Какие свойствами должен обладать металл из которого изготовляют спирали
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
- Интернет-портал Gigabaza.ru (Источник).
- Интернет-портал 900igr.net (Источник).
- Интернет-портал Tepka.ru (Источник).
Физика
8 класс
Основная часть современной лампы накаливания — спираль из тонкой вольфрамовой проволоки. Вольфрам — тугоплавкий металл, его температура плавления 3387 °С. В лампе накаливания вольфрамовая спираль нагревается до 3000 °С, при такой температуре она достигает белого каления и светится ярким светом. Спираль помещают в стеклянную колбу, из которой выкачивают насосом воздух, чтобы спираль не перегорала.
Но в вакууме вольфрам быстро испаряется, спираль становится тоньше и тоже сравнительно быстро перегорает. Чтобы предотвратить быстрое испарение вольфрама, лампы наполняют азотом, иногда инертными газами — криптоном или аргоном. Молекулы газа препятствуют выходу частиц вольфрама из нити, т. е. препятствуют разрушению накалённой нити.
Лодыгин Александр Николаевич (1847-1923)
Русский электротехник, изобретатель лампы накаливания.
Эдисон Томас (1847—1931)
Американский изобретатель, основатель крупных электротехнических компаний. Усовершенствовал телеграф, телефон, лампу накаливания для промышленного производства.
Газонаполненная лампа накаливания изображена на рисунке 87. Выдающимся изобретением в области освещения было создание русским инженером Александром Николаевичем Лодыгиным электрической лампы накаливания. Лампу, удобную для промышленного изготовления, с угольной нитью создал американский изобретатель Томас Эдисон.
Рис. 87. Лампа накаливания:
1 — спираль; 2 — стеклянный баллон; 3 — цоколь; 4 — изолированное основание цоколя; 5 — пружинящий контакт патрона
Промышленность выпускает лампы накаливания на напряжение 220 В (для осветительной сети), 50 В (для железнодорожных вагонов), 12 В (для автомобилей), 3,5 и 2,5 В (для карманных фонарей).
Сегодня лампы накаливания, имеющие малый срок службы, а также низкую световую отдачу, вытесняются люминесцентными и светодиодными лампами.
Энергосберегающие лампочки (люминесцентные) более экономичны и служат гораздо дольше (рис. 88). В них 70% энергии преобразуется в свет, а в лампочке накаливания только 5%, остальная часть энергии (90—95%) переводится в тепло.
Рис. 88. Энергосберегающая лампа:
1 — электронный блок; 2 — стеклянная колба, покрытая люминофором; 3 — цоколь
Энергосберегающая лампочка состоит из колбы, наполненной парами ртути и аргона, и пускорегулирующего устройства. На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество — люминофор, которое при воздействии ультрафиолетового излучения испускает видимый свет.
В светодиодных лампах электрический ток пропускают не по нити накала, а через миниатюрное электронное устройство (ЧИП — от англ. chip — миниатюрный), нанесённое на полупроводниковый кристалл. При прохождении электрического тока светодиод испускает свет.
Соотношение мощностей ламп
В последние годы светодиодные лампы находят применение при освещении помещений, их устанавливают в светофорах, фарах автомобилей. Светодиоды используют как индикаторы включения на панелях приборов, цифровых и буквенных табло, подсветке мобильных телефонов, мониторов и др.
Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плиты, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.
Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (1000—1200 °С). Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное сопротивление нихрома
что примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Большое удельное сопротивление нихрома даёт возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы.
Электронагревательные приборы
В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала: слюды, керамики. Так, например, нагревательным элементом в электрическом утюге служит ни-хромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга.
Вопросы
- Пользуясь рисунком 87, расскажите, как устроена современная лампа накаливания.
- Зачем баллоны современных ламп накаливания наполняют инертным газом?
- Приведите примеры использования тепловых действий тока.
- Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали или ленты нагревательного элемента?
Задание
Подготовьте доклад на одну из тем (по выбору).
- История развития электрического освещения.
- Использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц и инкубаторов.
