Номер 2, страница 162 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца.

2. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца.

Закон Джоуля—Ленца — это физический закон, который количественно описывает тепловое действие электрического тока. Он был установлен независимо английским физиком Джеймсом Джоулем и русским физиком Эмилием Ленцем в 1841-1842 годах.

Словесная формулировка: Количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему постоянного электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого ток протекал через проводник.

Математически закон Джоуля—Ленца выражается следующей формулой:

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

В этой формуле:

$Q$ — это количество выделившейся теплоты, измеряемое в джоулях (Дж);

$I$ — это сила тока в цепи, измеряемая в амперах (А);

$R$ — это электрическое сопротивление проводника, измеряемое в омах (Ом);

$t$ — это время прохождения тока, измеряемое в секундах (с).

Закон также можно выразить через напряжение $U$ на концах проводника, используя закон Ома для участка цепи ($U = I \cdot R$):

$Q = U \cdot I \cdot t$

$Q = \frac{U^2}{R} \cdot t$

Ответ: Закон Джоуля—Ленца гласит, что количество теплоты ($Q$), выделяемое в проводнике, равно произведению квадрата силы тока ($I$), сопротивления проводника ($R$) и времени прохождения тока ($t$). Математическая формула: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$.

3. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?

Нагревание проводника при прохождении через него электрического тока объясняется на микроскопическом уровне взаимодействием носителей заряда (электронов в металлах) с ионами кристаллической решетки проводника. Этот процесс можно описать в несколько этапов:

1. Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой направленное движение свободных электронов под действием внешнего электрического поля.

2. Двигаясь сквозь проводник, электроны не перемещаются свободно. Они постоянно сталкиваются с ионами, которые находятся в узлах кристаллической решетки металла и совершают тепловые колебания.

3. При каждом таком столкновении электроны, которые были ускорены электрическим полем и набрали определенную кинетическую энергию, передают часть этой энергии ионам решетки.

4. Получив дополнительную энергию от электронов, ионы начинают колебаться с большей амплитудой и частотой. Это означает, что средняя кинетическая энергия теплового движения ионов увеличивается.

5. Увеличение средней кинетической энергии частиц вещества равносильно увеличению его внутренней энергии. Макроскопическим проявлением увеличения внутренней энергии тела является повышение его температуры.

Таким образом, работа, совершаемая электрическим полем по перемещению зарядов, преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию проводника, что и вызывает его нагревание.

Ответ: Нагревание проводника током объясняется тем, что свободные электроны, образующие ток, при своем движении сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника и передают им часть своей кинетической энергии. Эта переданная энергия увеличивает интенсивность тепловых колебаний ионов, что приводит к росту внутренней энергии и, следовательно, температуры проводника.