Номер 1, страница 59, часть 2 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 7. Постоянный электрический ток. Параграф 52. Закон Джоуля — Ленца. Электрические нагревательные приборы - номер 1, страница 59.

Условие.

1. Электрический кипятильник может длительно работать, пока он погружён в воду, и очень быстро перегорает, если его вынуть из воды. Почему?

Решение.

1. Электрический кипятильник может длительно работать, пока он погружён в воду, и очень быстро перегорает, если его вынуть из воды. Почему?

Принцип работы электрического кипятильника основан на выделении теплоты при прохождении электрического тока через нагревательный элемент (спираль), обладающий высоким сопротивлением. Количество выделяемой теплоты описывается законом Джоуля — Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $\text{I}$ – сила тока, $\text{R}$ – сопротивление спирали, $\text{t}$ – время.

Когда кипятильник погружен в воду, выделяемое им тепло интенсивно поглощается окружающей жидкостью. Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью (около $4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$), что позволяет ей поглощать большое количество энергии при незначительном повышении собственной температуры. Процессы теплопроводности и конвекции эффективно отводят тепло от спирали, не давая ей перегреться выше температуры кипения воды (100 °C), что является безопасным рабочим режимом.

Если же работающий кипятильник вынуть из воды, он оказывается окружённым воздухом. Воздух, в отличие от воды, является плохим проводником тепла (его теплопроводность примерно в 25 раз ниже, чем у воды). Теплоотвод от спирали в воздух происходит значительно медленнее. Поскольку мощность нагревателя ($P = I^2 \cdot R$) остаётся прежней, а отвод тепла резко ухудшается, температура спирали начинает стремительно расти. За очень короткое время она достигает температуры плавления материала, из которого изготовлена (например, для нихрома это около 1400 °C), что приводит к её расплавлению и разрыву электрической цепи. Кипятильник перегорает.

Ответ: Кипятильник перегорает на воздухе из-за резкого ухудшения теплоотвода. Вода является эффективным охладителем и забирает выделяемое тепло, поддерживая безопасную температуру нагревательного элемента. Воздух отводит тепло гораздо хуже, что приводит к быстрому перегреву, расплавлению спирали и выходу прибора из строя.