Какова будет температура нагрева медной проволоки массой 30,3 г, если она замкнута на аккумулятор с э.д.с. 2,2 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом, при условии, что сопротивление проволоки выбрано для максимальной мощности, в течение 5 минут? Известны плотность, удельное сопротивление и теплоемкость меди: 8,9 г/см³, 1,7 * 10^-8 Ом·м и 0,09 кал/г·град.

Физика 11 класс Электрический ток и Joule-Lenz закон температура нагрева медная проволока аккумулятор э.д.с. внутреннее сопротивление сопротивление проволоки максимальная мощность плотность меди удельное сопротивление теплоемкость меди физика 11 класс Новый

Для решения этой задачи мы будем использовать несколько физических принципов, включая закон Джоуля-Ленца и формулу для расчета нагрева. Давайте разберем шаги.

Шаг 1: Определение сопротивления проволоки

• Сначала нужно найти длину проволоки. Для этого воспользуемся формулой для сопротивления:

R = ρ * (L/S),

где R - сопротивление, ρ - удельное сопротивление, L - длина проволоки, S - площадь поперечного сечения.

• Площадь поперечного сечения можно найти, если знаем диаметр проволоки, но в данной задаче мы не имеем этой информации. Однако, так как проволока выбрана для максимальной мощности, мы можем использовать формулу для максимальной мощности, которая гласит, что сопротивление нагрузки должно быть равно внутреннему сопротивлению источника.

Таким образом, R = 0,1 Ом.

Шаг 2: Расчет силы тока

• Теперь можем найти силу тока (I), используя закон Ома:

I = U / R,

где U - э.д.с. источника (2,2 В).

Подставим значения:

I = 2,2 В / 0,1 Ом = 22 А.

Шаг 3: Расчет мощности

• Теперь найдем мощность (P), выделяющуюся в проволоке:

P = I^2 * R.

Подставим значения:

P = (22 А)^2 * 0,1 Ом = 48,4 Вт.

Шаг 4: Расчет тепла, выделившегося за 5 минут

• Теперь найдем количество тепла (Q), выделившегося за 5 минут (300 секунд):

Q = P * t.

Подставим значения:

Q = 48,4 Вт * 300 с = 14520 Дж.

Шаг 5: Преобразование теплоты в калории

• Чтобы перевести джоули в калории, используем соотношение: 1 кал = 4,18 Дж.

Q(кал) = Q(Дж) / 4,18.

Q(кал) = 14520 Дж / 4,18 ≈ 3470,8 кал.

Шаг 6: Расчет температуры нагрева проволоки

• Теперь можем найти, на сколько градусов нагреется проволока, используя формулу:

ΔT = Q / (m * c),

где m - масса проволоки (30,3 г), c - удельная теплоемкость меди (0,09 кал/г·град).

Подставим значения:

ΔT = 3470,8 кал / (30,3 г * 0,09 кал/г·град).

ΔT = 3470,8 / 2,727 ≈ 1272,5 град.

Итог: Температура нагрева медной проволоки составит примерно 1272,5 градуса Цельсия. Однако, следует учитывать, что на практике температура может быть ограничена другими факторами, такими как теплоотвод в окружающую среду.