Номер 486, страница 77 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Электрическое сопротивление проводников - номер 486, страница 77.

Условие.

486. На стыках рельсов электрифицированных железных дорог делают толстые перемычки из медного провода. С какой целью?

Решение.

На электрифицированных железных дорогах рельсы выполняют функцию обратного провода, по которому тяговый ток от электровоза или электропоезда возвращается на тяговую подстанцию, замыкая таким образом электрическую цепь.

Железнодорожное полотно состоит из отдельных рельсовых секций, соединенных между собой. В местах их соединения (на стыках) существуют технологические зазоры, которые необходимы для компенсации теплового расширения металла при изменении температуры. Эти зазоры, а также стандартные механические крепления (стыковые накладки и болты), которые со временем могут окисляться и ослабевать, создают большое переходное электрическое сопротивление. Если бы ток протекал через такие стыки, это приводило бы к большим потерям электроэнергии, сильному нагреву, искрению и даже разрушению стыка, нарушая целостность цепи.

Для решения этой проблемы и обеспечения надежного, непрерывного электрического пути через стыки устанавливают специальные гибкие соединители — перемычки. Цель установки этих перемычек — создать обходной путь для тока с очень низким сопротивлением.

Выбор материала и размеров перемычки обусловлен физическими законами. Электрическое сопротивление проводника $\text{R}$ зависит от его свойств и размеров по формуле $R = \rho \frac{L}{S}$, где $\rho$ — удельное сопротивление материала, $\text{L}$ — его длина, а $\text{S}$ — площадь поперечного сечения. Чтобы сопротивление $\text{R}$ было минимальным, необходимо выбирать материал с малым $\rho$ и делать проводник с большой площадью сечения $\text{S}$.

Именно поэтому перемычки делают из меди — одного из лучших проводников с очень низким удельным сопротивлением (значительно ниже, чем у стали, из которой сделаны рельсы). А для того чтобы еще больше снизить сопротивление и обеспечить безопасный пропуск огромных тяговых токов (до нескольких тысяч ампер), перемычки делают толстыми, то есть с большой площадью поперечного сечения. Это минимизирует потери мощности на нагрев, которые рассчитываются по закону Джоуля-Ленца ($P = I^2R$), и предотвращает перегрев самого соединителя.

Ответ: Толстые медные перемычки на стыках рельсов электрифицированных железных дорог устанавливают для обеспечения непрерывного и надёжного электрического контакта с минимально возможным сопротивлением. Это позволяет без значительных потерь пропускать большой обратный тяговый ток, предотвращая перегрев, искрение и разрушение рельсовых стыков, и гарантируя стабильную работу и безопасность всей системы электроснабжения.