Металлическую заготовку, находящуюся в твёрдом состоянии, поместили в индукционную печь и начали нагревать. График зависимости температуры t этой заготовки от времени λ представлен на рисунке. Масса заготовки m=3,6 кг. Мощность, потребляемая индукционной печью, P=2,0 кВт. КПД печи 60%.Чему равна удельная теплота плавления данного металла?
Объяснение:
Дано:
d = 1 мм = 1·10⁻³ м
I = 1,4 A
B = 10 мТл = 10·10⁻³ Тл
a = 2 м/с²
ρ - ?
1)
Найдем площадь сечения стержня:
S = π·d²/4
S = 3,14·(1·10⁻³)² / 4 ≈ 0,79·10⁻⁶ м²
2)
Сила Ампера:
Fₐ = B·I·L·sin 90° = B·I·L (1)
С другой стороны, по II закону Ньютона:
F = m·a (2)
Приравняем (2) и (1):
m·a = B·I·L
Отсюда:
m = B·I·L / a (3)
Но, опять же:
m = ρ·V = ρ·S·L (4)
А теперь приравняем (4) и (3):
ρ·S·L = B·I·L / a
ρ·S = B·I / a
ρ = B·I / (a·S)
3)
Подсчитаем:
ρ = 10·10⁻³·1,4 / (2·0,79·10⁻⁶) ≈ 8 860 кг/м³
Или:
ρ ≈ 8,9 г/см³
Материал - медь.
Изучение нового материала
1. Доводим, что электрическое поле выполняет работу
Итак, электрический ток в металлическом проводнике - это направленное движение свободных электронов, возникает под действием электрического поля. Осуществляя хаотическое движение, электроны одновременно перемещаются от отрицательного полюса источника тока к положительному.
При этом электроны теряют кинетическую энергию при столкновении с атомами проводника, и эта энергия переходит во внутреннюю энергию проводника - проводник нагревается. Для поддержания скорости направленного движения электронов и восстановления потерь их кинетической энергии должна происходить работа. Эту работу выполняют силы электрического поля.
Ø Работа силы электрического поля, осуществляется во внешнем круге, называют работой электрического тока. Выполним опыт: замыкаем круг на один аккумулятор и обращаем внимание учащихся на величину тока в цепи. Последовательно увеличиваем число аккумуляторов, при этом ток в цепи увеличивается.
Это означает, что через поперечное сечение проводника проходит за единицу времени большее количество заряженных частиц и переносится больший электрический заряд.
Таким образом, при прохождении тока по проводнику электрическое поле выполняет работу A , что, как показывает опыт, прямо пропорционален заряда по кругу.