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

3. В каком случае работа тока и количество выделившейся тепловой энергии одинаковы?

Решение

Работа электрического тока ($A$) представляет собой меру энергии, которую электрическое поле передает заряженным частицам при их упорядоченном движении в проводнике. Эта энергия, в соответствии с законом сохранения энергии, может преобразовываться в различные другие виды энергии.

Работа тока на участке цепи вычисляется по формуле:

$A = U \cdot I \cdot t$,

где $U$ — напряжение на участке цепи, $I$ — сила тока, $t$ — время прохождения тока.

Количество тепловой энергии ($Q$), которое выделяется в проводнике при прохождении через него электрического тока, описывается законом Джоуля-Ленца:

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

где $R$ — сопротивление проводника.

Чтобы понять, в каком случае эти две величины равны ($A = Q$), воспользуемся законом Ома для участка цепи, который связывает напряжение, силу тока и сопротивление: $U = I \cdot R$. Подставим это выражение в формулу для работы тока:

$A = (I \cdot R) \cdot I \cdot t = I^2 \cdot R \cdot t$

Сравнивая полученное выражение для работы с формулой для количества теплоты, мы видим, что они идентичны: $A = Q$.

Однако это равенство справедливо только при определенном условии. Работа тока ($A = I^2 \cdot R \cdot t$) — это вся энергия, которая выделилась на данном участке цепи. Эта энергия может пойти не только на нагрев проводника ($Q$), но и на совершение механической работы (например, в электродвигателе) или на химические преобразования (например, при зарядке аккумулятора).

Следовательно, работа тока равна количеству выделившейся тепловой энергии только в том случае, если на данном участке цепи не совершается никакой другой работы, кроме как преобразования электрической энергии в тепловую. Это происходит, когда ток проходит через неподвижный проводник, который представляет собой чисто резистивную нагрузку (например, нагревательный элемент, обычный резистор).

Ответ: Работа тока и количество выделившейся тепловой энергии одинаковы в случае, когда вся работа тока идет только на нагревание проводника. Это условие выполняется для неподвижных проводников, в которых не совершается механическая работа и не происходят химические реакции (например, в резисторах и нагревательных приборах).