Глава 2. Электрические явления
Основная часть современной лампы накаливания — спираль из тонкой вольфрамовой проволоки. Вольфрам — тугоплавкий металл, его температура плавления 3387 °С. В лампе накаливания вольфрамовая спираль нагревается до 3000 °С, при такой температуре она достигает белого каления и светится ярким светом. Спираль помещают в стеклянную колбу, из которой выкачивают насосом воздух, чтобы спираль не перегорала. Но в вакууме вольфрам быстро испаряется, спираль становится тоньше и тоже сравнительно быстро перегорает. Чтобы предотвратить быстрое испарение вольфрама, лампы наполняют азотом, иногда инертными газами — криптоном или аргоном. Молекулы газа препятствуют выходу частиц вольфрама из нити, т. е. препятствуют разрушению накалённой нити.
Газонаполненная лампа накаливания изображена на рисунке 87.
Выдающимся изобретением в области освещения было создание русским инженером Александром Николаевичем Лодыгиным электрической лампы накаливания. Лампу, удобную для промышленного изготовления, с угольной нитью создал американский изобретатель Томас Эдисон.
Промышленность выпускает лампы накаливания на напряжение 220 В (для осветительной сети), 50 В (для железнодорожных вагонов), 12 В (для автомобилей), 3,5 и 2,5 В (для карманных фонарей).
Сегодня лампы накаливания, имеющие малый срок службы, а также низкую световую отдачу, вытесняются люминесцентными и светодиодными лампами.
Энергосберегающие лампочки (люминесцентные) более экономичны и служат гораздо дольше (рис. 88). В них 70% энергии преобразуется в свет, а в лампочке накаливания только 5%, остальная часть энергии (90—95%) переводится в тепло.
Энергосберегающая лампочка состоит из колбы, наполненной парами ртути и аргона, и пускорегулирующего устройства. На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество — люминофор, которое при воздействии ультрафиолетового излучения испускает видимый свет.
В светодиодных лампах электрический ток пропускают не по нити накала, а через миниатюрное электронное устройство (ЧИП — от англ, chip — миниатюрный), нанесённое на полупроводниковый кристалл. При прохождении электрического тока светодиод испускает свет.
В последние годы светодиодные лампы находят применение при освещении помещений, их устанавливают в светофорах, фарах автомобилей. Светодиоды используют как индикаторы включения на панелях приборов, цифровых и буквенных табло, подсветке мобильных телефонов, мониторов и др.
Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плиты, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.
Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (1000—1200 °С). Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное
сопротивление нихрома 
что
примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Большое удельное сопротивление нихрома даёт возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы.
В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала: слюды, керамики. Так, например, нагревательным элементом в электрическом утюге служит нихромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга.
Вопросы
1. Пользуясь рисунком 87, расскажите, как устроена современная лампа накаливания.
2. Зачем баллоны современных ламп накаливания наполняют инертным газом?
3. Приведите примеры использования тепловых действий тока.
4. Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали или ленты нагревательного элемента?
Задание
Подготовьте доклад на одну из тем (по выбору).
- История развития электрического освещения.
- Использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц и инкубаторов.
Главная
- 0
Какими свойствами должен обладать металл из которого изготовляют спирали или ленты нагревательного элемента
Остап Шиклов
Вопрос задан 22 сентября 2019 в
5 — 9 классы,  
Физика.
Комментариев (0)
Добавить
Отмена
2 Ответ (-а, -ов)
- По голосам
- По дате
- 0
Пластичность, способность проводить электричество, электроемкость.
Отмена
Алена Калапышина
Отвечено 22 сентября 2019
Комментариев (0)
Добавить
Отмена
- 0
Спирали и ленты нагревательных элементов должны изготавливаться из материалов, имеющих высокую температуру плавления и большое удельное сопротивление. Наиболее известные материалы, подходящие для нагревательных элементов — сплав нихром и вольфрам.
Отмена
Ян Голыбдин
Отвечено 22 сентября 2019
Комментариев (0)
Добавить
Отмена