Номер 1, страница 60 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Электрические явления. Самостоятельные работы. СР-47. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля—Ленца. Вариант 2 - номер 1, страница 60.

Условие.

1. Объясните причину нагревания проводника при протекании по нему электрического тока.

Решение.

1. Нагревание проводника при прохождении через него электрического тока объясняется на микроскопическом уровне взаимодействием носителей заряда (в металлах — свободных электронов) со структурой самого проводника.

Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой упорядоченное движение свободных электронов под действием внешнего электрического поля. Структура металлического проводника — это кристаллическая решетка, в узлах которой находятся положительно заряженные ионы.

Двигаясь по проводнику, свободные электроны разгоняются электрическим полем, приобретая кинетическую энергию. Однако их движение не является беспрепятственным. Они постоянно сталкиваются с ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки.

Во время этих столкновений электроны передают часть своей кинетической энергии ионам решетки. Эта переданная энергия увеличивает амплитуду колебаний ионов около их положений равновесия. С точки зрения термодинамики, увеличение кинетической энергии колебательного движения частиц тела означает рост его внутренней энергии, что макроскопически воспринимается как повышение температуры. Таким образом, проводник нагревается.

Этот процесс преобразования электрической энергии во внутреннюю (тепловую) энергию количественно описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2Rt$, где $\text{Q}$ — количество выделившейся теплоты, $\text{I}$ — сила тока, $\text{R}$ — сопротивление проводника, и $\text{t}$ — время протекания тока. Электрическое сопротивление $\text{R}$ как раз и является макроскопической характеристикой, которая отражает степень противодействия движению электронов со стороны кристаллической решетки.

Ответ: Причина нагревания проводника заключается в том, что свободные электроны, образующие электрический ток, при своем движении сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника и передают им часть своей кинетической энергии. Эта энергия увеличивает интенсивность колебаний ионов, что приводит к росту внутренней энергии и, следовательно, к повышению температуры проводника.