Электрические… — Задание 5 Физика 8 Класс №00049563
Электрические Явления
№2. Задание 5
ID: 00049563
У Ивана Ивановича перегорела нагревательная спираль в паяльнике, который был рассчитан на напряжение $9\text{ В}$. Для ремонта Ивану Ивановичу потребовалось рассчитать длину нихромовой проволоки, требуемой для изготовления новой спирали. В своём ящике с инструментами он нашёл кусок нихромовой проволоки длиной $18\text{ см}$ с площадью поперечного сечения $0{,}011\text{ мм}^2$. Удельное сопротивление нихрома $1{,}1\text{ Ом}\cdot\text{мм}^2\text{/м}$.
1) Чему равно сопротивление найденного куска проволоки?
2) Оказалось, что при такой площади поперечного сечения проволоки, чтобы она нагрелась до необходимой температуры $400\ {}^\circ\text{С}$, по ней должен течь ток силой не менее $0{,}42\text{ А}$. При силе тока в $1{,}5\text{ А}$ проволока такого поперечного сечения перегорает. Удастся ли починить паяльник с помощью найденного куска проволоки? Ответ подтвердите расчётами.
3) Кусок какой длины необходимо отрезать от найденной проволоки для того, чтобы исправленный с его помощью паяльник обладал максимальной мощностью, и при этом проволока не перегорала?
Напишите полное решение этой задачи.
Источник: ВПР 2021
Решение
Иван Иванович чинит паяльник куском нихрома. У проволоки есть рабочий коридор: при слишком малом токе она не прогреется, при слишком большом перегорит. Напряжение задано паяльником, а ток можно менять длиной проволоки. Посмотрим, попадает ли в коридор весь кусок и как его укоротить.
Вопрос 1. Заметь, удельное сопротивление дано в $\text{Ом}\cdot\text{мм}^2\text{/м}$. Поэтому площадь оставляем в квадратных миллиметрах, а длину переводим в метры: $18\text{ см}=0{,}18\text{ м}$.
$$R=\rho\dfrac{L}{S}=1{,}1\cdot\dfrac{0{,}18}{0{,}011}=18\text{ Ом}$$
Вопрос 2. Через весь кусок при напряжении паяльника пойдёт такой ток, по закону Ома:
$$I=\dfrac{U}{R}=\dfrac{9}{18}=0{,}5\text{ А}$$
Сравниваем с границами: $0{,}42\text{ А}\lt0{,}5\text{ А}\lt1{,}5\text{ А}$. Проволока прогреется и не перегорит, поэтому починить паяльник удастся.
Вопрос 3. При постоянном напряжении мощность $P=\dfrac{U^2}{R}$. Чем короче проволока, тем меньше сопротивление, тем больше мощность, но и ток тоже растёт. Укорачивать можно до предельного тока $1{,}5$ А. Ему соответствует сопротивление:
$$R_{\min}=\dfrac{U}{I_{\max}}=\dfrac{9}{1{,}5}=6\text{ Ом}$$
Длину получаем из той же формулы сопротивления:
$$L=\dfrac{R_{\min}S}{\rho}=\dfrac{6\cdot0{,}011}{1{,}1}=0{,}06\text{ м}=6\text{ см}$$
Этот кусок и станет новой спиралью, а остальные $12$ см останутся в ящике.
Честная оговорка: ровно при $1{,}5$ А проволока перегорает, поэтому на деле кусок берут чуть длиннее. Число $6$ см — это граница, к которой можно подойти.
Проверим себя другим путём: весь кусок в $18$ см имеет $18$ Ом, то есть каждый сантиметр даёт $1$ Ом. Значит, $6$ Ом — это $6$ см.
Ответ
Другие задания по теме «Электрические Явления» (8)
- Задание 5 №00050330 — Клеточная мембрана — это молекулярная структура, состоящая из белков и жиров.…
- Задание 5 №00049648 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049647 — Клеточная мембрана — это молекулярная структура, состоящая из белков и жиров.…
- Задание 5 №00049578 — В электрическом чайнике мощностью 700Вт можно за 20 минут вскипятить 1,5 литра…
- Задание 5 №00049577 — На уроке физики при выполнении лабораторной работы ученик исследовал две тонкие…
- Задание 5 №00049576 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049575 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049574 — В электрическом чайнике мощностью 800Вт можно за 15 минут вскипятить 1,5 литра…