Номер 3, страница 162 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

3. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?

3. Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой упорядоченное движение свободных электронов. Эти электроны движутся под действием электрического поля, но на своем пути они постоянно сталкиваются с ионами кристаллической решетки металла. При каждом таком столкновении электроны передают часть своей кинетической энергии ионам. В результате этого энергия колебаний ионов в узлах кристаллической решетки увеличивается. Увеличение средней кинетической энергии колебательного движения частиц тела и есть повышение его температуры, то есть нагревание. Таким образом, работа, совершаемая электрическим полем по перемещению зарядов, переходит во внутреннюю энергию проводника, которая выделяется в виде тепла.

Ответ: Нагревание проводника электрическим током объясняется тем, что движущиеся под действием электрического поля электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этих столкновениях электроны передают ионам свою энергию, что приводит к увеличению интенсивности колебаний ионов и, следовательно, к росту внутренней энергии и температуры проводника.

4. Дано:

Закон сохранения энергии.

Закон Ома для участка цепи.

Найти:

Формулу для количества теплоты $Q$, выделяющейся в проводнике.

Решение:

Работа $A$ электрического поля по перемещению заряда $q$ через участок цепи с напряжением $U$ равна: $A = qU$.

Сила тока $I$ определяется как заряд $q$, прошедший через поперечное сечение проводника за время $t$: $I = \frac{q}{t}$, откуда следует, что $q = It$.

Подставим выражение для заряда $q$ в формулу для работы: $A = UIt$.

Согласно закону сохранения энергии, если на участке цепи не совершается механическая работа, то вся работа электрического тока превращается в теплоту $Q$, которая выделяется в проводнике: $Q = A$.

Следовательно, количество теплоты равно $Q = UIt$.

Теперь воспользуемся законом Ома для участка цепи, который связывает напряжение $U$, силу тока $I$ и сопротивление проводника $R$: $U = IR$.

Подставим это выражение для напряжения в полученную формулу для количества теплоты: $Q = (IR)It$.

В итоге получаем искомую формулу, известную как закон Джоуля–Ленца: $Q = I^2Rt$.

Ответ: Используя закон сохранения энергии ($Q = A$), формулу для работы электрического тока ($A = UIt$) и закон Ома ($U = IR$), можно вывести формулу для количества теплоты, выделяемой в проводнике: $Q = I^2Rt$.