Короткое замыкание (8 класс)
В предыдущем занятии мы изучали закон Джоуля-Ленца, который описывает выделение тепла в электрической нагрузке. В частности, мы сумели рассчитать параметры бытовой электрической плитки.
Представим теперь следующую ситуацию: по неосторожности (например, при сборке) мы замкнули два провода внутри плитки. В итоге электрический ток перестал идти через ее спираль. Такая ситуация называется коротким замыканием, а на бытовом уровне — просто КЗ или «козой».
Вспомним закон Ома: I = U / R . Если напряжение бытовой сети постоянно и равно 220 В, а сопротивление плитки стало равно нулю, то означает ли это, что ток в подводящих проводах стал бесконечно большим? Конечно же, нет. В реальном мире провода, соединяющие розетку и внутреннее сопротивление электроплитки, имеют хоть и малое, но все-таки конечное сопротивление. Обозначим его как r малое.
Пусть данное сопротивление равно 1 ому. В этом случае протекающий по проводам ток равен 220 ампер. А какова будет тепловая мощность? Остановите видеоурок и посчитайте ее, воспользовавшись законом Джоуля-Ленца.
Итак, наша мощность получилась:
P = U^2/r = 48400 Вт = 48.4 кВт
И это при том, что мощность нашей закороченной плитки была всего 1-2 кВт! Как мы видим, подходящие к плитке провода мгновенно раскалятся докрасна, и дальше уже вызовут пожар. К сожалению, такое случается довольно часто — горят дома, погибают люди. На фотографиях вы видите последствия таких пожаров.
Чтобы избежать случайного замыкания, в электротехнике действует простое правило: источник энергии всегда имеет разъем, потребитель энергии — штеккер. Все мы встречаемся с этим правилом каждый день, пользуясь привычными электрическими розетками. Действительно, розетка устроена так, чтобы исключить любое случайное замыкание. В то же время, любая электрическая нагрузка — чайник, телевизор, компьютер и так далее — имеет электрическую вилку.
По такому же принципу сконструированы, например, и штеккеры различных зарядных устройств. Один контакт находится снаружи, но второй надежно спрятан внутри — опять же, чтобы не было случайного замыкания между ними.
Частая причина короткого замыкания — обыкновенная вода. Из-за своей способности проводить ток и проникать куда угодно она является проблемой номер один в электротехнике. Это может быть, например, вода, протекшая с крыши или образовавшийся конденсат. Когда влага попадает на электрические контакты, она вызывает их замыкание.
Еще одна причина возгораний не связана с коротким замыканием, но мы ее тоже обсудим.
Чтобы соединять провода, применяют, в частности, их скрутку.
Если по каким-либо причинам она ослабнет или окислится, то, получится, что между проводами возникнут тонкие участки такого же или большего удельного сопротивления. Мы помним, что чем тоньше проводник, тем большее сопротивление он имеет. С другой стороны, закон Джоуля-Ленца нам показывает, что тепловая мощность тоже пропорциональна сопротивлению. В итоге, наши тонкие участки контакта начнут все больше и больше разогреваться, пока, опять же, не вызовут пожар.
Точно такое же случается и в некачественных розетках, у которых уже ослабли контакты. Как их можно определить? Если вы включили в такую розетку, например, чайник и слышите в ней характерное потрескивание — значит, розетка неисправна. Если потрескивания нет, но сама вилка или ее контакты после вытаскивания оказываются нагретыми — это та же проблема.
Подведем итог и запишем базовые правила по безопасной работе с электричеством:
Чтобы обезопасить электрические сети, используют плавкие предохранители и автоматические выключатели.
Плавкий предохранитель представляет собой цилиндрический элемент с расположенной внутри тонкой проволокой.
Ее толщина рассчитана так, чтобы выдерживать только определенное значение протекающего тока. При превышении этой величины проволока плавится и разрывает электрическую цепь. Таким образом, этот элемент является одноразовым, и, грубо говоря, ценой своей «жизни» защищает более дорогие элементы схемы, стоящие за ним (например, телевизора).
Автоматические выключатели на бытовом уровне называют просто «автоматами». Они допускают многократное отключение и включение. Каждый «автомат» имеет определенный ток отключения, по которому его подбирают для той или иной электрической цепи. «Автоматы» ставятся на вводе электрических проводов в квартиру или дом. В многоэтажном доме они расположены в специальном щитке на лестничной площадке. Как правило, на каждое помещение ставится свой автоматический выключатель — чтобы при коротком замыкании не обесточить всю квартиру или дом.
