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

3. Почему провод, с помощью которого настольная лампочка включается в сеть, практически не нагревается, в то время как нить лампочки раскаляется добела?

Решение

Провод, с помощью которого настольная лампочка включается в сеть, и нить накаливания самой лампочки соединены последовательно. Это означает, что сила тока $I$, протекающего через провод, и сила тока, протекающего через нить накаливания, одинаковы.

Количество теплоты $Q$, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, определяется законом Джоуля-Ленца:

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

где:

• $I$ – сила тока,
• $R$ – сопротивление проводника,
• $t$ – время прохождения тока.

Из этой формулы видно, что при одинаковой силе тока и времени его прохождения, количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника ($Q \sim R$).

Ключевое различие между проводом и нитью накаливания заключается в их электрическом сопротивлении.

1. Провод: Его изготавливают из материала с низким удельным сопротивлением (например, меди) и делают достаточно толстым (с большой площадью поперечного сечения). Это обеспечивает очень малое электрическое сопротивление провода.
2. Нить накаливания: Ее изготавливают из материала с высоким удельным сопротивлением (например, вольфрама), делают очень тонкой и длинной. Все это делается для того, чтобы ее сопротивление было очень большим, в сотни раз больше сопротивления подводящего провода.

Поскольку сопротивление нити накаливания ($R_{нити}$) намного больше сопротивления провода ($R_{провода}$), то и количество теплоты, выделяющееся в ней, будет во столько же раз больше:

$Q_{нити} \gg Q_{провода}$

В результате этого большое количество теплоты, выделяющееся в нити, раскаляет ее до высокой температуры (около 2500–3000 °C), заставляя светиться белым светом. В то же время, незначительное количество теплоты, выделяющееся в проводе, легко рассеивается в окружающую среду, и провод практически не нагревается.

Ответ: Провод и нить накаливания соединены последовательно, поэтому сила тока в них одинакова. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению. Сопротивление нити накаливания (сделанной из вольфрама, тонкой и длинной) в сотни раз больше сопротивления медного провода (толстого и с низким удельным сопротивлением). Поэтому на нити выделяется гораздо больше тепла, что приводит к ее раскаливанию, в то время как провод практически не нагревается.