31. Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы

Закон Джоуля – Ленца

Этот закон определяет количество теплоты, выделяющееся в проводнике, по которому протекает электрический ток.

Если по проводнику достаточно долго протекает электрический ток, то проводник нагревается. Нагрев проводника мы можем определить по изменению температуры. В разных проводниках, в зависимости от электрического сопротивления, нагрев будет разный.

Принцип работы лампы накаливания

Первое, самое известное применение теплового действия, – это свечение лампы, нагрев проводника до белого каления.

Широко распространенные на сегодняшний день лампы накаливания устроены достаточно просто (рис. 1).

Главная часть лампы – это нить накаливания, которая выполняется из вольфрама (или из сплава, в который входит вольфрам). Вольфрам используют потому, что это очень тугоплавкий материал, температура плавления вольфрама составляет более 3 000 ℃. Вольфрамовая нить, нагреваясь, ярко светится и создает интенсивное световое излучение.

Кроме нити накаливания в лампе существуют подводящие контакты.

Вольфрамовая нить, если ее нагревать в воздухе, достаточно быстро перегорит. Это происходит потому, что при нагревании она окисляется и разрушается. Поэтому в лампе накаливания вольфрамовую нить помещают внутрь стеклянной колбы, из которой удаляют воздух. Концы вольфрамовой нити подключают к контактам. Два контакта подключаются к двум важным точкам лампы – один контакт присоединяется к спирали, которая вворачивается в патрон, второй контакт подсоединяется к одному из контактов в нижней части цоколя. Так обеспечивается протекание электрического тока.

При протекании электрического тока нить лампы накаливания может нагреваться до 3 000 ℃, что обеспечивает достаточно яркое свечение.

Есть различные лампы: одни горят ярко, дают много света, другие – достаточно тускло. Это зависит от того, какая используется спираль. Если спираль будет более тонкая, лампа будет гореть ярче. Если спираль толще, соответственно, сопротивление у нее другое, гореть эта лампа будет тусклее.

КПД различных ламп

В результате исследования ламп накаливания выяснилось, что коэффициент полезного действия у таких ламп очень невысок.

Коэффициент полезного действия ламп накаливания составляет 4 %. У ламп дневного света коэффициент полезного действия составляет 15 %, а у ламп наружного освещения коэффициент полезного действия – 25 %.

Другие нагревательные приборы

Кроме ламп накаливания существуют и другие нагревательные приборы. Это различные обогреватели, ковры-обогреватели, электрические плиты. На нагревании, то есть на законе Джоуля-Ленца, основаны такие приборы, как кипятильники, утюги, фены и т. д.

Во все этих приборах используется один и тот же принцип: нагревание проводника при протекании электрического тока. Во всех нагревательных приборах используется нагревательный элемент, который представлен либо в виде ленты, либо достаточно мощного провода (рис. 2).

Электрические приборы используют нагревательные элементы разной формы и конфигурации. В утюгах это может быть один нагревательный элемент, а в электрической плите – другой. Во всех нагревательных приборах преследуется цель создания удобного и большого количества теплоты, которое можно использовать.

Постоянная температура нагревания электрических приборов

Почему во всех нагревательных приборах температура нагревания остается постоянной?

Нагревание проводника связано с электрическим сопротивлением. А электрическое сопротивление проводника зависит от температуры. Чем температура проводника ниже, тем сопротивление проводника меньше. Если проводник нагревается, его сопротивление увеличивается. Изменение электрического сопротивления при нагревании приводит к тому, что все время поддерживается одна и та же мощность, которая выделяется при нагревании в проводнике.

На сегодняшний день нагревательные элементы приобретают особое значение. В ближайшее время можно ожидать появления обогреваемых тротуаров, отапливаемых улиц, а не только использование нагревательных приборов в помещениях.

Завершение

Вывод

Вы узнали о практическом применении закона Джоуля – Ленца. Познакомились с принципом работы лампы накаливания, а также других электрических нагревательных приборов.

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б./Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. Физика 8. – М.: Мнемозина.

2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Домашнее задание

1. Две лампочки сопротивлением 80 Ом и 160 Ом включены в цепь:

   а) последовательно;

   б) параллельно.

   В какой из них выделится больше тепла?

2. Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали или ленты нагревательного элемента?