Номер 5, страница 98, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 69. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 5, страница 98.

Условие.

• Электрическая цепь в квартире.

Решение.

Основные элементы электрической цепи в квартире

Электрическая цепь в квартире представляет собой сложную систему, предназначенную для безопасного и надежного распределения электроэнергии от общего ввода до конечных потребителей (осветительных приборов, розеток, бытовой техники). Она состоит из нескольких ключевых компонентов:

• Вводной кабель: кабель, по которому электричество поступает в квартиру от этажного или подъездного щита. Обычно он рассчитан на большую нагрузку, чем любой другой кабель в квартире.
• Квартирный электрощиток: это «сердце» всей системы. В нем располагаются устройства защиты и учета.
  • Вводной автоматический выключатель (автомат): позволяет полностью обесточить квартиру. Он защищает вводной кабель от перегрузки и короткого замыкания.
  • Электрический счетчик: прибор для учета потребляемой электроэнергии.
  • Устройство защитного отключения (УЗО) или дифференциальный автомат: критически важный элемент безопасности, защищающий человека от поражения электрическим током при утечке. УЗО реагирует на разницу токов в фазном и нулевом проводах. Дифференциальный автомат совмещает в себе функции УЗО и обычного автоматического выключателя.
  • Групповые автоматические выключатели: каждый такой автомат защищает отдельную линию (группу) потребителей, например, розетки в одной комнате, освещение во всей квартире или мощный прибор (электроплиту, водонагреватель).
• Электропроводка: система кабелей и проводов, скрытых в стенах, полу или потолке, которые соединяют электрощиток с розетками, выключателями и осветительными приборами.
• Потребители электроэнергии: все приборы, подключаемые к сети (лампы, компьютеры, холодильники и т.д.).

Ответ: Основными элементами квартирной электроцепи являются вводной кабель, электрощиток с устройствами защиты (вводной и групповые автоматы, УЗО), электросчетчик, внутренняя проводка и конечные потребители электроэнергии.

Принцип работы и схема подключения

Главный принцип подключения всех потребителей в квартире — параллельное соединение. При такой схеме все приборы подключаются к фазному и нулевому проводам независимо друг от друга. Это обеспечивает несколько важных преимуществ:

1. На каждом потребителе поддерживается одинаковое напряжение, равное напряжению сети (в России стандартное значение $U \approx 220 \text{ В}$).
2. Выход из строя или отключение одного прибора не влияет на работу остальных.
3. Общий ток в цепи равен сумме токов, потребляемых всеми одновременно работающими приборами: $I_{общ} = I_1 + I_2 + ... + I_n$. Именно на этот суммарный ток должен быть рассчитан вводной автомат.

Для повышения надежности и безопасности вся нагрузка делится на группы. Например:

• Группа 1: Освещение (обычно защищается автоматом на $6-10 \text{ А}$).
• Группа 2: Розетки жилых комнат (автомат на $16 \text{ А}$).
• Группа 3: Розетки кухни (автомат на $16 \text{ А}$, часто с отдельным УЗО из-за повышенной влажности и мощных приборов).
• Группа 4: Электрическая плита или варочная панель (отдельная линия с автоматом на $25-40 \text{ А}$).
• Группа 5: Стиральная машина, водонагреватель (отдельные линии с автоматом на $16 \text{ А}$ и обязательным УЗО).

Такое разделение позволяет избежать полного отключения квартиры при возникновении проблемы на одной из линий. Например, если произойдет короткое замыкание в чайнике на кухне, сработает только автомат кухонной группы, а свет и розетки в комнатах продолжат работать.

Ответ: Все потребители в квартире подключаются параллельно, что обеспечивает на них одинаковое напряжение сети. Для безопасности и удобства проводка разделена на группы, каждая из которых защищена собственным автоматическим выключателем.

Меры безопасности

Современная электрическая цепь в квартире имеет многоуровневую систему защиты:

• Защита от перегрузки и короткого замыкания. Эту функцию выполняют автоматические выключатели. Перегрузка возникает, когда суммарная мощность одновременно включенных приборов в одной группе превышает ту, на которую рассчитана проводка. Например, при включении в одну розеточную группу обогревателя ($P_1 = 2000 \text{ Вт}$) и чайника ($P_2 = 2200 \text{ Вт}$), общий ток будет $I = (P_1 + P_2) / U = (2000 + 2200) / 220 \approx 19.1 \text{ А}$. Это превышает номинал стандартного автомата на $16 \text{ А}$, и он сработает, предотвращая перегрев и возгорание проводки. Короткое замыкание — это соединение фазного и нулевого проводов напрямую, что вызывает мгновенный скачок тока до огромных значений, на который автомат также реагирует размыканием цепи.
• Защита от поражения электрическим током. Для этого служат УЗО (устройство защитного отключения) и защитное заземление.
  • Заземление: Третий провод в кабеле (желто-зеленого цвета), который соединяет металлические корпуса приборов (например, стиральной машины, холодильника) со специальным заземляющим контуром. Если из-за повреждения изоляции фазный провод коснется корпуса, возникнет ток утечки, который пойдет по заземляющему проводу. Этот ток будет воспринят как короткое замыкание, и автомат отключит линию.
  • УЗО: Это устройство постоянно сравнивает ток, уходящий в квартиру по фазному проводу, с током, возвращающимся по нулевому. В исправной цепи они равны. Если человек коснется оголенного провода или корпуса неисправного прибора, часть тока потечет через его тело в землю (произойдет утечка). УЗО обнаружит эту разницу (дисбаланс) токов и мгновенно (за доли секунды) разорвет цепь, спасая человеку жизнь. УЗО срабатывает при очень малых токах утечки (обычно $10-30 \text{ мА}$), которые еще не опасны для человека, но на которые обычный автомат не отреагировал бы.

Ответ: Безопасность в квартирной электросети обеспечивается автоматическими выключателями для защиты от перегрузок и коротких замыканий, а также системой заземления и УЗО для защиты человека от поражения электрическим током при утечках.