Номер 3, страница 88 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Что определяет закон Джоуля – Ленца?

Закон Джоуля – Ленца — это фундаментальный физический закон, который определяет количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении через него электрического тока. Этот закон был установлен экспериментально и независимо друг от друга английским физиком Джеймсом Джоулем (в 1841 г.) и русским физиком Эмилием Ленцем (в 1842 г.).

Словесная формулировка закона гласит:
Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Математически закон выражается следующей формулой:
$Q = I^2 \cdot R \cdot t$
где:
$\text{Q}$ — количество теплоты, выделяемое в проводнике (в джоулях, Дж);
$\text{I}$ — сила тока, протекающего через проводник (в амперах, А);
$\text{R}$ — электрическое сопротивление проводника (в омах, Ом);
$\text{t}$ — время, в течение которого ток протекает через проводник (в секундах, с).

Используя закон Ома для участка цепи ($U = I \cdot R$), формулу можно представить в других эквивалентных видах:
$Q = U \cdot I \cdot t$
$Q = \frac{U^2}{R} \cdot t$
где $\text{U}$ — напряжение на концах проводника (в вольтах, В).

Физический смысл закона заключается в преобразовании электрической энергии в тепловую. Когда по проводнику течет ток, упорядоченно движущиеся носители заряда (например, электроны в металлах) постоянно сталкиваются с ионами кристаллической решетки. В результате этих столкновений энергия, которую носители заряда получают от электрического поля, передается ионам решетки, увеличивая амплитуду их тепловых колебаний. Это приводит к увеличению внутренней энергии проводника, что макроскопически проявляется как его нагрев.

Закон Джоуля-Ленца имеет широкое практическое применение и объясняет как полезные, так и нежелательные эффекты:
- Полезное применение: на этом принципе основана работа всех электронагревательных приборов (электроплиты, утюги, чайники, обогреватели), ламп накаливания, плавких предохранителей, а также таких технологий, как электросварка.
- Нежелательный эффект: выделение тепла является причиной потерь энергии в линиях электропередачи, а также приводит к нагреву компонентов в электронных устройствах (процессоры, видеокарты), что требует создания специальных систем охлаждения.

Ответ: Закон Джоуля – Ленца определяет количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему электрического тока. Это количество теплоты прямо пропорционально произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени, в течение которого ток протекал через проводник.