Номер 184, страница 31 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Удельная теплота плавления - номер 184, страница 31.

Условие.

184. Почему используется:

а) в предохранителях свинцовая проволочка;

б) в лампах накаливания нить из вольфрама;

в) в наружных термометрах спирт, а не ртуть?

Решение.

а) В электрических предохранителях используется свинцовая проволочка, так как её физические свойства идеально подходят для защитной функции. Основная задача предохранителя — разорвать электрическую цепь при превышении силой тока безопасного порога. Это происходит благодаря эффекту нагрева проводника током, который описывается законом Джоуля-Ленца ($Q = I^2Rt$). Свинец для этой цели выбирают по двум главным причинам:
1. Низкая температура плавления. Свинец плавится при температуре $327.5 \,^{\circ}\text{C}$. Когда ток в цепи возрастает, свинцовая проволочка быстро нагревается до этой температуры, плавится и разрывает цепь, защищая электроприборы от перегорания.
2. Относительно высокое удельное сопротивление по сравнению с медью, из которой изготавливают провода. Это означает, что при одинаковой силе тока в свинцовой проволоке выделяется больше теплоты, что ускоряет её нагрев и плавление.
Кроме того, свинец является дешёвым и доступным материалом.

Ответ: Свинцовая проволока используется в предохранителях из-за её низкой температуры плавления и достаточно высокого удельного сопротивления, что позволяет ей быстро расплавиться и разорвать цепь при опасном увеличении силы тока.

б) В лампах накаливания нить изготавливают из вольфрама, поскольку он обладает самой высокой температурой плавления среди всех металлов. Принцип действия лампы накаливания основан на явлении теплового излучения: тонкая нить накаливания нагревается электрическим током до такой высокой температуры, что начинает ярко светиться. Для получения яркого белого света температура нити должна быть очень высокой, обычно в диапазоне $2500 - 3000 \,^{\circ}\text{C}$.
Температура плавления вольфрама составляет $3422 \,^{\circ}\text{C}$. Это уникальное свойство позволяет нагревать вольфрамовую нить до нужных для яркого свечения температур без риска её расплавления. Другие металлы, такие как железо ($t_{пл} \approx 1538 \,^{\circ}\text{C}$) или медь ($t_{пл} \approx 1083 \,^{\circ}\text{C}$), расплавились бы задолго до достижения такой температуры. Также вольфрам имеет низкую скорость испарения при высоких температурах, что обеспечивает длительный срок службы лампы.

Ответ: Нить в лампах накаливания делают из вольфрама, потому что он является самым тугоплавким металлом и способен выдерживать нагрев до температур, необходимых для яркого свечения, не плавясь.

в) В наружных термометрах используется спирт, а не ртуть, главным образом из-за разницы в их температурах замерзания. Наружные термометры должны корректно работать в широком диапазоне температур, включая сильные морозы, характерные для многих регионов в зимнее время.
Температура замерзания ртути составляет около $-38.8 \,^{\circ}\text{C}$. Если температура на улице опустится ниже этого значения, ртуть в термометре замерзнет, и он перестанет показывать температуру, а также может быть поврежден.
Спирт (обычно подкрашенный этанол), используемый в термометрах, замерзает при гораздо более низкой температуре — около $-114 \,^{\circ}\text{C}$. Это позволяет спиртовым термометрам точно измерять температуру даже в самых суровых зимних условиях.
К дополнительным преимуществам спирта относятся его нетоксичность, в отличие от очень ядовитой ртути, и более низкая стоимость.

Ответ: В наружных термометрах используется спирт, так как он замерзает при значительно более низкой температуре (около $-114 \,^{\circ}\text{C}$), чем ртуть (около $-39 \,^{\circ}\text{C}$), что делает его пригодным для измерения очень низких температур в зимний период.