Номер 867, страница 114 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

40. Электрический ток в металлах, полупроводниках, вакууме. Глава X. Электрический ток в различных средах. Электродинамика - номер 867, страница 114.

Условие.

867. Почему в момент включения в сеть мощного приёмника (например, электрокамина) лампочки в квартире могут на мгновение чуть-чуть пригаснуть?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Это явление объясняется законами электротехники, в частности, падением напряжения в сети из-за наличия внутреннего сопротивления у источника тока (в данном случае, у всей сети, включая подводящие провода) и большим пусковым током мощных электроприборов.

Решение

1. Все электроприборы в квартире, включая лампочки и электрокамин, подключены к общей электросети параллельно. Это значит, что при идеальных условиях напряжение на каждом из них должно быть одинаковым.

2. Однако реальная электропроводка в доме (провода от распределительного щитка до розеток) имеет собственное, хоть и небольшое, электрическое сопротивление $r_{пр}$. Это сопротивление можно рассматривать как включенное последовательно с общей нагрузкой всех работающих приборов.

3. Согласно закону Ома для полной цепи, напряжение, доступное потребителям в квартире ($U_{потр}$), меньше напряжения источника ($U_{сеть}$) на величину падения напряжения на проводах: $U_{потр} = U_{сеть} - I_{общ} \cdot r_{пр}$, где $I_{общ}$ — это суммарный ток, потребляемый всеми включенными приборами.

4. Мощные электроприборы с нагревательными элементами, как электрокамин, в момент включения потребляют ток, значительно превышающий их рабочий ток. Это явление называется пусковым током. Причина в том, что сопротивление их нагревательной спирали в холодном состоянии заметно ниже, чем в разогретом. Согласно закону Ома, $I = U/R$, меньшее сопротивление $R$ при том же напряжении $U$ вызывает больший ток $I$.

5. Таким образом, в момент включения электрокамина общий ток в сети $I_{общ}$ резко возрастает. Это приводит к резкому увеличению падения напряжения на проводах ($I_{общ} \cdot r_{пр}$).

6. В результате напряжение на всех потребителях $U_{потр}$ кратковременно падает. Яркость свечения лампочки зависит от ее мощности, которая, в свою очередь, сильно зависит от напряжения ($P = U^2/R$). Поскольку напряжение на лампочке падает, ее мощность уменьшается, и она на мгновение пригасает.

7. Эффект является кратковременным, потому что через несколько мгновений спираль камина нагревается, ее сопротивление увеличивается, потребляемый ток снижается до нормального рабочего значения. Общий ток в сети $I_{общ}$ уменьшается, падение напряжения на проводах также снижается, и напряжение $U_{потр}$ в розетках восстанавливается почти до исходного уровня, возвращая лампочке ее прежнюю яркость.

Ответ: В момент включения мощный электроприбор потребляет большой пусковой ток. Этот ток, протекая по электропроводке, имеющей собственное сопротивление, создает на ней значительное падение напряжения. В результате напряжение во всей квартирной сети кратковременно падает. Так как мощность (и, следовательно, яркость) лампочки зависит от квадрата напряжения, она на мгновение пригасает.