Номер 3, страница 104 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Как был установлен закон Джоуля — Ленца? Как он читается?

1. $I^2 R$

Как был установлен закон Джоуля — Ленца?

Закон, описывающий тепловое действие электрического тока, был установлен экспериментально и независимо двумя физиками: англичанином Джеймсом Прескоттом Джоулем в 1841 году и российским учёным немецкого происхождения Эмилием Христиановичем Ленцем в 1842 году. В честь их вклада закон получил двойное название.

Суть их экспериментов была схожей. Они использовали калориметр — прибор для измерения количества теплоты. В калориметр, наполненный жидкостью (например, водой), помещали проводник (металлическую спираль). Через этот проводник пропускали электрический ток от источника. С помощью термометра измеряли изменение температуры жидкости. Зная массу и теплоёмкость жидкости, можно было точно рассчитать количество теплоты $Q$, выделившееся в проводнике.

Систематически изменяя условия опыта, учёные установили следующие зависимости:

• Пропуская через один и тот же проводник ($R = \text{const}$) ток разной силы ($I$) в течение одинакового времени ($t = \text{const}$), они обнаружили, что количество теплоты пропорционально квадрату силы тока: $Q \propto I^2$.
• Используя разные проводники (с разным сопротивлением $R$) при постоянной силе тока ($I = \text{const}$) и времени ($t = \text{const}$), они выяснили, что количество теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника: $Q \propto R$.
• Пропуская через проводник постоянный ток ($I = \text{const}$, $R = \text{const}$), но в течение разного времени $t$, они установили прямую пропорциональность между количеством теплоты и временем: $Q \propto t$.

Объединив эти три зависимости, Джоуль и Ленц сформулировали общий закон, который количественно описывает тепловое действие тока.

Как он читается?

Словесная формулировка закона Джоуля — Ленца гласит:

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему постоянного электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Математически этот закон выражается следующей формулой:

$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

В этой формуле:

• $Q$ — количество теплоты, выделяемое проводником (в Джоулях, Дж).
• $I$ — сила тока в цепи (в Амперах, А).
• $R$ — сопротивление проводника (в Омах, Ом).
• $t$ — время, в течение которого протекает ток (в секундах, с).

Также, используя закон Ома для участка цепи ($U = I \cdot R$), можно получить две другие эквивалентные формы записи закона:

$Q = U \cdot I \cdot t$

$Q = \frac{U^2}{R} \cdot t$

где $U$ — электрическое напряжение на концах проводника (в Вольтах, В).

Ответ: Закон Джоуля — Ленца гласит, что количество теплоты ($Q$), выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока ($I$), сопротивлению проводника ($R$) и времени ($t$) прохождения тока. Математическая формула закона: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$.