Номер 1191, страница 274 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

1191. Через длинную проволоку пропускают электрический ток. Если одну половину проволоки обдувать холодным воздухом, то вторая половина проволоки накаляется сильнее. Поясните это явление.

Это явление объясняется совокупностью двух физических законов: зависимостью сопротивления проводника от температуры и законом Джоуля-Ленца.

1. Проволоку можно представить как два последовательно соединенных участка (резистора) с сопротивлениями $R_1$ (охлаждаемая половина) и $R_2$ (неохлаждаемая половина). Общее сопротивление всей проволоки равно их сумме: $R_{общ} = R_1 + R_2$. При последовательном соединении сила тока $I$ одинакова на всех участках цепи.

2. Электрическое сопротивление металлов (из которых обычно делают проволоку) зависит от температуры. При понижении температуры сопротивление уменьшается. Когда одну половину проволоки обдувают холодным воздухом, ее температура падает, и, следовательно, ее сопротивление $R_1$ становится меньше.

3. Уменьшение сопротивления $R_1$ приводит к уменьшению общего сопротивления всей проволоки $R_{общ}$.

4. Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока $I$ обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи: $I = U / R_{общ}$, где $U$ – напряжение источника тока. Так как общее сопротивление $R_{общ}$ уменьшилось, а напряжение источника $U$ можно считать постоянным, то сила тока $I$ во всей проволоке возрастает.

5. Количество теплоты, выделяемое в проводнике в единицу времени (тепловая мощность), определяется законом Джоуля-Ленца: $P = I^2 R$. Для второй, неохлаждаемой, половины проволоки выделяемая мощность равна $P_2 = I^2 R_2$. Поскольку сила тока $I$ во всей цепи увеличилась, то и мощность, выделяемая на втором участке, возрастает. Это приводит к тому, что вторая половина проволоки начинает выделять больше тепла и, как следствие, накаляется сильнее.

Ответ: Охлаждение одной половины проволоки уменьшает её электрическое сопротивление. Это приводит к уменьшению общего сопротивления цепи и, согласно закону Ома, к увеличению силы тока во всей проволоке. Увеличение силы тока вызывает более интенсивное выделение тепла (согласно закону Джоуля-Ленца) на неохлаждаемой половине, из-за чего она и накаляется сильнее.