4. В цепь источника тока включены последовательно три проволоки одинакового сечения и длины: медная, стальная и никелиновая. Какая из них больше нагреется? Ответ обоснуйте и по возможности проверьте в классе на опыте.

В данном случае, при последовательном соединении трех проволок одинаковой длины и сечения, но из разных материалов (медь, сталь и никелин), больше всего нагреется та проволока, которая обладает наибольшим удельным сопротивлением. Удельное сопротивление этих материалов различается. У никелина удельное сопротивление значительно выше, чем у стали и меди. У стали удельное сопротивление выше, чем у меди. По закону Джоуля-Ленца, количество теплоты (Q), выделяемое проводником, прямо пропорционально его сопротивлению (R) при одинаковом токе (I) и времени (t): $$Q = I^2 \cdot R \cdot t$$ Так как проволоки соединены последовательно, ток через них одинаков. Сопротивление проволоки (R) определяется как: $$R = \rho \cdot \frac{L}{A}$$ Где: * ( \rho ) – удельное сопротивление материала, * (L) – длина проволоки, * (A) – площадь поперечного сечения. Поскольку длина и сечение у всех проволок одинаковы, сопротивление каждой проволоки определяется только удельным сопротивлением материала. Следовательно, чем выше удельное сопротивление, тем больше сопротивление проволоки и тем больше тепла она выделит при прохождении тока. Таким образом, никелиновая проволока нагреется больше всего, стальная нагреется меньше, а медная нагреется меньше всего.