Номер 1, страница 181 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Глава 2. Электрические явления. Параграф 49. Короткое замыкание. Предохранители. Обсуди с товарищем - номер 1, страница 181.

Условие.

1. Почему нить накала в современных лампах делают из вольфрама?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

1. Нить накала в лампах накаливания работает по принципу теплового излучения: электрический ток, проходя через тонкий проводник (нить), разогревает его до очень высокой температуры, в результате чего проводник начинает ярко светиться. Материал для нити накала должен обладать целым набором специфических свойств, и вольфрам является практически идеальным кандидатом по нескольким ключевым причинам.

1. Высочайшая температура плавления (тугоплавкость). Это самое важное свойство. Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов — около $3422$ °C. Это позволяет раскалять вольфрамовую нить до рабочих температур в $2000–2800$ °C, не опасаясь её расплавления. При такой высокой температуре тело излучает яркий свет в видимом диапазоне, близкий к белому. Любой другой более доступный металл (например, железо с температурой плавления $1538$ °C или медь — $1084$ °C) просто расплавился бы задолго до достижения необходимой для яркого свечения температуры.

2. Высокое удельное электрическое сопротивление. Для того чтобы нить эффективно нагревалась током, её материал должен обладать значительным электрическим сопротивлением. Количество теплоты $Q$, выделяемое в проводнике при прохождении тока, описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $R$ — сопротивление нити. Вольфрам обладает достаточно высоким удельным сопротивлением (примерно в 3 раза выше, чем у железа, и в 10 раз выше, чем у меди при комнатной температуре), что позволяет изготовить нить разумной длины и толщины, которая будет эффективно преобразовывать электрическую энергию в тепловую, а затем в световую.

3. Малая скорость испарения. При высоких рабочих температурах атомы металла начинают испаряться с поверхности нити (этот процесс называется сублимацией). Испарение приводит к двум негативным последствиям: нить со временем утончается и в конце концов перегорает, а осевшие на стекле атомы металла затемняют колбу, снижая светоотдачу. Вольфрам, даже будучи раскалённым добела, испаряется очень медленно. Это свойство обеспечивает длительный срок службы лампы накаливания (до 1000 часов и более).

4. Механическая прочность и пластичность. Вольфрам — твёрдый и прочный металл. После специальной обработки он становится достаточно пластичным, чтобы из него можно было вытягивать очень тонкую проволоку (диаметром в сотые доли миллиметра). Это позволяет изготавливать длинные нити, которые для компактности сворачивают в спираль (или биспираль — спираль из спирали), что увеличивает сопротивление и светоотдачу при сохранении малых размеров тела накала.

Таким образом, именно уникальное сочетание этих четырёх качеств — тугоплавкости, высокого сопротивления, низкой скорости испарения и прочности — делает вольфрам незаменимым материалом для нитей накала.

Ответ: Нить накала в современных лампах делают из вольфрама, потому что он обладает уникальной комбинацией физических свойств: самой высокой температурой плавления среди всех металлов (тугоплавкость), что позволяет нагревать его до яркого белого свечения; высоким удельным электрическим сопротивлением для эффективного нагрева; и очень низкой скоростью испарения при рабочих температурах, что обеспечивает долгий срок службы лампы.