Номер 5, страница 166 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Электрический ток в металлах. Закон Ома для участка электрической цепи. Параграф 46. Тепловое действие тока. Закон Джоуля — Ленца. Вопросы - номер 5, страница 166.

Условие.

5. Как устроены плавкие предохранители? Объясните их действие.

Решение.

Как устроены плавкие предохранители?

Плавкий предохранитель — это устройство, предназначенное для защиты электрических цепей от повреждений вследствие перегрузок по току и коротких замыканий. Его конструкция включает в себя несколько ключевых элементов:

1. Плавкая вставка: это основной рабочий элемент, представляющий собой тонкий проводник или полоску из металла (или сплава) с низкой температурой плавления и точно откалиброванным сопротивлением. Чаще всего используются сплавы свинца с оловом, цинк, медь или серебро. Сечение и материал вставки определяют номинальный ток предохранителя.

2. Корпус: плавкая вставка находится внутри диэлектрического (изолирующего) корпуса, который обычно изготавливается из стекла, керамики или термостойкого пластика. Корпус защищает окружающую среду от расплавленного металла и электрической дуги при срабатывании предохранителя, а также обеспечивает механическую прочность.

3. Контакты: по краям корпуса расположены металлические контакты (колпачки или ножи), с помощью которых предохранитель включается в разрыв защищаемой электрической цепи.

4. Наполнитель (в некоторых типах): для повышения отключающей способности в мощных предохранителях внутреннее пространство корпуса заполняется дугогасящим веществом, чаще всего чистым кварцевым песком. Песок интенсивно охлаждает и гасит электрическую дугу, которая возникает в момент разрыва цепи.

Ответ: Плавкий предохранитель состоит из легкоплавкого проводника (плавкой вставки), помещенного в защитный изолирующий корпус с металлическими контактами для последовательного включения в электрическую цепь.

Объясните их действие.

Действие плавкого предохранителя основано на тепловом эффекте электрического тока, который описывается законом Джоуля-Ленца. Согласно этому закону, количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике при прохождении по нему электрического тока, определяется формулой:

$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

где $\text{I}$ — сила тока, $\text{R}$ — сопротивление проводника, а $\text{t}$ — время протекания тока.

Процесс работы предохранителя выглядит следующим образом:

1. Нормальный режим: Предохранитель включается в цепь последовательно с защищаемым оборудованием. Пока сила тока в цепи не превышает номинальное значение, на которое рассчитан предохранитель, выделяемого в плавкой вставке тепла недостаточно для ее нагрева до температуры плавления. Тепло успевает рассеиваться в окружающую среду.

2. Режим перегрузки или короткого замыкания: Если в цепи возникает перегрузка (например, из-за подключения слишком мощного прибора) или короткое замыкание, сила тока $\text{I}$ резко возрастает. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, количество выделяемой теплоты $\text{Q}$ увеличивается пропорционально квадрату тока.

3. Срабатывание: Из-за интенсивного выделения тепла температура плавкой вставки мгновенно повышается до точки плавления. Проводник расплавляется и испаряется, образуя разрыв в электрической цепи. Ток прекращает течь, тем самым защищая подключенные приборы и проводку от повреждения и предотвращая возможное возгорание.

После срабатывания плавкий предохранитель выходит из строя и подлежит замене на новый с таким же номинальным током.

Ответ: При превышении допустимой силы тока в цепи плавкая вставка предохранителя из-за теплового действия тока (закон Джоуля-Ленца) быстро нагревается, плавится и разрывает цепь, прекращая подачу электричества и защищая оборудование от повреждения.