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).
Рис. 1. Лампа накаливания
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 30000С. 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 
, 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).
Рис. 2. Различные нагревательные элементы
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
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б./Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.
Домашнее задание
- Две лампочки сопротивлением 80 Ом и 160 Ом включены в цепь:
а) последовательно;
б) параллельно.
В какой из них выделится больше тепла?
- Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали или ленты нагревательного элемента?
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
