Номер 11, страница 102, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 21. Работа и мощность электрического тока - номер 11, страница 102.

Условие.

11. Прочитайте следующий текст и выполните задания к нему.

Из формулы $P = \frac{U^2}{R}$ следует, что чем меньше сопротивление электроприбора, включаемого в сеть с заданным напряжением $\text{U}$, тем больше выделяемая в нём мощность.

Если сопротивление прибора будет слишком малым, выделяемое количество теплоты может стать настолько большим, что возникнет возгорание.

Так может произойти, если соединительные провода замкнуть «накоротко» — такое соединение называют коротким замыканием.

Оно может произойти, например, при попытке ремонта патрона электрической лампы, если забыли отключить электропитание: металлической отвёрткой, имеющей очень малое сопротивление, можно случайно соединить провода, подводящие ток к патрону (рис. 21.2, а).

Короткое замыкание может произойти также вследствие неисправности электропроводки, при отсутствии или нарушении изоляции проводов (рис. 21.2, б).

Рис. 21.2

Для предупреждения короткого замыкания используют предохранители. Обычно предохранитель устанавливают на одной панели с электросчётчиком. При резком увеличении силы тока, обусловленном коротким замыканием, предохранитель автоматически размыкает цепь. В современных электросчётчиках такие предохранители называют автоматическими выключателями.

Предохранители срабатывают, размыкая при этом цепь, также при перегрузке цепи, то есть когда общая мощность включённых электроприборов превышает мощность, на которую рассчитан данный предохранитель (на предохранителе указывают максимальное значение силы тока; зная его и напряжение в сети, легко рассчитать максимально допустимую мощность всех электроприборов, подключённых последовательно с этим предохранителем). Иногда предохранитель срабатывает при перегорании лампы накаливания в момент включения (далее мы рассмотрим, с чем это связано).

Если предохранитель сработал (разомкнул цепь), надо обязательно установить причину чрезмерного увеличения силы тока, прежде чем снова включать ток. Этой причиной может быть либо короткое замыкание, либо перегрузка цепи, то есть включение приборов слишком большой мощности (со слишком малым сопротивлением). Если предохранитель сработал при перегорании лампы, достаточно заменить её на новую.

а) Почему, если соединительные провода замкнуть «накоротко», может произойти возгорание?

б) В каких случаях может произойти короткое замыкание?

в) Каково назначение предохранителя? Где его устанавливают?

г) Что такое перегрузка цепи? Как её избежать?

д) Как надо поступить, если сработал предохранитель?

Решение.

а) Почему, если соединительные провода замкнуть «накоротко», может произойти возгорание?

При коротком замыкании сопротивление $\text{R}$ электрической цепи становится очень малым, близким к нулю. Согласно формуле мощности электрического тока $P = \frac{U^2}{R}$, при постоянном напряжении в сети $\text{U}$ мощность $\text{P}$, выделяемая в цепи, резко возрастает. Эта мощность выделяется в виде большого количества теплоты. Сильный нагрев проводов приводит к плавлению их изоляции и может вызвать воспламенение окружающих горючих материалов, что и приводит к пожару.

Ответ: При коротком замыкании сопротивление цепи резко уменьшается, что приводит к многократному увеличению силы тока и выделяемой тепловой мощности, способной вызвать возгорание.

б) В каких случаях может произойти короткое замыкание?

Как следует из текста, короткое замыкание может произойти в следующих случаях:
1. При проведении ремонтных работ с электроприборами или проводкой без отключения электропитания. Например, случайное соединение проводов металлическим инструментом (отвёрткой), имеющим очень малое сопротивление.
2. Вследствие неисправности электропроводки, когда происходит нарушение или полное отсутствие изоляции проводов, что приводит к их прямому контакту.

Ответ: Короткое замыкание может произойти из-за нарушения изоляции проводов и их соприкосновения, либо при случайном соединении проводов под напряжением через предмет с очень малым сопротивлением.

в) Каково назначение предохранителя? Где его устанавливают?

Назначение предохранителя — это защита электрической цепи от токов, превышающих допустимые значения. При резком увеличении силы тока, вызванном коротким замыканием или перегрузкой, предохранитель автоматически размыкает цепь, прекращая подачу электричества и предотвращая повреждение приборов и возгорание.
Обычно предохранитель устанавливают на вводной распределительной панели (в электрическом щитке) вместе с электросчётчиком.

Ответ: Назначение предохранителя — автоматически размыкать электрическую цепь при опасном увеличении силы тока (при коротком замыкании или перегрузке). Его устанавливают на одной панели с электросчётчиком.

г) Что такое перегрузка цепи? Как её избежать?

Перегрузка цепи — это ситуация, когда общая мощность одновременно включённых электроприборов превышает ту мощность, на которую рассчитана данная электрическая цепь (проводка и предохранитель). Это приводит к протеканию тока, сила которого больше номинальной, что вызывает опасный перегрев проводов.
Чтобы избежать перегрузки, необходимо не включать одновременно в одну и ту же линию электросети несколько мощных электроприборов. Следует соизмерять суммарную мощность подключаемых приборов с максимально допустимой мощностью для данной цепи.

Ответ: Перегрузка цепи — это превышение суммарной мощности включенных электроприборов над допустимой для данной цепи. Чтобы её избежать, не следует включать в одну цепь одновременно много мощных электроприборов.

д) Как надо поступить, если сработал предохранитель?

Если сработал предохранитель (или автоматический выключатель), нельзя просто включать его снова. Необходимо обязательно установить и устранить причину чрезмерного увеличения силы тока. Возможные причины — короткое замыкание или перегрузка цепи. Следует отключить от сети все электроприборы, особенно те, что были включены последними. Только после устранения причины (например, отключения лишних или неисправного прибора) можно заменить предохранитель (на новый, рассчитанный на тот же ток) или снова включить автоматический выключатель.

Ответ: Если сработал предохранитель, нужно сначала найти и устранить причину (короткое замыкание или перегрузка), и только после этого можно восстанавливать подачу тока.