Номер 634, страница 97 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Работа и мощность электрического тока - номер 634, страница 97.

Условие.

634. Почему по правилам пожарной безопасности нельзя включать одновременно в сеть электроприборы с суммарной мощностью, превышающей расчётную для данной цепи? К чему это может привести?

Решение.

Включение нескольких электроприборов в одну сеть (например, в одну розетку через разветвитель или в разные розетки, подключенные к одной линии) соответствует их параллельному соединению. При таком соединении общая мощность, потребляемая всеми приборами, равна сумме их индивидуальных мощностей.

Мощность электрического тока $\text{P}$ связана с силой тока $\text{I}$ и напряжением $\text{U}$ соотношением $P = U \cdot I$. Отсюда сила тока в цепи выражается как $I = \frac{P}{U}$. Напряжение $\text{U}$ в бытовой электросети является величиной постоянной (стандартное значение — 220 В). Следовательно, чем больше суммарная мощность $\text{P}$ одновременно включенных приборов, тем больше общая сила тока $\text{I}$, протекающего по проводам.

Каждая электрическая цепь и проводка в здании рассчитана на определённую максимальную нагрузку, то есть на максимальную силу тока, которую провода могут выдержать без опасного перегрева. Эта величина называется расчётной или номинальной. Если суммарная мощность подключенных приборов превышает расчётную мощность для данной цепи, то и сила тока в проводах превысит допустимое значение.

Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое в проводнике при прохождении по нему тока, определяется формулой $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $\text{R}$ — сопротивление проводника, а $\text{t}$ — время. Как видно из формулы, количество выделяемого тепла пропорционально квадрату силы тока. Поэтому даже незначительное превышение допустимого тока приводит к значительному перегреву проводов.

Это может привести к следующим последствиям:

• Повреждение изоляции: Сильный нагрев проводов может расплавить или повредить их изоляционное покрытие.

• Короткое замыкание: Оголенные из-за расплавленной изоляции провода могут соприкоснуться, что вызовет короткое замыкание — резкое многократное увеличение силы тока.

• Пожар: Высокая температура перегретых проводов или искры при коротком замыкании могут легко воспламенить горючие материалы, находящиеся поблизости (например, обои, деревянные элементы стен, мебель), что приведет к возникновению пожара.

Ответ: Включать одновременно в сеть электроприборы с суммарной мощностью, превышающей расчётную, нельзя, потому что это приводит к перегрузке сети — сила тока в проводах становится больше допустимой. Вследствие этого (согласно закону Джоуля-Ленца) провода сильно нагреваются, что может расплавить их изоляцию, вызвать короткое замыкание и, как следствие, стать причиной пожара.