Номер 424, страница 66 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Сила тока - номер 424, страница 66.

Условие.

424. В таблице приведены значения силы тока в электроустройствах. Запишите недостающие данные (воспользуйтесь справочником) и объясните их физический смысл. Может ли быть сила тока в этих устройствах больше или меньше указанных значений для каждого из них? Каковы последствия возрастания силы тока на практике?

Устройство $\text{I}$, А

Электропылесос бытовой 2–2,4

Окончание

Устройство $\text{I}$, А

Двигатель троллейбуса 200

Контактная сварка 1000

Электрическая лампа в сети ?

Электроплитка ?

Двигатель электровоза ?

Решение.

Запишите недостающие данные (воспользуйтесь справочником) и объясните их физический смысл.

Заполненная таблица с типичными значениями силы тока для указанных электроустройств выглядит следующим образом:

Устройство | I, А
-----------------------------------------
Электропылесос бытовой | 2–2,4
Двигатель троллейбуса | 200
Контактная сварка | 1000
Электрическая лампа в сети | 0,2–0,5
Электроплитка | 5–8
Двигатель электровоза | 350–450

Физический смысл силы тока:
Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Она определяется по формуле: $I = q/t$, где $\text{q}$ — это заряд, а $\text{t}$ — время. Таким образом, указанные в таблице значения показывают, какой заряд в Кулонах проходит через цепь прибора за одну секунду. Например, для электрической лампы это 0,2–0,5 Кулон в секунду, а для контактной сварки — 1000 Кулон в секунду.
Разные устройства требуют разной силы тока, потому что они имеют разную мощность ($P = U \cdot I$). Чем больше мощность устройства, то есть чем большую работу оно совершает или чем больше теплоты выделяет за единицу времени, тем большая сила тока ему необходима при стандартном напряжении в сети. Контактная сварка требует огромного тока для мгновенного расплавления металла, в то время как обычной лампочке для свечения нити накала нужен значительно меньший ток.

Ответ: Недостающие данные: Электрическая лампа (0,2–0,5 А), Электроплитка (5–8 А), Двигатель электровоза (350–450 А). Физический смысл силы тока заключается в количестве заряда, проходящего через проводник в секунду, что напрямую связано с мощностью устройства.

Может ли быть сила тока в этих устройствах больше или меньше указанных значений для каждого из них?

Да, сила тока в этих устройствах может отличаться от указанных в таблице номинальных значений.

Меньше указанных значений:
Сила тока может быть меньше, если устройство работает не на полную мощность (например, у пылесоса включен режим с меньшей мощностью всасывания, или у электроплитки регулятор нагрева установлен не на максимум). Также сила тока уменьшится при падении напряжения в сети, так как согласно закону Ома для участка цепи $I = U/R$. Если напряжение $\text{U}$ падает, а сопротивление $\text{R}$ устройства постоянно, ток $\text{I}$ также падает.

Больше указанных значений:
Сила тока может быть значительно больше в определённые моменты. Например, в момент включения устройств с электродвигателями (пылесос, двигатели троллейбуса и электровоза) возникает так называемый пусковой ток, который может в несколько раз превышать номинальный рабочий ток. Это связано с тем, что для раскрутки ротора двигателя с нуля требуется преодолеть инерцию. Также сила тока кратковременно возрастает при увеличении нагрузки на двигатель. Критическое и очень опасное увеличение силы тока происходит при коротком замыкании, когда сопротивление цепи резко падает почти до нуля.

Ответ: Да, сила тока может быть как меньше (при работе на неполной мощности, при пониженном напряжении), так и больше указанных значений (пусковые токи двигателей, короткое замыкание).

Каковы последствия возрастания силы тока на практике?

Последствия возрастания силы тока определяются тепловым действием тока, которое описывается законом Джоуля — Ленца. Количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока $\text{I}$: $Q = I^2Rt$.

1. Перегрев проводников и элементов устройства. При увеличении тока выше номинального значения провода начинают сильно нагреваться. Это может привести к плавлению изоляции, что, в свою очередь, может вызвать короткое замыкание.
2. Выход устройства из строя. Перегрев может повредить чувствительные компоненты прибора, например, обмотки двигателей или электронные платы.
3. Возгорание. Сильный перегрев проводки или самого устройства из-за чрезмерного тока является одной из самых распространённых причин пожаров.
4. Срабатывание защитных устройств. Для предотвращения опасных последствий перегрузки по току в электрических цепях устанавливают предохранители (плавкие вставки) и автоматические выключатели. При превышении допустимого значения тока они размыкают цепь, прекращая подачу электричества и защищая как само устройство, так и проводку.
5. Электродинамическое действие. При очень больших токах (например, при коротком замыкании) проявляется их силовое (электродинамическое) действие, способное механически разрушить проводники и элементы электроустановок.

Ответ: Основные последствия — перегрев проводников (согласно закону Джоуля — Ленца), что может привести к плавлению изоляции, выходу устройства из строя и возникновению пожара. Для защиты от этого используются предохранители и автоматические выключатели.