Номер 5, страница 60, 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 5, страница 60.

Условие.

5. Почему нить накала лампы при протекании по ней электрического тока сильно нагревается, а провода, с помощью которых лампа подключается к источнику тока, остаются практически холодными?

Решение.

Нить накала лампы и подводящие провода соединены последовательно, поэтому сила тока $\text{I}$, протекающего через них, одинакова.

Количество теплоты $\text{Q}$, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, определяется законом Джоуля-Ленца:

$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

где $\text{I}$ – сила тока, $\text{R}$ – сопротивление проводника, а $\text{t}$ – время протекания тока.

Поскольку сила тока $\text{I}$ и время $\text{t}$ для нити накала и проводов одинаковы, количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника: $Q \sim R$. Это означает, что чем больше сопротивление участка цепи, тем больше тепла на нем выделяется.

Сопротивление проводника $\text{R}$ зависит от его материала (удельного сопротивления $\rho$), длины $\text{l}$ и площади поперечного сечения $\text{S}$ по формуле:

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

Сравним сопротивление нити накала и подводящих проводов.

Нить накала изготавливают из материала с высоким удельным сопротивлением (например, из вольфрама). Кроме того, нить очень тонкая (малая площадь поперечного сечения $\text{S}$) и длинная (для увеличения сопротивления её сворачивают в спираль). Все эти факторы в совокупности обеспечивают очень большое электрическое сопротивление нити накала.

Подводящие провода, в свою очередь, изготавливают из материалов с низким удельным сопротивлением (медь, алюминий). Провода делают достаточно толстыми (большая площадь поперечного сечения $\text{S}$), чтобы их сопротивление было минимальным.

Таким образом, сопротивление нити накала ($R_{нити}$) многократно превышает сопротивление подводящих проводов ($R_{проводов}$). Вследствие этого, согласно закону Джоуля-Ленца, на нити накала выделяется значительно большее количество теплоты, чем на проводах. Это приводит к тому, что нить раскаляется до высокой температуры и начинает светиться, в то время как провода нагреваются незначительно и остаются практически холодными.

Ответ: Нить накала лампы и соединительные провода подключены последовательно, поэтому сила тока в них одинакова. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество выделяемой теплоты пропорционально сопротивлению ($Q = I^2Rt$). Нить накала специально изготавливают из материала с высоким удельным сопротивлением (вольфрам), делают ее очень тонкой и длинной, чтобы ее сопротивление было большим. Подводящие провода, наоборот, делают из материала с низким удельным сопротивлением (медь) и с большой площадью поперечного сечения, чтобы их сопротивление было малым. Из-за огромной разницы в сопротивлении почти вся тепловая энергия выделяется на нити накала, раскаляя ее, а на проводах выделяется незначительное количество тепла, и они остаются практически холодными.