Номер 27, страница 109, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 21. Работа и мощность электрического тока - номер 27, страница 109.

Условие.

27. Расскажите о коротком замыкании. К каким последствиям оно может привести?

Решение.

Расскажите о коротком замыкании

Короткое замыкание (КЗ) — это электрическое соединение двух или более точек электрической цепи с различными потенциалами, которое не предусмотрено её нормальным режимом работы и имеет очень малое, близкое к нулю, сопротивление. Например, это может быть соединение фазного и нулевого проводов, двух фазных проводов или замыкание проводника на заземлённый корпус оборудования.

В нормальном режиме работы ток в цепи ограничивается сопротивлением потребителя (нагрузки). Сила тока $\text{I}$ определяется законом Ома: $I = U / R_{общ}$, где $\text{U}$ — напряжение источника, а $R_{общ}$ — общее сопротивление цепи, включающее сопротивление нагрузки. При коротком замыкании нагрузка фактически исключается из цепи, и её сопротивление заменяется пренебрежимо малым сопротивлением места замыкания $R_{кз} \approx 0$. В результате общее сопротивление цепи резко падает, оставаясь ограниченным лишь внутренним сопротивлением источника тока и сопротивлением подводящих проводов. Это приводит к лавинообразному нарастанию силы тока до значений, во много раз превышающих номинальные. Этот ток называется током короткого замыкания.

Основными причинами возникновения КЗ являются: нарушение изоляции проводов (из-за старения, перегрева, механического повреждения), ошибочные действия персонала при монтаже или ремонте, попадание посторонних проводящих предметов на токоведущие части, перекрытие воздушных промежутков при перенапряжениях.

Ответ: Короткое замыкание — это непредусмотренное конструкцией электрическое соединение точек цепи с разными потенциалами через очень малое сопротивление, которое приводит к резкому и многократному увеличению силы тока в цепи.

К каким последствиям оно может привести

Резкое увеличение тока при коротком замыкании приводит к ряду опасных и разрушительных последствий:

1. Тепловое действие. В соответствии с законом Джоуля — Ленца, количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально квадрату силы тока ($Q = I^2 \cdot R \cdot t$). Огромный ток КЗ вызывает интенсивное выделение тепла, что приводит к:
• Перегреву, плавлению и даже испарению металлических проводников.
• Воспламенению изоляции проводов и кабелей, а также окружающих горючих материалов, что является частой причиной пожаров.

2. Электродинамическое действие. Параллельные проводники с большими токами испытывают значительные механические силы взаимного притяжения или отталкивания. При токах КЗ эти силы могут достигать огромных величин, способных:
• Деформировать и разрушать шины распределительных устройств, обмотки трансформаторов, генераторов и электродвигателей.

3. Падение напряжения в сети. Протекание большого тока КЗ от источника к месту замыкания вызывает значительное падение напряжения на сопротивлении элементов сети. В результате напряжение у других потребителей, подключенных к этой сети, резко снижается, что может привести к:
• Нарушению работы или аварийному отключению электродвигателей и другого оборудования.
• Сбоям в работе чувствительной электронной аппаратуры.

4. Повреждение оборудования и опасность для человека. Токи КЗ могут вызвать необратимые повреждения источника питания (генератора, трансформатора). Кроме того, возникающая электрическая дуга, разрушение изоляции и оборудования создают прямую угрозу поражения электрическим током и термических ожогов для людей, находящихся поблизости.

Для защиты от последствий короткого замыкания применяют специальные устройства: плавкие предохранители и автоматические выключатели, которые быстро отключают поврежденный участок цепи.

Ответ: Короткое замыкание может привести к пожарам из-за перегрева и возгорания изоляции, механическим разрушениям электрооборудования под действием электродинамических сил, глубокому падению напряжения в сети с нарушением работы других потребителей, выходу из строя источника питания, а также представляет серьезную опасность для жизни и здоровья людей.