Параграф 45 ГДЗ Перышкин Иванов 8 класс (Физика)

Q = IUt,
где I — сила тока, U — напряжение, t — время
2. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца.
Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.
3. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?
Свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, кислот, щелочей, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводников и передают им свою энергию
4. Как, пользуясь законом сохранения энергии и законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, через силу тока, сопротивление проводника и время?
Упражнение 37.
1. Как изменится количество теплоты, выделяющееся за время t в данном проводнике, если сила тока увеличится в 2 раза?
Количество теплоты в 4 раза.
2. Сила тока, протекающего но цени сопротивлением 100 Ом, равна 2 А. Какое количество теплоты выделится в цени за 15 мин?
Решение:
Q=I^2 Rt=4*100*900=360000Дж=360 кДж
Ответ: 360 кДж
3. Два резистора сопротивлением 5 и 10 Ом включены в цепь последовательно. Какое количество теплоты выделится в каждом резисторе за 5 мин, если напряжение на втором резисторе 20 В?
Решение:
Q=UIt
I=U_2/R_2 =20/10=2 A
U1= IR1=2*5=10B
Q1=U1It=10*2*300=6000 Дж
Q2=U2It=20*2*300=12000 Дж
Ответ: 6000 Дж, 12000Дж
4. Два резистора сопротивлением 4 и 8 Ом включены в цепь параллельно. Сила тока в первом резисторе 2 А. Какое количество теплоты выделяется в обоих резисторах за 20 с?
Решение:
Резисторы включены в цепь параллельно
U=U1+U2=I1*R1=2A+4Ом=8В
I_2=U/R_2 =8/8=1 A
Q1=UI1t=8*2*20=320 Дж
Q2=UI2t=8*1*20=160 Дж
Q = Q1+Q2=320+160=480 Дж
Ответ: 480 Дж
5*. Электрический кипятильник со спиралью сопротивлением 150 Ом помещён в сосуд, содержащий воду массой 0,5 кг при температуре 20 °С, и включён в сеть напряжением 220 В. Через 30 мин спираль выключили. Сколько граммов воды выкипело, если коэффициент полезного действия кипятильника 80%?
Решение
При нагреве воды до температуры кипения и испарения затрачивается следующее количество теплоты:
Q = cm (100°С – T1) +rm1
Количество энергии, выделенной кипятильником:
W = IUдельтаt = U^2/Rдельтаt
Масса испарившейся воды:
m=Q/W=(cm(100°С – T1)+rm1)R/(U^2 ?t)
m1=(nU^2 дельта t-cmR(100°C-T1))/rR
m1=(0.8*220^2*1200-4190*0.5(100-20))/(2.3*10^6*150)=0.13 кг=130 г
Ответ: 130 г

Вопрос 1

Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током:

$$Q=IUt$$

где $$I$$ — сила тока, $$U$$ — напряжение, $$t$$ — время.

Вопрос 2

Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока:

$$Q=I^2Rt$$

Вопрос 3

Свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, кислот и щелочей, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. Поэтому проводник нагревается.

Вопрос 4

По закону Ома:

$$I=\frac{U}{R}$$

Тогда по формуле $$Q=IUt$$:

$$Q=I\cdot IR\cdot t=I^2Rt$$

Упражнение 37

1. Если сила тока увеличится в 2 раза, то количество теплоты изменится в 4 раза, так как $$Q\propto I^2$$.

2.

$$R=100\ \Omega,\quad I=2\ \text{А},\quad t=15\ \text{мин}=900\ \text{с}$$

$$Q=I^2Rt$$

$$Q=2^2\cdot 100\cdot 900=360000\ \text{Дж}=360\ \text{кДж}$$

Ответ: 360 кДж.

3.

$$R_1=5\ \Omega,\quad R_2=10\ \Omega,\quad t=5\ \text{мин}=300\ \text{с},\quad U_2=20\ \text{В}$$

Так как резисторы соединены последовательно, ток в них одинаков:

$$I=\frac{U_2}{R_2}=\frac{20}{10}=2\ \text{А}$$

Напряжение на первом резисторе:

$$U_1=IR_1=2\cdot 5=10\ \text{В}$$

Количество теплоты:

$$Q_1=U_1It=10\cdot 2\cdot 300=6000\ \text{Дж}$$

$$Q_2=U_2It=20\cdot 2\cdot 300=12000\ \text{Дж}$$

Ответ: 6000 Дж; 12000 Дж.

4.

$$R_1=4\ \Omega,\quad R_2=8\ \Omega,\quad I_1=2\ \text{А},\quad t=20\ \text{с}$$

При параллельном соединении напряжение на резисторах одинаково:

$$U=I_1R_1=2\cdot 4=8\ \text{В}$$

Ток во втором резисторе:

$$I_2=\frac{U}{R_2}=\frac{8}{8}=1\ \text{А}$$

Количество теплоты:

$$Q_1=UI_1t=8\cdot 2\cdot 20=320\ \text{Дж}$$

$$Q_2=UI_2t=8\cdot 1\cdot 20=160\ \text{Дж}$$

Общее количество теплоты:

$$Q=Q_1+Q_2=320+160=480\ \text{Дж}$$

Ответ: 480 Дж.

5.

$$R=150\ \Omega,\quad m=0{,}5\ \text{кг},\quad t_1=20^\circ\text{C},\quad U=220\ \text{В},\quad t=30\ \text{мин}=1800\ \text{с},\quad \eta=80\%=0{,}8$$

Полезная энергия, пошедшая на нагревание воды и её испарение:

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

Эта энергия расходуется на нагрев воды до $100^\circ\text{C}$ и парообразование:

$$Q=cm(100-t_1)+rm_1$$

Тогда масса испарившейся воды:

$$m_1=\frac{\eta \frac{U^2}{R}t-cm(100-t_1)}{r}$$

Подставим значения $$c=4190\ \text{Дж/(кг}\cdot^\circ\text{C)}$$, $$r=2{,}3\cdot 10^6\ \text{Дж/кг}$$:

$$m_1=\frac{0{,}8\cdot \frac{220^2}{150}\cdot 1800-4190\cdot 0{,}5\cdot (100-20)}{2{,}3\cdot 10^6}\approx 0{,}13\ \text{кг}$$

$$0{,}13\ \text{кг}=130\ \text{г}$$

Ответ: 130 г.