Билет 16. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца. Лампа накаливания. Электронагревательные приборы. Короткое замыкание.
Включим последовательно три проводника одинаковой длины и одинаковой площади поперечного сечения: из нихрома, никелина и меди, а также амперметр и реостат. Будем постепенно увеличивать силу тока. Мы увидим, что нихромовый проводник нагревается почти до белого каления, никелиновый краснеет, а медный остается темным.
Этот опыт дает основание предположить, что нагревание проводника зависит от его сопротивления. Такое предположение можно подтвердить расчетами. Действительно, если известно, что работа тока в проводнике равна A=IUt, а напряжение U=IR, то, подставив в формулу работы значение напряжения, получим A = I2*R*t
Если проводник покоится, то вся работа электрического тока идет на нагревание проводника.
Q = I2*R*t
Закон Джоуля – Ленца
В проводнике при протекании по нему электрического тока выделяется количество теплоты, прямо пропорциональное квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течении которого протекает ток/
Почему же при протекании тока по металлическому проводнику он нагревается? Дело в том, что свободные электроны, разгоняемые электрическим полем в проводнике, соударяются с ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки и передают им часть своей энергии. В результате ионы начинают колебаться более интенсивно, следовательно, увеличивается внутренняя энергия проводника, что регистрируется как повышение его температуры.
Применение: Паяльник, утюг, чайник и другие нагревательные приборы.
Лампа накаливания. В лампе используется эффект нагревания проводника (тела накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура тела накала резко возрастает после включения тока. Конструкция современной лампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.
Короткое замыкание. Это соединение концов участка цепи проводником с очень малым сопротивлением.
Плавкие предохранители состоят из легкоплавкой проволоки, которая при большой силе тока плавится, размыкая цепь.
Плавкие предохранители обычно изготавливаются из медной проволоки, покрытой оловом.
