Номер 682, страница 106 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Закон Джоуля—Ленца - номер 682, страница 106.

Условие.

682. Объясните, почему в предохранителях используют проволоку из легкоплавких металлов.

Решение.

Решение

Предохранитель — это защитное устройство в электрической цепи, предназначенное для её разрыва в случае, если сила тока превысит допустимое значение. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка — короткий проводник, рассчитанный на определённый ток.

Работа предохранителя основана на тепловом действии электрического тока, описываемом законом Джоуля-Ленца. Согласно этому закону, количество теплоты $\text{Q}$, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему тока, равно:

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

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

При возникновении в цепи перегрузки или короткого замыкания сила тока $\text{I}$ резко возрастает. Поскольку количество выделяемой теплоты пропорционально квадрату силы тока ($I^2$), это приводит к очень быстрому и сильному нагреву проводника в предохранителе.

Для того чтобы предохранитель эффективно выполнял свою защитную функцию, его плавкая вставка должна расплавиться и разорвать цепь *раньше*, чем перегреются и будут повреждены провода основной цепи или подключённые к ней приборы. Именно поэтому для плавкой вставки используют проволоку из легкоплавких металлов (например, сплавов свинца или олова). У этих материалов низкая температура плавления.

Как только ток превышает номинальное значение, проволока быстро нагревается до своей температуры плавления и перегорает, размыкая цепь. Если бы использовался тугоплавкий металл (например, медь, из которой сделаны провода), то к моменту его расплавления изоляция проводов в стене уже успела бы расплавиться, что могло бы привести к пожару.

Таким образом, использование легкоплавкого металла обеспечивает срабатывание защиты при температуре, безопасной для остальных элементов электрической цепи.

Ответ: Проволоку из легкоплавких металлов в предохранителях используют для того, чтобы при резком увеличении силы тока (перегрузке или коротком замыкании) она быстро нагрелась до своей невысокой температуры плавления и, расплавившись, разомкнула цепь. Это гарантирует, что цепь будет обесточена до того, как чрезмерный ток успеет повредить электроприборы или вызвать перегрев и возгорание основной проводки.