Номер 8, страница 133 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

8. Почему провода, по которым электрическая энергия подводится к утюгу, нагреваются намного меньше, чем спираль утюга?

Решение

Провода, по которым электрическая энергия подводится к утюгу, и нагревательная спираль самого утюга соединены последовательно. Это означает, что через них проходит электрический ток одинаковой силы $I$.

Количество теплоты $Q$, которое выделяется в проводнике при прохождении через него электрического тока, описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 R t$, где $I$ – сила тока, $R$ – сопротивление проводника, а $t$ – время протекания тока.

Из этой формулы видно, что при одинаковой силе тока ($I$) и времени ($t$), количество выделяемой теплоты $Q$ прямо пропорционально сопротивлению проводника $R$. Провода нагреваются значительно меньше спирали, потому что их электрическое сопротивление намного меньше, чем сопротивление спирали утюга.

Это различие в сопротивлении, которое рассчитывается по формуле $R = \rho \frac{l}{S}$ (где $\rho$ – удельное сопротивление материала, $l$ – длина, $S$ – площадь поперечного сечения), обусловлено следующими причинами:

Во-первых, материал. Спираль утюга изготавливается из специального сплава, например, нихрома, который имеет высокое удельное сопротивление $\rho$. Его специально выбирают для эффективного преобразования электрической энергии в тепловую. Провода же делают из меди, у которой удельное сопротивление очень низкое, что позволяет передавать электроэнергию с минимальными потерями на нагрев.

Во-вторых, геометрические размеры. Нагревательная спираль обычно представляет собой очень длинный и тонкий проводник (большое $l$ и малое $S$), что дополнительно увеличивает её сопротивление. Подводящие провода, наоборот, имеют достаточно большую площадь поперечного сечения (они толстые), чтобы их сопротивление было незначительным.

Таким образом, из-за того, что сопротивление спирали может быть в сотни раз больше сопротивления проводов, почти вся мощность ($P = I^2 R$) выделяется в виде тепла именно на спирали, а на проводах – лишь незначительная её часть.

Ответ: Провода и спираль утюга соединены последовательно, поэтому сила тока в них одинакова. Согласно закону Джоуля-Ленца ($Q = I^2 R t$), количество выделяемого тепла прямо пропорционально сопротивлению. Спираль утюга специально изготавливают из материала с высоким удельным сопротивлением (например, нихрома) и делают её длинной и тонкой, чтобы её сопротивление $R$ было очень большим. Провода же изготавливают из материала с низким сопротивлением (меди) и делают их достаточно толстыми, чтобы их сопротивление было минимальным. Поэтому почти вся тепловая энергия выделяется на спирали, а провода практически не нагреваются.