Номер 6, страница 91 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

6. Почему медь не используется для изготовления спиралей в электро-обогревателях?

Основная задача нагревательного элемента в электрообогревателе — преобразование электрической энергии в тепловую. Количество теплоты, выделяемое проводником с током, определяется законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2Rt$, где $I$ — сила тока, $R$ — сопротивление проводника, $t$ — время. Чтобы прибор эффективно выделял тепло, его нагревательный элемент должен иметь значительное электрическое сопротивление.

Сопротивление проводника, в свою очередь, зависит от его материала, длины и площади поперечного сечения и рассчитывается по формуле: $R = \rho \frac{l}{S}$, где $\rho$ — удельное электрическое сопротивление материала, $l$ — длина проводника, $S$ — площадь его поперечного сечения.

Медь не используется для изготовления спиралей в электрообогревателях по нескольким ключевым причинам:

1. Низкое удельное сопротивление. Медь является отличным проводником с очень низким удельным сопротивлением (около $1.7 \cdot 10^{-8}$ Ом·м). Из-за этого для создания нагревательного элемента с достаточно высоким сопротивлением пришлось бы использовать очень длинный и тонкий медный провод. Такой провод был бы непрактичным, хрупким и его было бы сложно разместить в компактном корпусе обогревателя. Для сравнения, удельное сопротивление нихрома (сплава, который часто используют в нагревателях) примерно в 65 раз выше, что позволяет делать из него компактные и прочные спирали.
2. Окисление при высоких температурах. Нагревательные элементы работают при высоких температурах (сотни градусов Цельсия). При нагревании на воздухе медь активно окисляется, покрываясь слоем оксида. Этот слой непрочен, со временем он отслаивается, проводник утончается и в итоге быстро перегорает. В отличие от меди, такие сплавы, как нихром или фехраль, при нагревании образуют на своей поверхности прочную защитную оксидную пленку, которая предотвращает дальнейшее окисление и обеспечивает долгий срок службы элемента.
3. Недостаточная жаропрочность. Хотя температура плавления меди достаточно высока (1085 °C), при температурах, близких к рабочим температурам мощных нагревателей, она теряет свою механическую прочность. Специальные сплавы для нагревателей, напротив, обладают высокой жаропрочностью, то есть сохраняют прочность при высоких температурах.

Именно поэтому для нагревательных спиралей используют специальные сплавы с высоким удельным сопротивлением и высокой стойкостью к окислению (жаростойкостью), такие как нихром и фехраль. Медь же, наоборот, применяют для изготовления соединительных проводов, где важно минимизировать потери энергии на нагрев.

Ответ: Медь не используется для изготовления спиралей в электрообогревателях, так как она обладает очень низким удельным электрическим сопротивлением, что потребовало бы создания непрактично длинных и тонких проводников для достижения нужного сопротивления. Кроме того, медь интенсивно окисляется при высоких температурах и имеет недостаточную жаропрочность, что приводит к быстрому разрушению нагревательного элемента.