Номер 7, страница 142 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

7. Каков принцип действия плавкого предохранителя?

7. Каков принцип действия плавкого предохранителя?

Решение

Принцип действия плавкого предохранителя основан на тепловом действии электрического тока. Плавкий предохранитель — это устройство защиты электрической цепи от чрезмерных токов (перегрузок и коротких замыканий), которые могут привести к повреждению оборудования или возгоранию.

Основным элементом предохранителя является плавкая вставка — это специально откалиброванный проводник из легкоплавкого металла (например, свинец, олово, цинк или их сплавы) с малым поперечным сечением. Эту вставку включают в электрическую цепь последовательно с защищаемым прибором.

Когда через проводник протекает электрический ток, в нем, согласно закону Джоуля-Ленца, выделяется теплота. Количество этой теплоты $Q$ можно рассчитать по формуле:

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

где $I$ — сила тока, $R$ — сопротивление проводника, $t$ — время прохождения тока.

В нормальном режиме работы сила тока не превышает номинальное значение, на которое рассчитан предохранитель. Выделяющегося тепла при этом немного, и оно успевает рассеяться в окружающую среду, поэтому температура плавкой вставки остается значительно ниже точки плавления.

При возникновении короткого замыкания или значительной перегрузки сила тока в цепи резко возрастает. Из-за квадратичной зависимости ($I^2$) количество выделяемого тепла стремительно увеличивается. Температура плавкой вставки быстро достигает точки плавления, проводник расплавляется (перегорает), создавая разрыв в электрической цепи. Ток прекращается, и цепь оказывается обесточенной, что и обеспечивает защиту.

Важной особенностью плавких предохранителей является их одноразовость: после срабатывания сгоревший предохранитель необходимо заменить новым, исправным.

Ответ: Принцип действия плавкого предохранителя основан на тепловом эффекте тока (закон Джоуля-Ленца): при протекании тока, превышающего номинальное значение, специальная легкоплавкая вставка внутри предохранителя нагревается, плавится и разрывает электрическую цепь, защищая ее от повреждения.

8. Как работает тепловой расцепитель?

Решение

Тепловой расцепитель — это устройство, являющееся частью автоматического выключателя и предназначенное для защиты электрических цепей от токовых перегрузок (небольших, но длительных превышений номинального тока).

Основой его конструкции является биметаллическая пластина. Она состоит из двух прочно соединенных друг с другом полос из металлов с различными коэффициентами теплового расширения (например, сталь и латунь). Эта пластина (или расположенный рядом с ней нагревательный элемент) включается в цепь последовательно, и через нее протекает защищаемый ток.

Процесс работы можно описать следующими этапами:

1. Нормальный режим: При протекании тока, не превышающего номинальный, биметаллическая пластина нагревается незначительно. Ее изгиб либо отсутствует, либо недостаточен для срабатывания механизма.

2. Режим перегрузки: Когда сила тока в цепи длительное время превышает номинальное значение, биметаллическая пластина из-за теплового действия тока нагревается сильнее. Так как один металл в пластине расширяется больше другого, пластина начинает изгибаться в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения.

3. Срабатывание (расцепление): Когда изгиб пластины достигает определенной величины, она своим свободным концом механически воздействует на спусковой механизм (защелку) автоматического выключателя. Защелка освобождается, и под действием пружины силовые контакты выключателя размыкаются, прекращая подачу тока в цепь.

Тепловой расцепитель обладает обратно-зависимой временной характеристикой: чем выше ток перегрузки, тем быстрее нагревается и изгибается пластина, и, соответственно, тем меньше время срабатывания защиты. Эта особенность позволяет игнорировать кратковременные и безопасные пусковые токи (например, при запуске электродвигателей) и предотвращает ложные отключения.

В отличие от одноразового плавкого предохранителя, автоматический выключатель с тепловым расцепителем является многоразовым устройством. После устранения причины перегрузки и остывания биметаллической пластины его можно снова включить вручную.

Ответ: Тепловой расцепитель работает на принципе изгиба биметаллической пластины при ее нагреве током перегрузки. Этот изгиб приводит в действие механический спусковой механизм, который размыкает электрическую цепь.