Номер 17.10, страница 87 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 17. Работа и мощность тока - номер 17.10, страница 87.

Условие.

17.10. К чему приводит короткое замыкание в электрической цепи или на одном из ее участков?

Решение.

Решение

Короткое замыкание (КЗ) — это соединение двух точек электрической цепи с разными потенциалами, которое не предусмотрено конструкцией устройства и имеет очень малое сопротивление. Например, это может быть прямое соединение положительного и отрицательного полюсов источника тока.

Последствия короткого замыкания можно объяснить с помощью физических законов.

1. Резкое увеличение силы тока. Согласно закону Ома для участка цепи, сила тока $\text{I}$ обратно пропорциональна сопротивлению $\text{R}$: $I = U/R$. При коротком замыкании сопротивление участка цепи становится близким к нулю ($R \to 0$). В результате сила тока в цепи резко возрастает, теоретически стремясь к бесконечности. В реальной цепи ток короткого замыкания ограничен внутренним сопротивлением источника тока и сопротивлением соединительных проводов, но все равно достигает очень больших значений, многократно превышающих номинальные.

2. Тепловое действие тока. Количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике, определяется законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 R t$. Так как при коротком замыкании сила тока $\text{I}$ очень велика, в проводниках за короткое время $\text{t}$ выделяется огромное количество теплоты. Это приводит к следующим опасным последствиям:

• Сильный нагрев и плавление проводов.
• Воспламенение изоляции проводов и окружающих горючих материалов, что является частой причиной пожаров.
• В высоковольтных сетях может возникнуть мощная электрическая дуга, способная вызвать взрыв и серьезные разрушения.

3. Электродинамическое действие тока. Протекание больших токов создает сильные магнитные поля вокруг проводников. Взаимодействие этих полей приводит к возникновению значительных механических сил между проводниками (силы Ампера). Эти силы могут деформировать или разрушить шины на подстанциях, сорвать провода с опор и вызвать другие механические повреждения оборудования.

4. Выход из строя оборудования. Источник питания (аккумулятор, генератор, трансформатор) не рассчитан на работу в режиме короткого замыкания. Длительное протекание сверхтоков приводит к его перегреву и выходу из строя. Также могут быть повреждены другие элементы цепи.

Если короткое замыкание происходит на одном из участков цепи (например, замыкаются выводы какого-либо прибора), то ток перестает течь через этот прибор, и он отключается. Однако общий ток в цепи, идущий от источника, все равно резко возрастает, так как общее сопротивление цепи уменьшается. Это приводит ко всем вышеописанным последствиям для источника питания и проводки.

Для защиты от разрушительных последствий короткого замыкания применяют специальные устройства: плавкие предохранители и автоматические выключатели, которые размыкают цепь при резком увеличении силы тока.

Ответ: Короткое замыкание приводит к резкому многократному увеличению силы тока в цепи. Это, в свою очередь, вызывает интенсивное выделение тепла (что может привести к плавлению проводов, воспламенению изоляции и пожару), возникновение значительных электродинамических сил (способных механически повредить элементы цепи) и выход из строя источника питания и другого электрооборудования.