Номер 6, 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 6, страница 98.

Условие.

• Предохранители в быту и технике.

Решение.

Назначение и принцип действия предохранителей

Электрический предохранитель — это устройство, предназначенное для защиты электрических и электронных цепей от повреждений, вызванных перегрузкой по току или коротким замыканием. Он выполняет роль "слабого звена", которое разрывает цепь, если сила тока в ней превышает безопасное значение, тем самым предотвращая перегрев проводов, возгорание и выход из строя дорогостоящего оборудования.

Принцип действия большинства предохранителей основан на тепловом действии электрического тока. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока $\text{I}$, сопротивлению проводника $\text{R}$ и времени прохождения тока $\text{t}$:
$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

Основным элементом предохранителя является плавкая вставка — тонкий проводник из легкоплавкого материала (например, сплава свинца с оловом), рассчитанный на определённую номинальную силу тока. Когда ток в цепи находится в пределах нормы, плавкая вставка немного нагревается, но успевает отдать тепло в окружающую среду. Если же сила тока резко возрастает (например, при коротком замыкании), количество выделяемой теплоты становится настолько большим, что проводник мгновенно плавится и испаряется, разрывая электрическую цепь. Поток тока прекращается, защищая подключенные к цепи приборы и саму проводку.

Ответ: Предохранители — это защитные устройства, которые разрывают электрическую цепь при превышении допустимой силы тока. Их работа основана на законе Джоуля-Ленца: избыточный ток вызывает перегрев и расплавление специального проводника (плавкой вставки), что приводит к размыканию цепи и предотвращению повреждений и пожара.

Основные типы предохранителей

Существует множество видов предохранителей, которые можно классифицировать по разным признакам. Основное деление — на одноразовые и многоразовые.

1. Плавкие предохранители (одноразовые). После срабатывания такой предохранитель необходимо заменить.
• Пробковые (резьбовые) предохранители: часто использовались в старых бытовых электрощитках. Имеют керамический корпус и плавкую вставку с цветным индикатором, который отпадает при перегорании.
• Пальчиковые (цилиндрические) предохранители: широко применяются в бытовой технике (телевизоры, музыкальные центры) и блоках питания. Представляют собой стеклянную или керамическую трубку с плавкой проволокой внутри.
• Ножевые (пластинчатые) предохранители: основной тип предохранителей в современных автомобилях. Имеют пластиковый корпус с двумя металлическими контактами ("ножами").

2. Автоматические выключатели (многоразовые). После срабатывания их можно снова включить вручную (после устранения причины неисправности).
• Тепловые: срабатывают от изгиба биметаллической пластины при длительном протекании тока, превышающего номинальный (защита от перегрузки).
• Электромагнитные: срабатывают практически мгновенно при резком скачке тока (короткое замыкание) за счёт электромагнита, который втягивает сердечник и размыкает контакты.
• Тепломагнитные (комбинированные): самый распространённый тип в современных квартирных щитках. Совмещают оба механизма, обеспечивая надёжную защиту как от длительных перегрузок, так и от коротких замыканий.

Ответ: Предохранители бывают одноразовыми (плавкие: пробковые, пальчиковые, ножевые), которые требуют замены после срабатывания, и многоразовыми (автоматические выключатели), которые можно включить повторно. Автоматические выключатели, в свою очередь, делятся на тепловые, электромагнитные и самые распространенные — комбинированные.

Применение в быту и технике

Предохранители являются неотъемлемой частью практически любой электрической системы.

В быту:
• Электрощитки в домах и квартирах: здесь устанавливаются автоматические выключатели, каждый из которых защищает отдельную линию (например, розетки в комнате, освещение, электроплиту). Они защищают всю квартирную проводку от перегрузок и коротких замыканий.
• Бытовые приборы: внутри многих устройств (микроволновые печи, стиральные машины, телевизоры, компьютеры, зарядные устройства) установлены небольшие пальчиковые предохранители для защиты их внутренней электроники.
• Сетевые фильтры и удлинители: часто оснащаются встроенным автоматическим предохранителем (в виде кнопки), который отключает питание при перегрузке, когда к нему подключено слишком много мощных приборов.

В технике:
• Автомобили: в каждом автомобиле есть блок предохранителей (обычно ножевого типа разного номинала), защищающих отдельные цепи: фары, стеклоподъёмники, прикуриватель, аудиосистему, блок управления двигателем и т.д.
• Промышленное оборудование: на производствах используются мощные предохранители и промышленные автоматические выключатели для защиты электродвигателей, станков, трансформаторов и силовых линий.
• Электроника: на печатных платах в современных гаджетах (смартфоны, ноутбуки) применяются миниатюрные предохранители для поверхностного монтажа (SMD) или самовосстанавливающиеся предохранители (PPTC).

Ответ: В быту предохранители используются в квартирных щитках для защиты проводки, внутри бытовой техники для защиты электроники и в удлинителях. В технике они применяются в автомобилях для защиты электрооборудования, в промышленности для защиты мощных установок, а также в виде миниатюрных компонентов в сложной электронике.