Номер 10, страница 240 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 33. Коррозия металлов и способы защиты от неё - номер 10, страница 240.

Условие.

10. В электротехнике запрещено соединять друг с другом провода из разнородных металлов, например медные с алюминиевыми. Как вы думаете, почему?

Решение.

Решение 2.

Прямое соединение проводов из разнородных металлов, например медных с алюминиевыми, в электротехнике запрещено по нескольким взаимосвязанным причинам, которые делают такое соединение крайне ненадежным и опасным.

1. Электрохимическая коррозия. Медь и алюминий образуют так называемую гальваническую пару. При попадании на место их контакта электролита (им может выступать даже сконденсированная влага из воздуха) возникает электрохимическая реакция. Алюминий, как более химически активный металл в этой паре, становится анодом и начинает интенсивно окисляться (корродировать), разрушаясь. Медь же выступает в роли катода и практически не подвергается разрушению. Этот процесс приводит к быстрому износу и разрушению алюминиевого проводника в месте контакта.

2. Повышение переходного сопротивления. Продукты коррозии, в основном оксид алюминия, образуют на поверхности контакта тонкую, но очень прочную пленку с высоким электрическим сопротивлением. Это значительно ухудшает электрический контакт между проводами. При прохождении тока через соединение с высоким сопротивлением $\text{R}$ происходит его сильный нагрев в соответствии с законом Джоуля-Ленца, по которому количество выделяемой теплоты пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению ($Q = I^2Rt$).

3. Разные коэффициенты теплового расширения. Алюминий имеет значительно больший коэффициент теплового расширения, чем медь. Это означает, что при нагревании (например, при прохождении тока) и последующем остывании алюминиевый провод будет расширяться и сжиматься сильнее медного. В результате таких циклов нагрева-остывания механический контакт в соединении (например, в скрутке или под винтовым зажимом) со временем ослабевает. Ослабление контакта еще больше увеличивает переходное сопротивление, что усугубляет проблему перегрева.

Совокупность этих факторов — разрушение контакта из-за коррозии и его ослабление из-за разницы в тепловом расширении — приводит к неконтролируемому росту сопротивления и перегреву соединения. Перегрев, в свою очередь, может расплавить изоляцию проводов, вызвать короткое замыкание и стать причиной пожара. Поэтому для соединения медных и алюминиевых проводов необходимо использовать специальные клеммные соединители (например, WAGO) или стальные переходные пластины, которые предотвращают прямой контакт металлов.

Ответ: Запрет на прямое соединение проводов из разнородных металлов, таких как медь и алюминий, обусловлен возникновением электрохимической коррозии в месте контакта, которая разрушает проводник и создает слой с высоким сопротивлением. Это, в сочетании с разницей в их коэффициентах теплового расширения, приводит к сильному перегреву соединения, что создает высокий риск возникновения пожара.