Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля

Билет 16. Нагревание проводников электрическим током. Закон ДжоуляЛенца. 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 — крючкидержатели 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.