Zadaci tjedna

Rješenje

Otpornu žicu možemo podijeliti na tri dijela. To su lijevi i desni dio koji su uvijek u zraku i srednji dio koji uranjamo u vodu. Budući da su spojeni serijski kroz svaki od njih teče ista struja. Što se promijeni kad srednji dio uronimo u vodu?

Promijeni se električni otpor žice. Električni otpor R metala raste s temperaturom. Zbog toga užarena žica ima i nekoliko puta veći otpor od žice na sobnoj temperaturi (žica crveno žari na temperaturi od oko 800 °C).

Temperatura pojedinog dijela žice određena je termičkom ravnotežom pri kojoj Jouleova toplina Q = RI²t koja se razvija kada kroz vodič teče struja I, za vrijeme t, u cijelosti prelazi na okolinu. Toplina koju žica predaje okolini ovisi o temperaturi žice i o toplinskoj vodljivost prema okolini. Zbog toga, na mjestima gdje je vodljivost okoline slaba, žica mora povisiti temperaturu kako bi okolini u potpunosti predavala Jouleovu toplinu.

Voda puno bolje odvodi toplinu od zraka, pa uranjanjem žice u vodu smanjujemo temperaturu uronjenog dijela i to na temperaturu neznatno veću od temperature vode, dakle sigurno ispod 100 °C. Time nekoliko puta smanjujemo električni otpor srednjeg dijela žice. Zbog toga se smanji i električni otpor R cijelog strujnog kruga. Uz manji otpor kroz cijelu žicu teče veća struja (Ohmov zakon), a veća struja I jače zagrijava žicu (veća Jouleova toplina). Pojačano zagrijavanje žice vidljivo je jedino na dijelovima koji se nalaze u zraku i to kao žuto žarenje, što znači i višu temperaturu. Nakon uranjanja termička ravnoteža uspostavlja se ponovno, ali sada uz povišenu temperaturu dijelova žice koji se nalaze u zraku.

(I.A.)

	Zadatak tjedna (5. svibnja 2008.) Zavojnica od otporne žice priključena je na izvor stalnog napona i žari se zbog protoka struje. Kada dio zavojnice uronimo u vodu uronjeni dio se više ne žari, ali preostali dio žari se jače. Kako objasniti ovu pojavu? Voda ima veliki toplinski kapacitet pa za njeno zagrijavanje treba jača struja. Na uronjenom dijelu poveća se otpor pa se zbog toga pojača struja kroz preostali dio zavojnice. Dio koji nije uronjen sada preuzima na sebe sav napon jer kroz uronjeni dio više ne teče struja. Ukupni otpor zavojnice je smanjen zbog hlađenja jednog dijela pa je, uz isti napon, struja kroz čitavu zavojnicu jača. Struja prolazi kroz vodu putem manjeg otpora i zato se smanji napon na preostalom dijelu. (H.M.)
	Rješenje Otpornu žicu možemo podijeliti na tri dijela. To su lijevi i desni dio koji su uvijek u zraku i srednji dio koji uranjamo u vodu. Budući da su spojeni serijski kroz svaki od njih teče ista struja. Što se promijeni kad srednji dio uronimo u vodu? Promijeni se električni otpor žice. Električni otpor R metala raste s temperaturom. Zbog toga užarena žica ima i nekoliko puta veći otpor od žice na sobnoj temperaturi (žica crveno žari na temperaturi od oko 800 °C). Temperatura pojedinog dijela žice određena je termičkom ravnotežom pri kojoj Jouleova toplina Q = RI²t koja se razvija kada kroz vodič teče struja I, za vrijeme t, u cijelosti prelazi na okolinu. Toplina koju žica predaje okolini ovisi o temperaturi žice i o toplinskoj vodljivost prema okolini. Zbog toga, na mjestima gdje je vodljivost okoline slaba, žica mora povisiti temperaturu kako bi okolini u potpunosti predavala Jouleovu toplinu. Voda puno bolje odvodi toplinu od zraka, pa uranjanjem žice u vodu smanjujemo temperaturu uronjenog dijela i to na temperaturu neznatno veću od temperature vode, dakle sigurno ispod 100 °C. Time nekoliko puta smanjujemo električni otpor srednjeg dijela žice. Zbog toga se smanji i električni otpor R cijelog strujnog kruga. Uz manji otpor kroz cijelu žicu teče veća struja (Ohmov zakon), a veća struja I jače zagrijava žicu (veća Jouleova toplina). Pojačano zagrijavanje žice vidljivo je jedino na dijelovima koji se nalaze u zraku i to kao žuto žarenje, što znači i višu temperaturu. Nakon uranjanja termička ravnoteža uspostavlja se ponovno, ali sada uz povišenu temperaturu dijelova žice koji se nalaze u zraku. (I.A.)
	Šaljite nam svoje primjedbe, komentare i rješenja. Šaljite nam svoje konceptualne zadatke. Mi ćemo ih objaviti! Voditelj Eškole FIZIKA, Ivica Aviani Više zadataka možete naći ovdje >>.