§53 ГДЗ Рабочая тетрадь Перышкин 8 класс (Физика)
Дайте формулировку закона Джоуля—Ленца.
Допишите предложения.
а) Формулы для расчёта количества теплоты, выделяемого проводником с током: ___ и ___, где $$Q$$ — ___; $$U$$ — ___; $$I$$ — ___; $$t$$ — ___; $$R$$ — ___.
б) Нагревание проводника током происходит потому, что ___.
Ответьте на вопросы.
- Почему, несмотря на непрерывное выделение теплоты в электрической печи или в утюге, обмотка этих приборов не перегорает?
- Нагревательный прибор, состоящий из никелиновой спиральки в оправе, опущен в сосуд с водой. Какой максимальной температуры может достигнуть спиралька, пока вода есть в сосуде? Почему?
- Если нагревательный прибор вынуть из воды, предварительно при этом не выключив его из сети, то он быстро перегорает. Почему?
Выполните упражнение 37 из учебника (стр. 151).
Решите задачи.
- Какой силы ток выделяет за $$1\ \text{с}$$ количество теплоты, равное $$4\ \text{Дж}$$, в проволоке с сопротивлением $$1\ \text{Ом}$$?
- Какое количество теплоты за $$1\ \text{мин}$$ выделяется в $$1\ \text{м}$$ никелиновой проволоки с площадью поперечного сечения $$0{,}45\ \text{мм}^2$$, если в проволоке сила тока $$4\ \text{А}$$?
- Две лампы, первая с сопротивлением $$400\ \text{Ом}$$, вторая с сопротивлением $$100\ \text{Ом}$$, включены последовательно в сеть с напряжением $$120\ \text{В}$$. В какой лампе будет выделяться большее количество теплоты за одинаковое время?
- За сколько времени можно нагреть $$1\ \text{л}$$ воды от $$20\ ^\circ\text{С}$$ до кипения, если опустить в неё проводник с сопротивлением $$10\ \text{Ом}$$, напряжение на концах которого $$110\ \text{В}$$? Потери тепла не учитывать.
Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени:
$$Q=I^2Rt$$
или
$$Q=\frac{U^2}{R}t$$
где $$Q$$ — количество теплоты; $$U$$ — напряжение; $$I$$ — сила тока; $$t$$ — время; $$R$$ — сопротивление проводника.
Нагревание проводника током происходит потому, что свободные электроны, двигаясь в электрическом поле, сталкиваются с ионами кристаллической решётки и передают им часть своей энергии.
1) Обмотка не перегорает, потому что нагревательные элементы делают из материалов с большим сопротивлением и высокой температурой плавления, а тепло отводится в окружающую среду.
2) Пока в сосуде есть вода, спиралька не может нагреться выше $$100^\circ\text{C}$$, так как вся подводимая энергия идёт на нагревание и кипение воды.
3) Если вынуть прибор из воды и не выключить его, спиралька быстро перегревается, потому что тепло почти не отводится, и температура резко возрастает.
Упражнение 37
1. По закону Джоуля—Ленца:
$$Q=I^2Rt$$
При $$Q=4\ \text{Дж}$$, $$R=1\ \Omega$$, $$t=1\ \text{с}$$:
$$I=\sqrt{\frac{Q}{Rt}}=\sqrt{\frac{4}{1\cdot 1}}=2\ \text{А}$$
Ответ: $$2\ \text{А}$$.
2. Дано: $$l=1\ \text{м}$$, $$S=0{,}45\ \text{мм}^2$$, $$I=4\ \text{А}$$, $$t=1\ \text{мин}=60\ \text{с}$$, для никелина $$\rho=0{,}4\ \Omega\cdot\text{мм}^2/\text{м}$$.
Сначала найдём сопротивление проволоки:
$$R=\rho\frac{l}{S}=0{,}4\cdot\frac{1}{0{,}45}\approx 0{,}89\ \Omega$$
Тогда количество теплоты:
$$Q=I^2Rt=4^2\cdot 0{,}89\cdot 60\approx 854\ \text{Дж}$$
Ответ: $$854\ \text{Дж}$$.
3. При последовательном соединении ток в лампах одинаков, а количество теплоты за одно и то же время:
$$Q=I^2Rt$$
значит, больше теплоты выделится в лампе с большим сопротивлением. Так как $$400\ \Omega > 100\ \Omega$$, больше теплоты выделится в первой лампе.
Ответ: в первой лампе с сопротивлением $$400\ \Omega$$.
4. Дано: $$V=1\ \text{л}=10^{-3}\ \text{м}^3$$, $$t_0=20^\circ\text{C}$$, $$t_1=100^\circ\text{C}$$, $$R=10\ \Omega$$, $$U=110\ \text{В}$$, $$\rho_{\text{воды}}=1000\ \text{кг/м}^3$$, $$c=4200\ \text{Дж/(кг}\cdot^\circ\text{C)}$$.
Масса воды:
$$m=\rho V=1000\cdot 10^{-3}=1\ \text{кг}$$
Количество теплоты на нагрев воды:
$$Q=cm\Delta t=4200\cdot 1\cdot (100-20)=336000\ \text{Дж}$$
Мощность нагревателя:
$$P=\frac{U^2}{R}=\frac{110^2}{10}=1210\ \text{Вт}$$
Время нагревания:
$$t=\frac{Q}{P}=\frac{336000}{1210}\approx 278\ \text{с}$$
Это примерно $$4{,}6\ \text{мин}$$.
Ответ: примерно $$4{,}6\ \text{мин}$$.
