Номер 3, страница 242 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 7. Электрический ток. Параграф 59. Работа электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Вопросы в начале параграфа - номер 3, страница 242.

Условие.

✓ Как проявляется тепловое действие электрического тока?

Решение.

Тепловое действие электрического тока — это явление нагрева проводника, по которому протекает электрический ток. Это происходит потому, что любой реальный проводник (за исключением сверхпроводников) обладает электрическим сопротивлением. При прохождении тока часть энергии электрического поля преобразуется во внутреннюю энергию проводника, что и вызывает его нагрев.

На микроскопическом уровне механизм этого явления заключается в следующем: движущиеся под действием электрического поля заряженные частицы (в металлах — электроны) сталкиваются с ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки проводника. В результате этих столкновений электроны передают часть своей кинетической энергии ионам, что приводит к увеличению амплитуды их колебаний. Увеличение интенсивности колебаний ионов в кристаллической решетке и есть нагрев тела.

Количественно этот процесс описывается законом Джоуля–Ленца. Он гласит, что количество теплоты $\text{Q}$, выделяющееся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока $\text{I}$, сопротивлению проводника $\text{R}$ и времени $\text{t}$, в течение которого ток протекает по проводнику. Формула закона:

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

где:
$\text{Q}$ — количество теплоты (в джоулях, Дж),
$\text{I}$ — сила тока (в амперах, А),
$\text{R}$ — сопротивление (в омах, Ом),
$\text{t}$ — время (в секундах, с).

Из формулы следует, что выделяемое тепло больше в проводниках с высоким сопротивлением и при большой силе тока.

Проявления теплового действия тока можно разделить на полезные и вредные.

Полезные применения:
• Электрические нагревательные приборы: работа электроплит, утюгов, чайников, бойлеров, обогревателей (ТЭНов) основана на преобразовании электрической энергии в тепловую.
• Осветительные приборы: в лампах накаливания ток раскаляет тонкую вольфрамовую нить до такой высокой температуры, что она начинает ярко светиться.
• Плавкие предохранители: они защищают электрические цепи от перегрузок. При превышении допустимой силы тока тонкий проводник внутри предохранителя плавится, разрывая цепь.
• Электросварка: сильный ток, проходящий через место контакта свариваемых деталей, выделяет огромное количество тепла, которое расплавляет металл.

Вредные проявления:
• Потери энергии в линиях электропередач (ЛЭП): при транспортировке электроэнергии на большие расстояния часть ее теряется в виде тепла, бесполезно нагревая провода.
• Перегрев электропроводки: если сила тока в сети превышает ту, на которую рассчитаны провода, они могут сильно нагреться. Это может привести к расплавлению изоляции, короткому замыканию и, как следствие, к пожару.
• Нагрев электроники: работающие электронные компоненты, такие как процессоры в компьютерах, выделяют тепло, что требует применения систем охлаждения (радиаторов, вентиляторов) для предотвращения их перегрева и выхода из строя.

Ответ: Тепловое действие электрического тока проявляется в нагреве проводника при прохождении по нему электрического тока, что связано с преобразованием электрической энергии во внутреннюю. Это явление находит широкое применение в нагревательных и осветительных приборах, но также является причиной нежелательных потерь энергии и перегрева оборудования.