Номер 679, страница 106 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Закон Джоуля—Ленца - номер 679, страница 106.

Условие.

679. В лампе накаливания и подводящих проводах сила тока одинаковая. Почему нить лампы накаляется, а провода остаются холодными?

Решение.

Лампа накаливания и подводящие к ней провода включены в цепь последовательно, а при последовательном соединении сила тока $\text{I}$ во всех элементах цепи одинакова. Количество теплоты $\text{Q}$, которое выделяется в проводнике за время $\text{t}$ при прохождении через него тока, описывается законом Джоуля-Ленца:

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

Из этой формулы следует, что при одинаковой силе тока $\text{I}$ и времени $\text{t}$ количество выделяемой теплоты $\text{Q}$ прямо пропорционально электрическому сопротивлению $\text{R}$ участка цепи.

Сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

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

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

Нить накаливания лампы и подводящие провода имеют принципиально разные характеристики:

1. Нить накаливания специально создается с очень большим сопротивлением. Для этого используется материал с высоким удельным сопротивлением (вольфрам), а сама нить делается очень длинной (для компактности её сворачивают в спираль) и очень тонкой (малая площадь поперечного сечения $\text{S}$).

2. Подводящие провода, наоборот, должны обладать малым сопротивлением для уменьшения потерь энергии. Их изготавливают из материалов с низким удельным сопротивлением (например, из меди) и делают достаточно толстыми (большая площадь поперечного сечения $\text{S}$).

В результате сопротивление нити накаливания ($R_{нить}$) оказывается в сотни и тысячи раз больше сопротивления подводящих проводов ($R_{провода}$). Поскольку $R_{нить} \gg R_{провода}$, то и количество теплоты, выделяющееся на нити ($Q_{нить} = I^2 R_{нить} t$), будет во столько же раз больше, чем на проводах ($Q_{провода} = I^2 R_{провода} t$). Это огромное количество теплоты раскаляет нить до высокой температуры, заставляя ее ярко светиться. В то же время на проводах выделяется незначительное количество тепла, которое быстро рассеивается в окружающую среду, поэтому они остаются практически холодными.

Ответ: Нить лампы накаляется, а провода остаются холодными, потому что при одинаковой силе тока количество выделяемого тепла пропорционально сопротивлению. Нить накаливания имеет очень большое сопротивление по сравнению с подводящими проводами, поэтому на ней выделяется значительно больше тепла, достаточного для её раскаливания.