Представим теперь следующую ситуацию: по неосторожности (например, при сборке) мы замкнули два провода внутри плитки. В итоге электрический ток перестал идти через ее спираль. Такая ситуация называется коротким замыканием, а на бытовом уровне — просто КЗ или «козой».
Вспомним закон Ома: I = U / R . Если напряжение бытовой сети постоянно и равно 220 В, а сопротивление плитки стало равно нулю, то означает ли это, что ток в подводящих проводах стал бесконечно большим? Конечно же, нет. В реальном мире провода, соединяющие розетку и внутреннее сопротивление электроплитки, имеют хоть и малое, но все-таки конечное сопротивление. Обозначим его как r малое.
Пусть данное сопротивление равно 1 ому. В этом случае протекающий по проводам ток равен 220 ампер. А какова будет тепловая мощность? Остановите видеоурок и посчитайте ее, воспользовавшись законом Джоуля-Ленца.
Итак, наша мощность получилась:
P = U^2/r = 48400 Вт = 48.4 кВт
И это при том, что мощность нашей закороченной плитки была всего 1-2 кВт! Как мы видим, подходящие к плитке провода мгновенно раскалятся докрасна, и дальше уже вызовут пожар. К сожалению, такое случается довольно часто — горят дома, погибают люди. На фотографиях вы видите последствия таких пожаров.
Чтобы избежать случайного замыкания, в электротехнике действует простое правило: источник энергии всегда имеет разъем, потребитель энергии — штеккер. Все мы встречаемся с этим правилом каждый день, пользуясь привычными электрическими розетками. Действительно, розетка устроена так, чтобы исключить любое случайное замыкание. В то же время, любая электрическая нагрузка — чайник, телевизор, компьютер и так далее — имеет электрическую вилку.
По такому же принципу сконструированы, например, и штеккеры различных зарядных устройств. Один контакт находится снаружи, но второй надежно спрятан внутри — опять же, чтобы не было случайного замыкания между ними.
Частая причина короткого замыкания — обыкновенная вода. Из-за своей способности проводить ток и проникать куда угодно она является проблемой номер один в электротехнике. Это может быть, например, вода, протекшая с крыши или образовавшийся конденсат. Когда влага попадает на электрические контакты, она вызывает их замыкание.
Еще одна причина возгораний не связана с коротким замыканием, но мы ее тоже обсудим.
Чтобы соединять провода, применяют, в частности, их скрутку.
Если по каким-либо причинам она ослабнет или окислится, то, получится, что между проводами возникнут тонкие участки такого же или большего удельного сопротивления. Мы помним, что чем тоньше проводник, тем большее сопротивление он имеет. С другой стороны, закон Джоуля-Ленца нам показывает, что тепловая мощность тоже пропорциональна сопротивлению. В итоге, наши тонкие участки контакта начнут все больше и больше разогреваться, пока, опять же, не вызовут пожар.
Точно такое же случается и в некачественных розетках, у которых уже ослабли контакты. Как их можно определить? Если вы включили в такую розетку, например, чайник и слышите в ней характерное потрескивание — значит, розетка неисправна. Если потрескивания нет, но сама вилка или ее контакты после вытаскивания оказываются нагретыми — это та же проблема.
Подведем итог и запишем базовые правила по безопасной работе с электричеством:
- категорически нет воде и влаге
- обязательны надежные контакты и соединения (скрутка, спайка, сварка)
- каждый провод рассчитан на определенный максимальный ток (то есть запрещено включать, например, несколько мощных потребителей в один удлинитель)
- прямая скрутка алюминий+медь — категорически запрещена
Чтобы обезопасить электрические сети, используют плавкие предохранители и автоматические выключатели.
Плавкий предохранитель представляет собой цилиндрический элемент с расположенной внутри тонкой проволокой.
Ее толщина рассчитана так, чтобы выдерживать только определенное значение протекающего тока. При превышении этой величины проволока плавится и разрывает электрическую цепь. Таким образом, этот элемент является одноразовым, и, грубо говоря, ценой своей «жизни» защищает более дорогие элементы схемы, стоящие за ним (например, телевизора).
Автоматические выключатели на бытовом уровне называют просто «автоматами». Они допускают многократное отключение и включение. Каждый «автомат» имеет определенный ток отключения, по которому его подбирают для той или иной электрической цепи. «Автоматы» ставятся на вводе электрических проводов в квартиру или дом. В многоэтажном доме они расположены в специальном щитке на лестничной площадке. Как правило, на каждое помещение ставится свой автоматический выключатель — чтобы при коротком замыкании не обесточить всю квартиру или дом.
|
Приглашаем на наш
youtube-канал
youtube-канал