Номер 1, страница 167 - 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. Задания и упражнения - номер 1, страница 167.

Условие.

1. Нагревательный элемент электрической плитки может сильно разогреваться. Почему в подводящих к ней проводах такого явления не наблюдается?

Решение.

Решение

Нагревательный элемент электрической плитки и подводящие к нему провода соединены последовательно. При последовательном соединении сила тока $\text{I}$ во всех элементах цепи одинакова.

Количество теплоты $\text{Q}$, которое выделяется в проводнике при прохождении через него электрического тока, описывается законом Джоуля-Ленца:

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

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

Из формулы видно, что при одинаковых силе тока $\text{I}$ и времени $\text{t}$ количество выделяемой теплоты $\text{Q}$ прямо пропорционально сопротивлению $\text{R}$.

Нагревательный элемент специально сконструирован так, чтобы иметь очень высокое сопротивление. Для этого его изготавливают из материалов с большим удельным сопротивлением (например, из сплава нихрома) и делают его достаточно длинным и тонким.

Подводящие провода, напротив, должны иметь как можно меньшее сопротивление, чтобы минимизировать потери энергии. Поэтому их изготавливают из материалов с низким удельным сопротивлением (например, из меди или алюминия) и с достаточно большой площадью поперечного сечения.

Таким образом, сопротивление нагревательного элемента $R_{нагр}$ во много раз больше сопротивления подводящих проводов $R_{пров}$: $R_{нагр} \gg R_{пров}$.

В результате, согласно закону Джоуля-Ленца, на нагревательном элементе выделяется значительно большее количество теплоты, чем на проводах, что и приводит к его сильному разогреву. В проводах же выделяется очень малое количество тепла, и их нагрев незначителен.

Ответ: Нагревательный элемент и подводящие провода соединены последовательно, поэтому сила тока в них одинакова. Согласно закону Джоуля-Ленца ($Q = I^2Rt$), количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению. Нагревательный элемент специально изготавливают с очень большим сопротивлением, а подводящие провода — с очень малым. Поэтому почти вся тепловая энергия выделяется на нагревательном элементе, а не на проводах, и они не нагреваются.