Ученик заменил перегоревшую медную спираль на стальную такого же сечения и длины.Как изменится сила тока в новой спирали по сравнению с медной, если напряжение на ее концах такое же, как было на медной?

Когда ученик заменил медную спираль на стальную такого же сечения и длины, при том же напряжении, сила тока в новой спирали изменится из-за различий в удельном сопротивлении материалов.

Удельное сопротивление ($\rho$) — это свойство материала, которое показывает, насколько он сопротивляется прохождению электрического тока. Чем больше удельное сопротивление, тем выше сопротивление проводника той же длины и площади поперечного сечения. Для меди удельное сопротивление составляет около $1.7 \cdot 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{м}$, а для стали оно значительно больше — в среднем около $1.0 \cdot 10^{-7} \, \Omega \cdot \text{м}$ (значение может немного варьироваться в зависимости от типа стали).

Формула расчёта сопротивления проводника:

Сопротивление проводника определяется по формуле:

где:

• $R$ — сопротивление,
• $\rho$ — удельное сопротивление материала,
• $L$ — длина проводника,
• $S$ — площадь поперечного сечения проводника.

Поскольку длина ($L$) и площадь поперечного сечения ($S$) у двух спиралей одинаковы, сопротивление новой стальной спирали будет больше, чем у медной, в той же пропорции, что и удельные сопротивления материалов.

Как влияет сопротивление на силу тока?

Сила тока ($I$) через проводник определяется законом Ома:

где:

• $I$ — сила тока,
• $U$ — напряжение на концах проводника,
• $R$ — сопротивление проводника.

Если напряжение ($U$) остаётся неизменным, а сопротивление ($R$) увеличивается (в данном случае из-за замены меди на сталь), то сила тока уменьшается.

Итог:

Так как удельное сопротивление стали больше, чем меди, при одинаковой длине и сечении спирали сопротивление новой стальной спирали будет больше, чем у медной. Следовательно, при том же напряжении сила тока в стальной спирали уменьшится по сравнению с силой тока в медной.