Номер 3, страница 178 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

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

Решение

Провод, с помощью которого настольная лампа включается в сеть, и нить накаливания лампы соединены последовательно. Это означает, что сила тока, проходящего через провод и через нить, абсолютно одинакова.

Количество теплоты $Q$, которое выделяется в проводнике при прохождении через него электрического тока, описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$ где $I$ – сила тока, $R$ – электрическое сопротивление проводника, $t$ – время прохождения тока.

Так как сила тока $I$ и время $t$ для провода и нити накала одинаковы, то количество выделяемой теплоты $Q$ напрямую зависит только от сопротивления $R$. Элемент цепи с большим сопротивлением будет выделять больше тепла и, следовательно, нагреваться сильнее.

Разница в нагреве обусловлена огромным различием в сопротивлении провода и нити накаливания:

1. Соединительный провод специально изготавливается с очень низким сопротивлением. Для этого используются материалы с хорошей проводимостью (например, медь) и делается достаточно большая площадь поперечного сечения (толстый провод). В результате его сопротивление близко к нулю, и на нем выделяется очень малое количество теплоты, которое легко рассеивается в окружающую среду.

2. Нить накаливания лампы, наоборот, создается с очень высоким сопротивлением. Ее изготавливают из тугоплавкого материала с высоким удельным сопротивлением (например, вольфрама), делают очень тонкой и длинной (для компактности скручивая в спираль). Из-за очень большого сопротивления нити ($R_{нити} \gg R_{провода}$) в ней, согласно закону Джоуля-Ленца, выделяется огромное количество теплоты. Это приводит к тому, что нить раскаляется до высокой температуры и начинает ярко светиться.

Таким образом, практически вся тепловая мощность выделяется на участке цепи с наибольшим сопротивлением, которым и является нить лампы.

Ответ: Провод и нить лампы соединены последовательно, поэтому сила тока в них одинакова. Согласно закону Джоуля-Ленца ($Q = I^2 R t$), количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению. Сопротивление соединительного провода очень мало, поэтому он почти не нагревается. Сопротивление нити накаливания очень велико, поэтому в ней выделяется большое количество теплоты, и она раскаляется добела.