Номер 1, страница 183 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 45. Лампа накаливания. Вспомните - номер 1, страница 183.

Условие.

Как можно объяснить нагревание проводников электрическим током?

Решение.

Решение

Нагревание проводников при прохождении по ним электрического тока — это результат преобразования электрической энергии во внутреннюю (тепловую) энергию. Этот процесс можно объяснить на микроскопическом уровне, рассматривая взаимодействие носителей тока со структурой вещества.

В металлических проводниках носителями тока являются свободные электроны. Сам металл имеет кристаллическую структуру, где в узлах решетки расположены положительно заряженные ионы. В отсутствие электрического поля свободные электроны движутся хаотично, но как только к проводнику прикладывается напряжение, на них начинает действовать электрическое поле, заставляя их двигаться упорядоченно в одном направлении. Это упорядоченное движение и есть электрический ток.

Двигаясь сквозь кристаллическую решетку, электроны не могут перемещаться беспрепятственно. Они постоянно сталкиваются с ионами, находящимися в узлах решетки. Во время этих столкновений электроны, которые получили кинетическую энергию от электрического поля, передают часть этой энергии ионам. В результате ионы начинают колебаться с большей амплитудой и интенсивностью.

Интенсивность теплового колебания частиц вещества (в данном случае, ионов) определяет его внутреннюю энергию и, как следствие, температуру. Таким образом, передача энергии от электронов к ионам решетки приводит к увеличению внутренней энергии проводника, что мы и наблюдаем как его нагревание.

Этот эффект количественно описывается законом Джоуля-Ленца, который гласит, что количество теплоты $\text{Q}$, выделяющееся в проводнике, равно произведению квадрата силы тока $\text{I}$, сопротивления проводника $\text{R}$ и времени прохождения тока $\text{t}$:
$Q = I^2 R t$
Сопротивление $\text{R}$ как раз и характеризует свойство проводника противодействовать движению тока, что на микроуровне связано с частотой и интенсивностью столкновений электронов с ионами решетки.

Ответ: Нагревание проводника электрическим током объясняется тем, что движущиеся под действием электрического поля свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этих столкновениях электроны передают часть своей энергии ионам, заставляя их колебаться интенсивнее. Увеличение интенсивности колебаний ионов означает рост внутренней энергии проводника, что макроскопически проявляется в его нагревании.