Ответьте на вопросы, страница 186 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему лампу накаливания заполняют инертным газом?

2. Почему в современных квартирах часто «выбивает» пробки?

3. Почему мощные бытовые приборы имеют толстый соединительный провод для
подключения к сети?

1. Почему лампу накаливания заполняют инертным газом?

Лампа накаливания работает за счет нагрева тонкой вольфрамовой нити электрическим током до очень высокой температуры (около 2500–3000 °C), при которой она начинает ярко светиться. При такой температуре в вакууме металл нити начинает интенсивно испаряться (сублимировать). Атомы вольфрама оседают на внутренней поверхности стеклянной колбы, вызывая её потемнение и снижая светоотдачу. Кроме того, испарение приводит к утончению нити и её быстрому перегоранию, что значительно сокращает срок службы лампы.

Чтобы замедлить этот процесс, колбу лампы заполняют инертным газом (обычно аргоном, криптоном или ксеноном, иногда в смеси с азотом). Газ создает внутри колбы давление, которое препятствует испарению атомов вольфрама с поверхности раскаленной нити. Это позволяет повысить рабочую температуру нити, увеличить яркость и светоотдачу лампы, а главное — значительно продлить её срок службы. Газ должен быть именно инертным, то есть химически неактивным, чтобы он не вступал в реакцию с раскаленным вольфрамом, что привело бы к мгновенному разрушению нити.

Ответ: Инертный газ в лампе накаливания нужен для того, чтобы уменьшить скорость испарения материала нити накала (вольфрама) при высокой температуре. Это позволяет увеличить срок службы лампы и её яркость.

2. Почему в современных квартирах часто «выбивает» пробки?

Выражение «выбивает пробки» означает срабатывание защитных устройств в электрической сети — автоматических выключателей (которые пришли на смену старым плавким предохранителям, «пробкам»). Эти устройства предназначены для защиты электропроводки от перегрузки и короткого замыкания. Они автоматически разрывают цепь, если сила тока в ней превышает допустимое значение.

В современных квартирах используется большое количество мощных электроприборов: электрические чайники, микроволновые печи, стиральные машины, кондиционеры, обогреватели, утюги и т.д. Все приборы в квартире подключены к сети параллельно. При параллельном соединении общий ток в цепи равен сумме токов, потребляемых каждым прибором: $I_{общ} = I_1 + I_2 + \dots + I_n$. Мощность $P$, потребляемая прибором, связана с током $I$ и напряжением сети $U$ формулой $P = U \cdot I$. Таким образом, чем мощнее прибор, тем больший ток он потребляет.

Когда одновременно включается несколько мощных приборов, суммарный ток в цепи может превысить номинальный ток, на который рассчитана проводка и автоматический выключатель (например, 16 Ампер). В результате выключатель срабатывает («выбивает»), чтобы предотвратить перегрев проводов, который может привести к оплавлению изоляции и пожару. Таким образом, это является не неисправностью, а штатной работой системы безопасности электросети.

Ответ: «Пробки выбивает» из-за того, что суммарный ток, потребляемый одновременно включенными мощными электроприборами, превышает предел, на который рассчитана электропроводка и защитный автомат. Это защитная мера, предотвращающая перегрев проводов и возможный пожар.

3. Почему мощные бытовые приборы имеют толстый соединительный провод для подключения к сети?

Мощные бытовые приборы, такие как электроплиты, обогреватели или стиральные машины, потребляют большой электрический ток. Сила тока $I$ связана с мощностью прибора $P$ и напряжением сети $U$ соотношением $I = P/U$. Чем выше мощность, тем больше сила тока.

При прохождении тока по проводнику в нём выделяется теплота. Количество теплоты, выделяемое в проводнике, определяется законом Джоуля — Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $I$ — сила тока, $R$ — сопротивление проводника, $t$ — время. Сопротивление проводника $R$, в свою очередь, зависит от его материала, длины $L$ и площади поперечного сечения $S$ по формуле $R = \rho \frac{L}{S}$, где $\rho$ — удельное сопротивление материала.

Из этой формулы видно, что сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения. То есть, чем толще провод, тем больше его площадь $S$ и тем меньше его сопротивление $R$. Для мощных приборов, потребляющих большой ток $I$, необходимо использовать провода с малым сопротивлением, чтобы уменьшить количество выделяемого тепла ($Q$). Если использовать тонкий провод (с высоким сопротивлением), он будет сильно нагреваться, что может привести к расплавлению изоляции, короткому замыканию и возгоранию. Толстый провод имеет низкое сопротивление и способен безопасно пропускать большой ток, не перегреваясь.

Ответ: Мощные приборы потребляют большой ток. Чтобы провод не перегревался и не стал причиной пожара, его сопротивление должно быть низким. Согласно формуле $R = \rho \frac{L}{S}$, сопротивление провода обратно пропорционально площади его сечения, поэтому для уменьшения сопротивления и, как следствие, тепловых потерь, используют более толстые провода.