Упражнение 37 ГДЗ Перышкин 8 класс (Физика)
- Какое количество теплоты выделится за 30 мин проволочной спиралью сопротивлением 20 Ом при силе тока 5 А?
- С какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, а ещё и спаивают? Ответ обоснуйте.
- Спираль нагревательного прибора — рефлектора при помощи шнура и вилки соединяется с розеткой. Шнур состоит из проводов, подводящих ток к спирали, покрытых изоляцией. Спираль и провода соединены последовательно. Как распределяется подаваемое от сети напряжение между проводами и спиралью? Почему спираль раскаляется, а провода почти не нагреваются? Какими особенностями устройства спирали и проводов достигается эта разница?
- В цепь источника тока включены последовательно три проволоки одинакового сечения и длины: медная, стальная и никелиновая. Какая из них больше нагреется? Ответ обоснуйте и по возможности проверьте в классе на опыте.
1) По закону Джоуля—Ленца:
$$Q=I^2Rt$$
Переведём время в секунды:
$$t=30\ \text{мин}=1800\ \text{с}$$
Тогда
$$Q=5^2\cdot 20\cdot 1800=9\cdot 10^5\ \text{Дж}$$
2) Провода в местах соединения спаивают, чтобы уменьшить сопротивление контакта. Чем меньше сопротивление, тем меньше теплота выделяется в этом месте по закону Джоуля—Ленца, значит соединение меньше нагревается.
3) При последовательном соединении сила тока во всех участках цепи одинакова, а напряжение распределяется пропорционально сопротивлениям. Так как сопротивление спирали намного больше сопротивления подводящих проводов, на спирали выделяется значительно больше теплоты:
$$Q=I^2Rt$$
Поэтому спираль раскаляется, а провода почти не нагреваются. Это достигается тем, что спираль делают из материала с большим удельным сопротивлением, а провода — из материала с малым сопротивлением и достаточно толстого сечения, чтобы их сопротивление было малым.
4) При одинаковых длине и сечении сопротивление проволоки определяется удельным сопротивлением:
$$R=\rho \frac{l}{S}$$
Следовательно, больше всего нагреется проволока с наибольшим удельным сопротивлением. Из данных материалов это никелиновая проволока.
Ответ: 1) $$9\cdot 10^5\ \text{Дж}$$; 2) чтобы уменьшить сопротивление и нагрев места соединения; 3) напряжение больше падает на спирали, она раскаляется из-за большего сопротивления; провода почти не нагреваются из-за малого сопротивления; 4) никелиновая проволока.
