Номер 1, страница 166 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Электрический ток в металлах. Закон Ома для участка электрической цепи. Параграф 46. Тепловое действие тока. Закон Джоуля — Ленца. Вопросы - номер 1, страница 166.

Условие.

1. Используя закон сохранения энергии, объясните, как происходит нагревание проводника.

Решение.

1. Нагревание проводника при прохождении через него электрического тока можно объяснить с помощью закона сохранения энергии, рассмотрев процессы на микроскопическом уровне.

Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой упорядоченное движение свободных электронов. Источник тока создает в проводнике электрическое поле, которое действует на электроны с определенной силой, заставляя их двигаться и совершая над ними работу. Эта работа приводит к увеличению кинетической энергии электронов.

Двигаясь по проводнику, электроны постоянно взаимодействуют (сталкиваются) с ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки металла. Во время этих столкновений электроны передают часть своей кинетической энергии ионам. В результате энергия, полученная от электрического поля, передается кристаллической решетке.

Увеличение энергии ионов решетки приводит к увеличению амплитуды их колебаний вокруг положения равновесия. Средняя кинетическая энергия колебательного движения частиц вещества является мерой его внутренней энергии. Таким образом, внутренняя энергия проводника увеличивается, что макроскопически проявляется в повышении его температуры — проводник нагревается.

Согласно закону сохранения энергии, энергия не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда, а лишь переходит из одной формы в другую. В данном случае работа $\text{A}$, совершаемая электрическим полем (то есть электрическая энергия), преобразуется во внутреннюю энергию проводника, которая затем выделяется в окружающую среду в виде количества теплоты $\text{Q}$. Для неподвижного проводника, в котором не происходят химические реакции, вся работа тока переходит в теплоту:

$A = Q$

Этот процесс количественно описывается законом Джоуля-Ленца, который является следствием закона сохранения энергии для электрических цепей:

$Q = I^2Rt$

где $\text{Q}$ — количество теплоты, $\text{I}$ — сила тока, $\text{R}$ — сопротивление проводника, а $\text{t}$ — время прохождения тока.

Ответ: В соответствии с законом сохранения энергии, работа электрического поля по перемещению зарядов в проводнике преобразуется во внутреннюю энергию самого проводника. На микроуровне это происходит из-за того, что движущиеся электроны передают свою энергию ионам кристаллической решетки при столкновениях. Это увеличивает интенсивность колебаний ионов, что приводит к росту внутренней энергии и, как следствие, к нагреванию проводника.