Задания для развития, страница 135 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

• Что происходит в проводнике при его нагревании? Как эти изменения влияют на электрические свойства проводника? Как будет меняться сила тока в лампе, если постепенно повышать напряжение на ней?

Что происходит в проводнике при его нагревании?

Решение:

При нагревании проводника (например, металлической проволоки) его внутренняя энергия увеличивается. На микроскопическом уровне это проявляется в том, что ионы, образующие кристаллическую решётку металла, начинают совершать более интенсивные колебательные движения около своих положений равновесия. В то же время, свободные электроны, которые являются носителями заряда и обеспечивают протекание тока, хаотично движутся в пространстве между ионами. Усиление колебаний ионов приводит к увеличению вероятности и частоты столкновений свободных электронов с ними. Эти столкновения мешают упорядоченному движению электронов под действием электрического поля.

Ответ: При нагревании проводника ионы его кристаллической решётки начинают колебаться с большей амплитудой и частотой, что приводит к увеличению числа столкновений с ними свободных электронов.

Как эти изменения влияют на электрические свойства проводника?

Решение:

Поскольку столкновения электронов с ионами решётки препятствуют их направленному движению, увеличение частоты таких столкновений означает, что проводник оказывает большее противодействие электрическому току. Это свойство называется электрическим сопротивлением. Таким образом, при нагревании электрическое сопротивление металлического проводника увеличивается. Для многих металлов в определённом диапазоне температур эта зависимость близка к линейной и может быть описана формулой:
$R = R_0(1 + \alpha \cdot (T - T_0))$
где $R$ — сопротивление при конечной температуре $T$, $R_0$ — сопротивление при начальной температуре $T_0$, а $\alpha$ — это температурный коэффициент сопротивления, который для металлов является положительной величиной. Соответственно, электропроводность, величина, обратная сопротивлению, при нагревании уменьшается.

Ответ: С повышением температуры электрическое сопротивление проводника увеличивается, а его электропроводность, соответственно, уменьшается.

Как будет меняться сила тока в лампе, если постепенно повышать напряжение на ней?

Решение:

В лампе накаливания проводником является нить накала (чаще всего из вольфрама). Связь между силой тока $I$, напряжением $U$ и сопротивлением $R$ даётся законом Ома: $I = U/R$.
Если бы сопротивление нити лампы было постоянным, то сила тока была бы прямо пропорциональна напряжению. Однако при увеличении напряжения на лампе возрастает и сила тока. Согласно закону Джоуля-Ленца, выделяемая в проводнике тепловая мощность пропорциональна квадрату силы тока ($P = I^2R$). Это приводит к сильному нагреву нити накала.
Как было установлено в предыдущем пункте, с ростом температуры сопротивление $R$ нити накала значительно увеличивается. В результате, при постепенном повышении напряжения $U$, в знаменателе дроби $U/R$ также происходит рост. Это означает, что сила тока $I$ будет расти, но медленнее, чем напряжение. Зависимость силы тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) для лампы накаливания не является прямой линией, а представляет собой кривую, которая по мере роста напряжения всё больше отклоняется от прямой, характерной для постоянного сопротивления.

Ответ: При постепенном повышении напряжения на лампе сила тока будет возрастать, но не прямо пропорционально. Из-за нагрева нити накала и увеличения её сопротивления рост силы тока будет замедляться.