Параграф 45 ГДЗ Перышкин Иванов 8 класс (Физика)
- По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике с током?
- Сформулируйте закон Джоуля—Ленца.
- Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?
- Как, пользуясь законом сохранения энергии и законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, через силу тока, сопротивление проводника и время?
Упражнение 37.
- Как изменится количество теплоты, выделяющееся за время $$t$$ в данном проводнике, если сила тока увеличится в $$2$$ раза?
- Сила тока, протекающего по цепи сопротивлением $$100\ \text{Ом}$$, равна $$2\ \text{А}$$. Какое количество теплоты выделится в цепи за $$15\ \text{мин}$$?
- Два резистора сопротивлением $$5\ \text{Ом}$$ и $$10\ \text{Ом}$$ включены в цепь последовательно. Какое количество теплоты выделится в каждом резисторе за $$5\ \text{мин}$$, если напряжение на втором резисторе $$20\ \text{В}$$?
- Два резистора сопротивлением $$4\ \text{Ом}$$ и $$8\ \text{Ом}$$ включены в цепь параллельно. Сила тока в первом резисторе $$2\ \text{А}$$. Какое количество теплоты выделяется в обоих резисторах за $$20\ \text{с}$$?
- 5*. Электрический кипятильник со спиралью сопротивлением $$150\ \text{Ом}$$ помещён в сосуд, содержащий воду массой $$0{,}5\ \text{кг}$$ при температуре $$20\ ^\circ\text{С}$$, и включён в сеть напряжением $$220\ \text{В}$$. Через $$30\ \text{мин}$$ спираль выключили. Сколько граммов воды выкипело, если коэффициент полезного действия кипятильника $$80\%$$?
Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током:
$$Q=IUt$$
где $$I$$ — сила тока, $$U$$ — напряжение, $$t$$ — время.
Вопрос 2
Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока:
$$Q=I^2Rt$$
Вопрос 3
Свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, кислот и щелочей, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. Поэтому проводник нагревается.
Вопрос 4
По закону Ома:
$$I=\frac{U}{R}$$
Тогда по формуле $$Q=IUt$$:
$$Q=I\cdot IR\cdot t=I^2Rt$$
Упражнение 37
1. Если сила тока увеличится в 2 раза, то количество теплоты изменится в 4 раза, так как $$Q\propto I^2$$.
2.
$$R=100\ \Omega,\quad I=2\ \text{А},\quad t=15\ \text{мин}=900\ \text{с}$$
$$Q=I^2Rt$$
$$Q=2^2\cdot 100\cdot 900=360000\ \text{Дж}=360\ \text{кДж}$$
Ответ: 360 кДж.
3.
$$R_1=5\ \Omega,\quad R_2=10\ \Omega,\quad t=5\ \text{мин}=300\ \text{с},\quad U_2=20\ \text{В}$$
Так как резисторы соединены последовательно, ток в них одинаков:
$$I=\frac{U_2}{R_2}=\frac{20}{10}=2\ \text{А}$$
Напряжение на первом резисторе:
$$U_1=IR_1=2\cdot 5=10\ \text{В}$$
Количество теплоты:
$$Q_1=U_1It=10\cdot 2\cdot 300=6000\ \text{Дж}$$
$$Q_2=U_2It=20\cdot 2\cdot 300=12000\ \text{Дж}$$
Ответ: 6000 Дж; 12000 Дж.
4.
$$R_1=4\ \Omega,\quad R_2=8\ \Omega,\quad I_1=2\ \text{А},\quad t=20\ \text{с}$$
При параллельном соединении напряжение на резисторах одинаково:
$$U=I_1R_1=2\cdot 4=8\ \text{В}$$
Ток во втором резисторе:
$$I_2=\frac{U}{R_2}=\frac{8}{8}=1\ \text{А}$$
Количество теплоты:
$$Q_1=UI_1t=8\cdot 2\cdot 20=320\ \text{Дж}$$
$$Q_2=UI_2t=8\cdot 1\cdot 20=160\ \text{Дж}$$
Общее количество теплоты:
$$Q=Q_1+Q_2=320+160=480\ \text{Дж}$$
Ответ: 480 Дж.
5.
$$R=150\ \Omega,\quad m=0{,}5\ \text{кг},\quad t_1=20^\circ\text{C},\quad U=220\ \text{В},\quad t=30\ \text{мин}=1800\ \text{с},\quad \eta=80\%=0{,}8$$
Полезная энергия, пошедшая на нагревание воды и её испарение:
$$Q=\eta\frac{U^2}{R}t$$
Эта энергия расходуется на нагрев воды до $$100^\circ\text{C}$$ и парообразование:
$$Q=cm(100-t_1)+rm_1$$
Тогда масса испарившейся воды:
$$m_1=\frac{\eta \frac{U^2}{R}t-cm(100-t_1)}{r}$$
Подставим значения $$c=4190\ \text{Дж/(кг}\cdot^\circ\text{C)}$$, $$r=2{,}3\cdot 10^6\ \text{Дж/кг}$$:
$$m_1=\frac{0{,}8\cdot \frac{220^2}{150}\cdot 1800-4190\cdot 0{,}5\cdot (100-20)}{2{,}3\cdot 10^6}\approx 0{,}13\ \text{кг}$$
$$0{,}13\ \text{кг}=130\ \text{г}$$
Ответ: 130 г.
