Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Электрические явления

Тема 46Нагревательные приборы

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Ток в газахосвещенияобогреваСвеча ЯблочковаПавел Николаевич ЯблочковЛампа ЛодыгинаАлександр Николаевич ЛодыгинЛампа ЭдисонаТомас Эдисонвольфрамаионизироватьнагревательный элемент

Тепловое действие тока люди научились использовать для освещения и обогрева.

История электрического освещения

  • Свеча Яблочкова (1876). Русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков показал на выставке в Лондоне «электрическую свечу»: два угольных стержня, разделённых изолирующей прослойкой. Между их концами горела ослепительная электрическая дуга. Такими свечами освещали улицы Парижа и Лондона.
П. Н. Яблочков и его «электрическая свеча»П. Н. Яблочков и его «электрическая свеча»
П. Н. Яблочков и его «электрическая свеча» Иллюстрация: light-fizika.ru
  • Лампа Лодыгина (1873). Александр Николаевич Лодыгин поместил раскалённый током угольный стержень в стеклянный баллон. Такими лампами осветили одну из улиц Петербурга.
  • Лампа Эдисона. Американский изобретатель Томас Эдисон заменил стержень тонкой угольной нитью и придумал винтовой цоколь, выключатель и плавкий предохранитель.
А. Н. Лодыгин и его лампа. Т. Эдисон и его лампаА. Н. Лодыгин и его лампа. Т. Эдисон и его лампа
А. Н. Лодыгин и его лампа. Т. Эдисон и его лампа Иллюстрация: light-fizika.ru

Лампа накаливания сегодня

Свет даёт спираль из тугоплавкого вольфрама (tпл=3387 ∘Ct_{\text{пл}}=3387\,{}^\circ\text{C}), раскалённая током до 2500–3000 °C. Колбу заполняют азотом или инертным газом, чтобы спираль не окислялась и меньше испарялась.

Устройство лампы накаливания
Устройство лампы накаливания Иллюстрация: light-fizika.ru
Запомни

Лампа накаливания превращает в свет лишь около 5 % энергии — остальное уходит в тепло. Светодиодные лампы при той же яркости потребляют в 6–8 раз меньше энергии.

Газоразрядные лампы

В обычных условиях газ — диэлектрик: его молекулы нейтральны. Но если газ ионизировать (сильно нагреть, облучить или разогнать в сильном поле немногие свободные электроны, чтобы они «выбивали» электроны из атомов), в нём появятся ионы и электроны — и пойдёт ток. Газ при этом светится. Так работают лампы дневного света и неоновые вывески.

Определение

Ток в газах — направленное движение положительных ионов к катоду, а отрицательных ионов и электронов — к аноду.

Газоразрядные лампы. Электроны, разогнанные полем, ионизируют атомы газаГазоразрядные лампы. Электроны, разогнанные полем, ионизируют атомы газа
Газоразрядные лампы. Электроны, разогнанные полем, ионизируют атомы газа Иллюстрация: light-fizika.ru

Нагревательные приборы

Чайник, утюг, плитка, фен, обогреватель — во всех есть нагревательный элемент: спираль из проволоки с большим удельным сопротивлением и высокой температурой плавления, чаще всего из нихрома. Подводящие провода из меди почти не нагреваются: ток в них такой же, а сопротивление намного меньше.

Электронагревательные приборы и их нагревательные элементы
Электронагревательные приборы и их нагревательные элементы Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Нагревательный элемент — «узкое место» для тока: нихром мешает электронам сильнее меди, и всё тепло выделяется там, где «тесно». Нужны два свойства: большое ρ и высокая tплt_{\text{пл}}.

⚗ Мини-опыт

Включите ток и сравните, что нагревается сильнее: спираль или подводящие провода. Замените нихромовую спираль на медную такой же длины — что изменилось? Почему?

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Из какого металла делают спирали ламп накаливания?
Вольфрам — самый тугоплавкий металл.
2Зачем колбу лампы накаливания заполняют инертным газом?
В воздухе раскалённая спираль быстро сгорела бы.
3Почему спирали нагревателей делают из нихрома?
Спираль должна сильно греться и не плавиться.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Кто изобрёл «электрическую свечу»?

    Ответ

    П. Н. Яблочков.

    Как получилось?

  2. Из чего сделана спираль современной лампы накаливания?

    Ответ

    Из вольфрама.

    Как получилось?

  3. Зачем колбу лампы заполняют инертным газом?

    Ответ

    Чтобы спираль не окислялась и меньше испарялась.

    Как получилось?

  4. Из какого материала делают нагревательные элементы чайников и плиток?

    Ответ

    Из нихрома.

    Как получилось?

  5. Почему в обычных условиях газ не проводит ток?

    Ответ

    В нём почти нет свободных заряженных частиц — молекулы нейтральны.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Почему спираль плитки делают из нихрома, а не из меди такой же длины и толщины?

    Ответ

    У нихрома удельное сопротивление в 65 раз больше: при том же токе выделится гораздо больше теплоты (Q=I2RtQ=I^2Rt); кроме того, нихром плавится при высокой температуре.

    Как получилось?

  2. Нагревательный элемент мощностью 1 кВт рассчитан на 220 В. Найдите силу тока и сопротивление элемента.

    Ответ

    I=1000220≈4,5I=\dfrac{1000}{220}\approx4{,}5 А; R=U2P=48,4R=\dfrac{U^2}{P}=48{,}4 Ом.

    Как получилось?

  3. Какой длины нужна нихромовая проволока сечением 0,5 мм², чтобы сопротивление спирали было 44 Ом?

    Ответ

    l=RSρ=44⋅0,51,1=20l=\dfrac{RS}{\rho}=\dfrac{44\cdot0{,}5}{1{,}1}=20 м.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Ток в газах
Движение ионов и электронов в ионизированном газе.
Свеча Яблочкова
Электрическая дуга между двумя угольными стержнями (1876).
Спираль лампы накаливания
Вольфрам; колба с инертным газом или азотом.
Нагревательный элемент
Спираль из нихрома: большое ρ и высокая температура плавления.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.