Номер 2, страница 173 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

2. Сформулируйте закон Джоуля— Ленца.

1. Количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему электрического тока, зависит от трёх основных физических величин. Эта зависимость была установлена экспериментально Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцем и лежит в основе закона Джоуля—Ленца.

Факторы, определяющие количество выделяемой теплоты:

• Сила тока ($I$): Количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока. Это означает, что при увеличении силы тока в два раза, количество выделяемой теплоты увеличится в четыре раза.
• Сопротивление проводника ($R$): Количество теплоты прямо пропорционально сопротивлению участка цепи, по которому течёт ток. Материалы с большим сопротивлением (например, нихром) нагреваются сильнее, чем материалы с низким сопротивлением (например, медь) при одинаковой силе тока.
• Время протекания тока ($t$): Количество теплоты прямо пропорционально времени, в течение которого ток проходит через проводник. Чем дольше течёт ток, тем больше тепла выделяется.

Эти зависимости объединяются в единую формулу, которая и представляет собой закон Джоуля—Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$.

Ответ: Количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, зависит от квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания тока.

2. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца.

Закон Джоуля—Ленца — это физический закон, который определяет количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении через него электрического тока.

Словесная формулировка:

Количество теплоты ($Q$), выделяемое в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока ($I$), сопротивления проводника ($R$) и времени ($t$), в течение которого ток протекал через проводник.

Математическая формулировка:

Закон выражается следующей формулой:

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

где:

• $Q$ — количество теплоты, измеряемое в джоулях (Дж),
• $I$ — сила тока, измеряемая в амперах (А),
• $R$ — сопротивление проводника, измеряемое в омах (Ом),
• $t$ — время протекания тока, измеряемое в секундах (с).

Используя закон Ома для участка цепи ($U = I \cdot R$), формулу закона Джоуля—Ленца можно представить в других видах:

• $Q = U \cdot I \cdot t$ (поскольку $I^2 R = (IR)It = UIt$)
• $Q = \frac{U^2}{R} \cdot t$ (поскольку $I = U/R$, то $I^2 R = (U/R)^2 R = \frac{U^2}{R^2}R = \frac{U^2}{R}$)

где $U$ — напряжение на концах проводника, измеряемое в вольтах (В).

Ответ: Закон Джоуля—Ленца гласит, что количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока. Математически это выражается формулой $Q = I^2 \cdot R \cdot t$.

3. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?

Нагревание проводника при прохождении по нему электрического тока объясняется на микроскопическом уровне взаимодействием носителей заряда с кристаллической решёткой вещества проводника.

Процесс можно описать следующим образом:

1. Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой упорядоченное движение свободных электронов под действием электрического поля.
2. Двигаясь по проводнику, электроны постоянно сталкиваются с ионами, находящимися в узлах кристаллической решётки металла.
3. В процессе каждого такого столкновения электрон передаёт часть своей кинетической энергии, полученной от электрического поля, иону.
4. Получив дополнительную энергию, ионы начинают колебаться с большей амплитудой и частотой. Увеличение интенсивности колебаний ионов кристаллической решётки означает увеличение внутренней энергии проводника.
5. Макроскопически это увеличение внутренней энергии проявляется как повышение температуры проводника, то есть его нагрев.

Таким образом, работа, совершаемая электрическим полем по перемещению зарядов, преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию проводника из-за его электрического сопротивления.

Ответ: Нагревание проводника объясняется тем, что движущиеся под действием электрического поля электроны сталкиваются с ионами кристаллической решётки проводника и передают им свою энергию. Это приводит к увеличению интенсивности колебаний ионов, что макроскопически воспринимается как повышение температуры.