ГДЗ по физике, 8 класс, Перышкин, номер 40.3

План решения:

• Вспомним закон Джоуля–Ленца, определяющий количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении тока.
• Проанализируем различия в сопротивлении соединительного провода и нити накала лампы.
• Сравним условия теплоотдачи (площадь поверхности и масса) для этих элементов.

Вычисление и обоснование:

Соединительный провод и нить накала лампы включены последовательно. Это означает, что сила тока I, протекающая через них, одинакова, как и время протекания тока t. Согласно закону Джоуля–Ленца, количество теплоты Q, выделяющееся на участке цепи, равно:

Ключевым фактором здесь является сопротивление R. Нить накала изготавливается из вольфрама — металла с высоким удельным сопротивлением, и она очень тонкая и длинная. Поэтому её сопротивление R_нити велико. Соединительные провода обычно делают из меди или алюминия (низкое удельное сопротивление), они толстые и короткие, поэтому их сопротивление R_{провода} ничтожно мало по сравнению с сопротивлением нити: R_{провода} ≪R_нити.

Из формулы следует, что при одинаковом токе и времени теплота пропорциональна сопротивлению. Следовательно, на нити накала выделяется значительно больше теплоты за единицу времени, чем на проводе (Q_нити ≫Q_{провода}).

Дополнительную роль играет геометрия. Нить накала имеет малую площадь поверхности и малую массу, поэтому она быстро нагревается до высокой температуры (около 2000-3000^°C), раскаляясь до бела. Провод имеет большую площадь поверхности относительно объёма и хорошую теплоотдачу в окружающую среду, а выделяемая на нём мощность мала, поэтому его температура незначительно отличается от комнатной.

Проверка:

Если бы сопротивление провода было сравнимо с сопротивлением нити, лампа светилась бы тускло, а шнур сильно грелся, что опасно и свидетельствует о неисправности (например, плохом контакте). В исправной схеме наблюдаем именно то, что объясняет теория: основной нагрев происходит там, где наибольшее сопротивление.