Ответьте на вопросы, страница 177 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему у мощных приборов провода для подключения в сеть толстые?

2. Почему количество теплоты, выделяемое движущимся проводником, меньше работы тока?

3. Почему количество теплоты, выделенное в цепи с работающим двигателем, называют потерями электроэнергии?

1. Почему у мощных приборов провода для подключения в сеть толстые?

Мощные электрические приборы потребляют большой ток. Мощность прибора $P$ связана с напряжением в сети $U$ и силой тока $I$ формулой $P = U \cdot I$. При стандартном напряжении в сети (например, 220 В), чем больше мощность прибора, тем большую силу тока он потребляет из сети: $I = P/U$.

Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты $Q$, выделяемое в проводнике при прохождении по нему тока, прямо пропорционально квадрату силы тока $I$, сопротивлению проводника $R$ и времени прохождения тока $t$: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$. Это означает, что при большом токе в проводах выделяется значительное количество тепла.

Сопротивление проводника $R$ зависит от его материала (удельного сопротивления $\rho$), длины $l$ и площади поперечного сечения $S$ по формуле $R = \rho \frac{l}{S}$. Чтобы уменьшить количество выделяемого тепла и избежать перегрева, который может привести к расплавлению изоляции и возгоранию, необходимо уменьшить сопротивление проводов. Из формулы видно, что для уменьшения сопротивления $R$ при неизменных длине и материале необходимо увеличить площадь поперечного сечения $S$.

Увеличение площади поперечного сечения как раз и означает, что провод делают толще.

Ответ: Провода для мощных приборов делают толстыми, чтобы уменьшить их электрическое сопротивление. Это позволяет безопасно пропускать большой ток, необходимый для работы прибора, и избежать опасного перегрева проводов за счет уменьшения количества выделяемой теплоты.

2. Почему количество теплоты, выделяемое движущимся проводником, меньше работы тока?

Согласно закону сохранения энергии, работа, совершаемая электрическим током в проводнике ($A_{тока}$), расходуется на преобразование электрической энергии в другие виды.

Если проводник неподвижен, вся работа тока идет на его нагрев. В этом случае работа тока равна количеству выделившейся теплоты $Q$: $A_{тока} = Q$.

Если же проводник с током движется (например, в магнитном поле, как в электродвигателе), то работа тока расходуется не только на нагрев проводника, но и на совершение механической работы $A_{мех}$ по перемещению этого проводника. В этом случае закон сохранения энергии для участка цепи записывается как: $A_{тока} = Q + A_{мех}$.

Поскольку часть энергии уходит на совершение полезной механической работы ($A_{мех} > 0$), на долю теплоты $Q$ остается лишь часть от полной работы тока. Следовательно, количество теплоты, выделяемое движущимся проводником, оказывается меньше полной работы тока: $Q = A_{тока} - A_{мех}$, откуда $Q < A_{тока}$.

Ответ: Потому что в движущемся проводнике работа тока расходуется не только на выделение теплоты, но и на совершение механической работы. Таким образом, полная работа тока оказывается больше, чем количество выделенной теплоты.

3. Почему количество теплоты, выделенное в цепи с работающим двигателем, называют потерями электроэнергии?

Основное назначение электродвигателя — преобразование электрической энергии в механическую работу (например, вращение вала). Эта механическая работа является полезным результатом его действия.

В процессе работы через обмотки двигателя протекает электрический ток. Так как обмотки сделаны из проводников, обладающих электрическим сопротивлением, в них, согласно закону Джоуля-Ленца, неизбежно выделяется теплота. Это тепло нагревает сам двигатель и окружающую среду.

Эта часть электрической энергии, которая превратилась в тепло, не совершает полезной механической работы. С точки зрения основной функции двигателя, эта энергия потрачена впустую. Именно поэтому выделение теплоты в обмотках работающего двигателя рассматривают как нежелательный побочный эффект и называют потерями электроэнергии.

Эффективность (КПД) двигателя как раз и определяется отношением полезной механической работы ко всей затраченной электрической энергии. Чем больше тепловые потери, тем ниже КПД устройства.

Ответ: Количество теплоты, выделенное в цепи с работающим двигателем, называют потерями, потому что эта часть энергии не преобразуется в полезную механическую работу, а бесполезно рассеивается в окружающую среду, снижая эффективность (КПД) двигателя.