Номер 1, страница 29 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Электрические явления. ТЗ-13. Закон Джоуля—Ленца - номер 1, страница 29.

Условие.

1. Почему спираль электроплитки (и других нагревательных приборов) делают из металла с большим удельным сопротивлением?

Решение.

1. Решение

Работа нагревательных приборов, таких как электроплитка, основана на тепловом действии электрического тока, которое описывается законом Джоуля — Ленца. Согласно этому закону, количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально его сопротивлению $\text{R}$, квадрату силы тока $\text{I}$ и времени $\text{t}$ его прохождения:

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

Из формулы следует, что для эффективного нагрева, то есть для выделения большого количества теплоты, нагревательный элемент должен обладать значительным сопротивлением $\text{R}$.

Сопротивление проводника, в свою очередь, определяется его материалом и размерами по формуле:

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

где $\rho$ — удельное электрическое сопротивление материала, $\text{l}$ — длина проводника, $\text{S}$ — площадь его поперечного сечения.

Чтобы увеличить сопротивление $\text{R}$, можно было бы увеличить длину проводника $\text{l}$ или уменьшить площадь его поперечного сечения $\text{S}$. Однако использование очень длинного провода сделало бы прибор громоздким, а очень тонкий провод был бы непрочным и мог бы легко перегореть.

Поэтому наиболее рациональным способом получения большого сопротивления при сохранении компактности и прочности нагревательного элемента является выбор материала с высоким удельным сопротивлением $\rho$. Именно поэтому для спиралей используют специальные сплавы (например, нихром или фехраль), которые, помимо высокого $\rho$, обладают также высокой температурой плавления и жаростойкостью (устойчивостью к окислению при высоких температурах).

Ответ: Спираль электроплитки и других нагревательных приборов делают из металла с большим удельным сопротивлением для того, чтобы получить большое общее сопротивление нагревательного элемента при его компактных размерах (умеренной длине и достаточной толщине). Согласно закону Джоуля — Ленца, чем больше сопротивление, тем большее количество теплоты выделяется при прохождении электрического тока, что и является основной задачей нагревательного прибора.