Ответьте на вопросы, страница 180 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему электрические лампы перегорают чаще всего при их включении в сеть?

2. Почему при высоких напряжениях зависимость силы тока от напряжения в проводниках не является прямо пропорциональной?

1. Почему электрические лампы перегорают чаще всего при их включении в сеть?

Электрические лампы накаливания перегорают чаще всего в момент включения из-за явления, связанного с зависимостью сопротивления материала нити накала (обычно вольфрама) от температуры.

1. В холодном, выключенном состоянии нить накала имеет очень низкое электрическое сопротивление ($R_{холод}$). Оно примерно в 10-15 раз меньше, чем сопротивление нити в рабочем, раскаленном состоянии ($R_{горяч}$).

2. Согласно закону Ома, сила тока $I$ обратно пропорциональна сопротивлению $R$ при постоянном напряжении $U$: $I = U/R$.

3. В момент включения лампы к ее холодной нити с низким сопротивлением $R_{холод}$ прикладывается полное напряжение сети. Это приводит к возникновению очень большого пускового тока $I_{пуск} = U/R_{холод}$. Этот ток значительно превышает номинальный рабочий ток лампы.

4. Такой резкий и мощный скачок тока вызывает почти мгновенный и сильный разогрев нити, что равносильно тепловому удару.

5. В процессе эксплуатации нить лампы постепенно изнашивается: вольфрам испаряется, и на нити образуются более тонкие и ослабленные участки.

6. Именно в момент включения, когда ток максимален, эти ослабленные участки не выдерживают теплового удара и перегрузки по току. Они мгновенно расплавляются или испаряются, разрывая электрическую цепь, что и воспринимается как «перегорание» лампы.

Ответ: Лампы перегорают при включении из-за резкого скачка тока (пускового тока), который возникает потому, что сопротивление холодной нити накала значительно ниже, чем у разогретой. Этот большой ток вызывает тепловой удар, который не выдерживают изношенные и утончившиеся участки нити.

2. Почему при высоких напряжениях зависимость силы тока от напряжения в проводниках не является прямо пропорциональной?

Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока $I$ прямо пропорциональна приложенному напряжению $U$ и обратно пропорциональна сопротивлению проводника $R$: $I = U/R$. Прямая пропорциональность между силой тока и напряжением ($I \propto U$) наблюдается только в том случае, если сопротивление $R$ остается постоянным.

1. При прохождении электрического тока через проводник выделяется тепло в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Мощность выделяемого тепла $P$ равна $P = I^2R = U^2/R$.

2. При низких напряжениях сила тока мала, выделяемая мощность незначительна, и проводник практически не нагревается. Его температура, а следовательно, и сопротивление остаются практически постоянными. В этом случае закон Ома выполняется, и зависимость силы тока от напряжения является прямо пропорциональной (линейной).

3. При высоких напряжениях сила тока в проводнике становится значительной. Это приводит к существенному выделению тепла и, как следствие, к сильному нагреву проводника.

4. Электрическое сопротивление большинства металлов (из которых делают проводники) увеличивается с ростом температуры. Таким образом, из-за нагрева сопротивление проводника $R$ перестает быть постоянной величиной и начинает расти.

5. Поскольку сопротивление $R$ в формуле $I = U/R$ увеличивается с ростом напряжения (из-за нагрева), сила тока $I$ растет медленнее, чем напряжение $U$. График зависимости силы тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) перестает быть прямой линией и изгибается, что и означает нарушение прямой пропорциональности.

Ответ: Зависимость перестает быть прямо пропорциональной, так как при высоких напряжениях проводник сильно нагревается, что приводит к увеличению его электрического сопротивления. Поскольку сопротивление не остается постоянным, нарушается условие применимости закона Ома в его простейшей форме, и ток растет медленнее, чем напряжение.