирали также будет протекать возросший ток $\text{I}$. Мощность, которая выделяется на сухом участке в виде тепла, определяется законом Джоуля-Ленца: $P_2 = I^2 R_2$.

Поскольку сила тока $\text{I}$ увеличилась, мощность $P_2$, выделяемая на сухом участке, также возрастет. Это приведет к тому, что сухой участок будет нагреваться сильнее, и его температура повысится.

Накал (яркость свечения) раскаленного металла напрямую зависит от его температуры: чем выше температура, тем ярче он светится. Следовательно, накал тех участков спирали, на которые вода не попала, увеличится.

Ответ: Накал тех участков спирали, на которые вода не попала, увеличится.