Номер 3, страница 61 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Электрические явления. Самостоятельные работы. СР-48. Лампа освещения. Электрические нагревательные приборы. Вариант 2 - номер 3, страница 61.

Условие.

3. С какой целью нагревательные элементы изготавливают из проводников с большим удельным сопротивлением? Приведите примеры веществ, которые чаще всего используют для изготовления нагревательных элементов.

Решение.

Нагревательные элементы изготавливают из проводников с большим удельным сопротивлением с целью получения максимального количества теплоты при прохождении через них электрического тока. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты $\text{Q}$, выделяющееся в проводнике, прямо пропорционально его сопротивлению $\text{R}$: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $\text{I}$ — сила тока, а $\text{t}$ — время. Таким образом, чем выше сопротивление нагревательного элемента, тем больше тепла он будет выделять при той же силе тока, которая проходит через всю цепь.

Сопротивление проводника $\text{R}$ рассчитывается по формуле $R = \rho \frac{l}{S}$, где $\rho$ — удельное сопротивление материала, $\text{l}$ — длина проводника, а $\text{S}$ — площадь его поперечного сечения. Использование материала с высоким удельным сопротивлением $\rho$ позволяет достичь необходимого высокого сопротивления $\text{R}$ при относительно небольшой длине $\text{l}$ и достаточной толщине $\text{S}$, что делает нагревательный элемент компактным и механически прочным. Если бы использовался материал с низким удельным сопротивлением (например, медь), то для достижения такого же сопротивления потребовался бы очень длинный и тонкий провод, что конструктивно нецелесообразно.

В дополнение к высокому удельному сопротивлению, материалы для нагревательных элементов должны обладать высокой температурой плавления и жаростойкостью, то есть быть устойчивыми к окислению при высоких температурах.

Наиболее распространенными материалами (сплавами), которые используют для изготовления нагревательных элементов, являются:

• Нихром (сплав никеля и хрома)
• Фехраль (сплав железа, хрома и алюминия)
• Константан (сплав меди, никеля и марганца)

Также в качестве нагревательного элемента (нити накала) в осветительных лампах используется вольфрам.

Ответ: Нагревательные элементы изготавливают из проводников с большим удельным сопротивлением для того, чтобы увеличить количество выделяемой теплоты, так как оно, согласно закону Джоуля-Ленца, прямо пропорционально сопротивлению. Это позволяет создавать компактные и прочные нагреватели с высоким сопротивлением. Примеры таких материалов: нихром, фехраль, вольфрам.