Номер 697, страница 108 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Закон Джоуля—Ленца - номер 697, страница 108.

Условие.

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

Решение.

Решение

Работа нагревательных приборов, таких как электроплитка, основана на тепловом действии электрического тока. Количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему электрического тока, описывается законом Джоуля-Ленца:

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

где $\text{Q}$ – количество теплоты, $\text{I}$ – сила тока в цепи, $\text{R}$ – сопротивление проводника (нагревательного элемента), а $\text{t}$ – время, в течение которого течет ток. Из этой формулы видно, что количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника. Таким образом, для эффективного нагрева необходимо, чтобы спираль имела как можно большее сопротивление $\text{R}$.

Сопротивление проводника зависит от его материала и геометрических размеров. Эта зависимость выражается формулой:

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

где $\rho$ (ро) – это удельное электрическое сопротивление материала, $\text{l}$ – длина проводника, а $\text{S}$ – площадь его поперечного сечения.

Для того чтобы сопротивление $\text{R}$ было большим, необходимо либо использовать проводник очень большой длины $\text{l}$, либо очень малого сечения $\text{S}$, либо выбрать материал с высоким удельным сопротивлением $\rho$.

Использовать очень длинный проводник непрактично, так как нагревательные приборы должны быть компактными. Использовать очень тонкий проводник опасно, так как он будет непрочным и может легко перегореть или расплавиться при высокой температуре. Следовательно, наиболее рациональным способом получения большого сопротивления при сохранении компактности и надежности является использование специального материала (сплава, например, нихрома) с высоким удельным сопротивлением $\rho$.

Кроме того, такие материалы должны обладать высокой температурой плавления и быть жаростойкими, то есть не окисляться и не разрушаться при сильном нагреве на воздухе.

Ответ:

Спираль электроплитки и других нагревательных приборов делают из металла с большим удельным сопротивлением для того, чтобы обеспечить 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 через него электрического тока, что и является основной задачей нагревательного прибора.