Номер 3, страница 170 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

3. Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготавливают спирали электроплиток?

Металл или сплав, используемый для изготовления спиралей электроплиток, должен обладать рядом специфических свойств, чтобы эффективно и долговечно выполнять свою функцию — преобразование электрической энергии в тепловую.

Решение

Основной принцип работы нагревательного элемента электроплитки основан на законе Джоуля-Ленца, согласно которому количество теплоты $Q$, выделяющееся в проводнике с током, определяется формулой: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$ где $I$ — сила тока, $R$ — сопротивление проводника, $t$ — время прохождения тока.

Чтобы получить значительное количество теплоты для нагрева, необходимо, чтобы спираль имела большое электрическое сопротивление $R$. Сопротивление проводника зависит от его материала и геометрических размеров по формуле: $R = \rho \frac{L}{S}$ где $\rho$ — удельное электрическое сопротивление материала, $L$ — длина проводника, $S$ — площадь его поперечного сечения.

Исходя из этих физических принципов и условий эксплуатации, материал для спирали электроплитки должен обладать следующими ключевыми свойствами:

1. Высокое удельное электрическое сопротивление ($\rho$). Как видно из формул, чем выше удельное сопротивление материала, тем большее сопротивление $R$ будет иметь проводник при тех же размерах. Это позволяет изготовить компактный нагревательный элемент (с умеренной длиной $L$ и толщиной $S$), который будет эффективно выделять большое количество тепла.
2. Высокая температура плавления. В рабочем состоянии спираль электроплитки раскаляется докрасна, ее температура может достигать 800-1000 °C. Материал спирали должен выдерживать такие высокие температуры, не плавясь и не деформируясь. Это обеспечивает долговечность и безопасность прибора.
3. Жаростойкость (сопротивление окислению при высоких температурах). При сильном нагреве на открытом воздухе многие металлы активно взаимодействуют с кислородом, то есть окисляются (перегорают). Этот процесс приводит к разрушению спирали. Поэтому материал для нагревательных элементов должен быть жаростойким — образовывать на своей поверхности тонкую, прочную и плотную оксидную пленку, которая защищает его от дальнейшего окисления и разрушения при высоких температурах.

Этим требованиям в наибольшей степени отвечают не чистые металлы, а специальные сплавы, такие как нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (сплав железа, хрома и алюминия).

Ответ: Металл (сплав) для изготовления спиралей электроплиток должен обладать тремя основными свойствами: высоким удельным электрическим сопротивлением, высокой температурой плавления и высокой жаростойкостью (сопротивлением окислению при сильном нагреве).