2. Тепловое действие тока

Зависимость выделяемого в проводнике количества теплоты от силы тока, сопротивления и времени вначале уясняют при решении качественных задач.

284. Два проводника сопротивлением 20 и 40 ом соединили последовательно. В каком из проводников и во сколько раз выделится большее количество теплоты при прохождении тока?

Решение. При последовательном соединении сила тока в проводниках одинакова. Так как количество теплоты пропорционально сопротивлению проводника, то в проводнике сопротивлением 40 ом выделится вдвое больше количества теплоты, чем в проводнике сопротивлением 20 ом.

285. Проводники сопротивлением 20 и 40 ом соединили параллельно. В каком из них выделится большее количество теплоты и во сколько раз?

Решение. При параллельном соединении проводники находятся под одинаковым напряжением Сделать вывод из зависимости трудно. Формулу надо преобразовать. Используем закон Ома для участка цепи тогда формула для примет вид

Следовательно, чем больше сопротивление проводника, тем меньшее количество теплоты в нем выделится. В проводнике сопротивлением 40 ом выделится в два раза меньшее количество теплоты, чем в проводнике сопротивлением 20 ом.

Ниже приводим качественную задачу повышенной трудности, самостоятельное решение которой будет посильно не всем учащимся. Все же полезно эту задачу разобрать в классе.

286. Имеются две плитки мощностью 600 и 400 вт на напряжение 220 в. В какой плитке и во сколько раз выделится больше тепла, если их включить в сеть параллельно? последовательно?

Решение. При параллельном соединении плиток напряжение на них одинаково и равно 220 в. Мощности плиток будут такими, как указано в условии задачи: Количество теплоты пропорционально мощности. Можно записать, что Отсюда так как время работы плиток одинаково. Следовательно, или В первой плитке в 1,5 раза выделится большее количество теплоты, чем во второй плитке.

При последовательном соединении плиток напряжение на них разное, но одинакова сила тока. Мощность плиток теперь не будет равна расчетной, и нельзя использовать значения для анализа происходящего. По этим расчетным мощностям и и напряжению можно определить сопротивления плиток

Известно, что тогда

Количество теплоты, выделяющееся в проводниках, выражается по формуле Следовательно, при одном и том же токе количество теплоты пропорционально сопротивлению Больше выделится теплоты в плитке большего сопротивления, т. е. в плитке меньшей мощности. Легко показать, что

Следовательно, при параллельном соединении больше потребляет энергии плитка, рассчитанная на большую мощность, а при последовательном соединении, наоборот, — плитка меньшей мощности.

Вычислительные задачи по тепловому действию тока вначале решают прямые на вычисление количества теплоты по формуле а потом определяют другие величины

287. Какое количество теплоты выделится в течение часа в проводнике сопротивлением 10 ом при токе 2 а?

Решение. Количество теплоты вычисляют в джоулях по формуле Вычисления приводят к следующим результатам:

288. Определите сопротивление проводника, если при токе 2 а за 5 мин в нем выделилось энергии.

Решение. отсюда ом.

В заключение раздела решают комбинированные задачи, в которых учитывают количество теплоты, идущее на нагревание тел.

289. На сколько градусов нагрелись бы воды, если на их нагревание было израсходовано все количество теплоты,

выделяющееся при протекании тока силой 5 а по проводнику сопротивлением 10 ом в течение 2 мин?

Решение. Электрический ток выделит количество теплоты Это количество теплоты идет на нагревание воды: Отсюда

Учтем, что для воды , а масса воды Тогда

290. В электрическом чайнике при напряжении 220 в и силе тока 6 а за 15 мин нагрелось воды от 20 до Какова тепловая отдача электрочайника?

Решение. Тепловой отдачей нагревателя называют отношение количества теплоты, пошедшего на нагревание воды, к величине работы тока.

Количество теплоты, необходимое для нагревания воды, , а работа тока Тепловая отдача

Вычисления дают или 63%.

Вычисления можно вести также по этапам: сначала вычислить потом а в заключение