Номер 55.4, страница 194 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 55. Параллельное соединение проводников. Глава 7. Электрические явления - номер 55.4, страница 194.

55.4 [н] При каких положениях движков реостатов (рис. VII-64, а, б, в) может произойти короткое замыкание цепи?

Рис. VII-64

Короткое замыкание (КЗ) — это соединение точек электрической цепи с разными потенциалами через элемент, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением других элементов цепи. Согласно закону Ома, $I = U/R$, при $R \to 0$ сила тока $I$ резко возрастает, что может привести к выходу из строя источника питания и других элементов цепи. Рассмотрим каждую схему.

а) В данной схеме реостат используется как переменный резистор и включен в цепь последовательно. Ток от положительной клеммы источника проходит через амперметр, затем поступает на левую нижнюю клемму реостата и выходит через движок. Сопротивление, вносимое реостатом в цепь, зависит от длины участка обмотки между левой клеммой и движком. Чтобы произошло короткое замыкание, общее сопротивление внешней цепи должно стать близким к нулю. Это произойдет, если сопротивление реостата будет минимальным. Для этого необходимо переместить движок реостата в крайнее левое положение. В этом случае ток будет проходить через очень малый участок обмотки реостата, и его сопротивление будет практически равно нулю. Сопротивление амперметра также очень мало, поэтому общее сопротивление цепи станет очень низким, что вызовет ток короткого замыкания.

Ответ: Короткое замыкание произойдет, если движок реостата переместить в крайнее левое положение.

б) В этой схеме, в отличие от предыдущей, в цепь последовательно с реостатом включена лампа накаливания. Лампа является нагрузкой и имеет собственное сопротивление $R_{Л}$, которое значительно отличается от нуля. Общее сопротивление внешней цепи равно сумме сопротивлений реостата, лампы и амперметра: $R_{внешн} = R_{реостата} + R_{Л} + R_{А}$. Даже если установить сопротивление реостата на минимум (переместив движок в крайнее левое положение), в цепи все равно останется сопротивление лампы $R_{Л}$. Это сопротивление ограничит ток в цепи, не позволяя ему возрасти до значений короткого замыкания. Таким образом, в данной схеме короткое замыкание невозможно ни при каком положении движка реостата.

Ответ: В данной схеме короткое замыкание невозможно ни при каком положении движка.

в) Здесь реостат подключен как потенциометр (делитель напряжения): крайние клеммы обмотки реостата подключены к полюсам источника тока. Нагрузка (в данном случае амперметр) подключена между одним из концов обмотки (правой клеммой, соединенной с «минусом» источника) и движком. Когда движок перемещается, меняется напряжение, подаваемое на амперметр. Если переместить движок в крайнее левое положение, он коснется левой клеммы реостата, которая напрямую соединена с положительным полюсом источника. В результате амперметр (имеющий очень малое сопротивление) окажется подключенным напрямую к полюсам источника тока (по цепи: «+» источника → левая клемма → движок → амперметр → ключ → правая клемма → «–» источника). Это приведет к возникновению тока короткого замыкания, который будет ограничен лишь внутренним сопротивлением источника и сопротивлением соединительных проводов.

Ответ: Короткое замыкание произойдет, если движок реостата переместить в крайнее левое положение.